第二章 溶液和胶体

印刷化学麻文效轻化工程系第二章

溶液与胶体溶液：定义？

一种物质以分子或离子均匀地分散于另一种物质中组成的均匀而稳定的系统或分散体系。溶液液态溶液：(酸、碱)溶质B溶剂A溶液的浓度：

是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。分散体系：把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。被分散的物质称为分散相，把分散相分散开来的物质叫做分散介质。按分散相粒子的大小分为：（1nm=10-9m）

d<1nm

分子（或离子）分散体系1<

d

<

100nm

胶体分散体系（溶胶、高分子溶液）

d

>100nm

粗分散体系（悬浊液、乳状液）2.1溶液浓度的表示方法wB=mB/m

质量分数为量纲一的量

溶液中溶质B的质量（mB）与溶液质量（m)之比，称为溶质B的质量分数（wB），即1.质量分数2.物质的量浓度定义：单位体积溶液中所含溶质B的物质的量(nB)称为物质的量浓度(cB)，简称B的浓度，单位是mol/L，即cB=nB／V注：wB

表示溶质B的质量百分含量

溶质质量溶质质量

wB

=————＝——————————×100%

溶液质量

溶质质量＋溶剂质量MB表示溶质B的摩尔质量（g/mol)解：n(H2SO4)=1.84×1000×0.956/98.08=17.9moln(1/2H2SO4)=1.84×1000×0.956/49.04=35.9mol【例】：已知浓硫酸的密度ρ为1.84g/ml，其质量分数为95.6%，一升浓硫酸中含有的n(H2SO4)、n(1/2H2SO4)、c(H2SO4)各为多少？c(H2SO4)=17.9/1=17.9mol/L3.质量摩尔浓度

溶液中溶质B的物质的量（nB）与溶剂A的质量（mA)之比，称为溶质B的质量摩尔浓度（bB），单位为：mol/kg【例】：250g溶液中含有40gNaCl，计算此溶液的质量摩尔浓度。解：水的质量＝250-40=210g

b(NaCl)=[40/(58.5×210)]×1000=3.26mol/kgbB=nB／mA=mB/(MB·mA)4.摩尔分数（即物质的量分数）

物质B的物质的量（nB)与系统总物质的量（n=nA+nB）之比，称为物质B的摩尔分数（xB），即，量纲为1。【例】：将10克NaOH溶于90克水中，求此溶液的物质的量分数。

nB

xB

=———

nB+nA

解：n（NaOH）

=10/40=0.25(mol)

n（H2O）=90/18=5(mol)

x(NaOH)

=0.25/(0.25+5)=0.048nB：溶质的物质的量nA：溶剂的物质的量xA+xB=1【例】：在100ml水中溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液的密度为1.0638g/ml，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，物质的量分数。解：M蔗糖＝342(g/mol)n蔗糖=17.1/342=0.05(mol)V=(100+17.1)/1.0638=110.0(ml)=0.11(L)

（1）c(蔗糖)=0.05/0.11=0.454(mol/L)（2）b(蔗糖)=0.05/0.1=0.5(mol/kg)（3）n水＝100/18.02=5.55(mol)x(蔗糖)=0.05/(0.05+5.55)=0.0089①与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。②与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。

依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为稀溶液的依数性，又叫溶液的通性。

依数性是指：溶液的蒸气压下降

溶液的沸点上升溶液的凝固点下降

溶液具有渗透压粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。

溶液的性质2.2稀溶液的依数性初始：V蒸发

>V凝聚平衡：V蒸发

=V凝聚1.溶液的蒸气压下降气液两相平衡

蒸发

H2O(l) H2O(g)

凝聚

纯水的蒸气压示意图蒸发凝聚饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号

p表示。温度越高，水蒸汽压也越高。

水自动转移到糖水中去,为什么?这种转移,只能通过蒸气来进行。因此,要研究蒸气的行为,才能弄清楚问题的实质。问题的提出

解释实验现象:

过程开始时,H2O和糖水均以蒸发为主;当蒸气压等于p时,糖水与上方蒸气达到平衡,而p0>p,即H2O并未平衡,继续蒸发,以致于蒸气压大于p。H2O分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到p0。于是,H2O分子从H2O中蒸出而凝聚入糖水.出现了上面的实验现象.

变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。蒸汽压下降的原因：纯溶剂正常溶液少∴p液<p纯剂，c液越大，p液越小。p纯-p液的差值也越大。难挥发物质

在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同T

下的p纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。蒸气压下降值△p=p纯－p液。

拉乌尔定律：在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数。

在一定温度下，稀溶液的蒸气压下降和溶质的摩尔分数成正比。条件：只适用于稀溶液，越稀越符合该定律p：溶液的蒸气压

：纯溶剂的蒸气压nA

：溶剂的物质的量nB

：溶质的物质的量

例:已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPa。将17.1g蔗糖（C12H22O11）与3.00g尿素[CO(NH2)2]分别溶于100g

水。计算形成溶液的蒸汽压。解:两种溶质的摩尔质量是M1=342g/mol和M2=60.0g/mol所以，两种溶液的蒸汽压均为：

p=2.33kPa×0.991=2.31kPa只要溶液的质量摩尔数相同，其蒸汽压也相同.2.溶液的沸点上升沸点:溶液的蒸气压（p溶液）与外压（p外压）相等时的温度称为该溶液的沸点。纯水：p外=101.3kPa，t纯水=100℃.

根本原因：蒸汽压下降p溶液<p纯溶剂,溶液沸点上升示意图Tb*Tbppokpa

蒸气压溶剂溶液温度△p△TbB101.3kpaAB’实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。根据拉乌尔定律，△p与bB成正比，而△Tb与△p成正比，∴△Tb亦应与bB成正比，△p越大，△Tb也越大。△Tb=Tb-Tb*=Kb·bB因：

若以水为溶剂，溶解在1000g水中的溶质的物质的量n就是该溶液的质量摩尔浓度bB,即n=bB,因此，对很稀的溶液有：

△p=p﹡A

bB/55.56=kbB△Tb

：沸点升高值Tb：溶液的沸点，Tb*

：纯溶剂的沸点Kb

：溶剂的沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关，K·kg·mol

-1。常见溶剂的Kb

值表1－1。bB：溶质的质量摩尔浓度，mol·kg-1。△Tb=Tb-Tb*=Kb·bB

表2-1几种溶剂的Tb和Kb溶剂SolventTb﹡/KKb/(K·kg·mol-1)水H2O373.150.51乙酸CH3COOH351.481.2丙酮CH3COCH3329.31.72环己烷C6H12353.892.6苯C6H6353.292.53氯仿CHCl3334.353.85四氯化碳CCl4349.875.02

例:已知纯苯的沸点是80.2℃，取2.67g萘（C10H8）溶于100g苯中，测得该溶液的沸点为80.731℃，试求苯的沸点升高常数。

凝固点：在一定的外压下，该物质的液相和固相达到相对平衡时的温度，称为该物质的凝固点。（液相蒸气压等于固相蒸气压）3.溶液的凝固点下降凝固点下降示意图3.溶液的凝固点下降溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf*

。同理，根据拉乌尔定律，可得Kf

：溶剂的凝固点下降常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关，K·kg·mol

-1。常见溶剂的Kf

值见教材7页表1-2。bB：溶质的质量摩尔浓度，mol·kg-1。△Tf=Tf-Tf*=Kf·bB表2-2几种溶剂的Tf和Kf值

溶剂

SolventTf﹡/KKf/(K·kg·mol-1)水H2O273.151.86乙酸CH3COOH289.753.90硝基苯C6H5NO2278.856.90环己烷C6H12279.6520.0苯C6H6278.655.10萘C10H8353.506.80三溴甲烷CHBr3280.9514.4

例:冬天，在汽车散热器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的冻结.如在200g的水中注入6.50g的乙二醇，求这种溶液的凝固点.溶液沸点上升和凝固点下降都与加入的溶质的质量摩尔浓度成正比，而质量摩尔浓度又与溶质的相对分子质量有关。因此可以通过对溶液沸点上升和凝固点下降的测定来估算溶质的相对分子质量大小。因溶液凝固点下降常数比沸点常数大，且溶液凝固点的测定也比沸点测定容易，故通常用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。凝固点测定在低温下进行，被测样品组成与结构不会被破坏。故该方法常用于生物体液及易被破坏的样品体系中可溶性物质浓度的测定。

3．利用沸点和凝固点求摩尔质量

致冷剂----冰盐混合物可用来使实验室局部致冷

NaCl和冰混合:-22℃；

CaCl2

和冰的混合物,可以获得-55℃的低温；

CaCl2,冰和丙酮的混合物,可以致冷到-70℃以下。

植物的抗旱性和抗寒性与溶液蒸气压下降和凝固点下降规律有关：当植物所处环境温度发生较大改变时，植物细胞中的有机体会产生大量可溶性碳水化合物来提高细胞液浓度，细胞液浓度越大，其凝固点下降越大，使细胞液能在较低的温度环境中不结冻，从而表现出一定的抗寒能力。同样，由于细胞液浓度增加，细胞液蒸气压下降较大，使得细胞的水份蒸发减少，因此表现出植物的抗旱能力。

4．植物的抗旱性和抗寒性4.溶液的渗透压半透膜的作用：只许溶剂分子通过，溶质分子不能通过。初始：溶剂分子扩散速度ν纯水

>ν糖水扩散方向：纯水糖水半透膜液面上升液面下降纯水糖水渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水

=v糖水渗透停止。渗透压：在一定的温度下，为了在半透膜两边维持渗透平衡而需要施加的压力。用符号П表示。渗透作用产生的条件：①半透膜存在；②膜两侧溶液的浓度不相等。1887年,荷兰物理化学家范托夫(van´tHoffJH)得出,稀溶液的渗透压与温度、浓度的关系：cB

物质的量浓度，mol·L-1。bB

质量摩尔浓度，mol·kg-1。R：摩尔气体常数8.315kPa·L·mol-1.K-1T：热力学温度（绝对温度）П=cBRT≈bBRT（溶液很稀时，

cB≈bB

）渗透压的应用渗透现象在动植物的生命过程中有着重要的作用，在工，农，医，化，生等方面均有重要的应用。医学上输液必需输等渗溶液。植物从土壤中吸收水份和营养（耐寒——Tf降低；耐旱——P降；吸水——π，渗透方向）。

动植物细胞膜大多具有半透膜的性质，因此水分、养料在动植物体内循环都是通过渗透而实现的。植物细胞汁的渗透压可达2×103kPa，所以水由植物的根部可输送到高达数十米的顶端。人体血液平均的渗透压约为780kPa。在作静脉输液时应该使用渗透压与其相同的溶液，在医学上把这种溶液称为等渗溶液。如果静脉输液时使用非等渗溶液，就可能产生严重后果。如果输入溶液的渗透压小于血浆的渗透压(低渗溶液)，水就会通过细胞膜向血红细胞内渗透，致使细胞肿胀甚至破裂(溶血现象)；如果输入溶液的渗透压大于血浆的渗透压(高渗溶液)，血红细胞内的水就会通过细胞膜渗透出来，引起血红细胞的皱缩，并从悬浮状态中沉降下来(胞浆分离现象)。渗透压平衡与生命过程的密切关系：①

给患者输液的浓度；②植物的生长；③人的营养循环。故：M＝127.8(g·mol-1)【例】20℃时，取2.67g萘溶于100g苯中，测得该溶液的凝固点下降了1.07K，求萘的相对分子质量。解:苯的凝固点下降常数为5.12K·kg·mol-1

△Tf=Kf·bB【例】已知烟草中的有害成分尼古丁的实验式是C5H7N，将535mg尼古丁溶于10.0g水中，所得溶液在105Pa下沸点100.17ºC，求尼古丁的分子式。Kb=0.51K·kg·mol-1尼古丁的相对分子质量为M，则

【解】分子式为C10H14N2△Tb=(100.17+273)-(100+273)=0.17KM=162g/mol【例】人体血的渗透压为709.275kPa,人体温度为37℃。试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液（等渗溶液）的质量分数ω葡是多少？(设葡萄糖溶液密度是1.01g·ml-1；葡萄糖的相对分子质量M为180g·mol-1)。解：∵π=c(葡)RT∴c=π/RTc(葡)=709.275/8.314×(273.15+37)=0.28mol.L-1c(葡)=1000ρ·ω葡/M

ω葡=c(葡)·M/1000·ρ=(0.28×180/1000×1.01)×100%

=5.0%结论：

蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。依数性小结注：强电解质溶液也有依数性，但不遵守拉乌尔定律，故不可用稀溶液依数性的公式进行计算。2.3胶体溶液2.3.1溶胶的制备2.3.2溶胶的性质2.3.3胶团结构2.3.4溶胶稳定的原因2.3.5溶胶的破坏——聚沉2.3.6大分子（高分子）溶液胶体的基本特征：多相性高分散性热力学不稳定体系胶体分散系按分散相和分散介质聚集态不同可分8种类型：（表1-3）固体分散在水中的溶胶最为重要。相（phase）：指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。所谓均匀是指其分散度达到分子或离子大小的数量级（分散粒子直径小于10-9m）。相与相之间有明确的物理界面，超过此界面，一定有某宏观性质（如密度，组成等）发生突变。2.3.1溶胶的制备要制得稳定的溶胶，需满足两个条件：一是：分散粒子大小在合适的范围内二是：胶粒在液体介质中保持分散而不聚结，为此必须加入稳定剂。通常稳定剂就是在吸附层中的离子2.3.1溶胶的制备1.分散法：研磨法：用特殊的胶体磨，将粗颗粒研细。超声波法：用超声波所产生的能量来进行分散。电弧法：此法可制取金属溶胶，即在放电时金属原子因高温而蒸发，随即被溶液冷却而凝聚。胶溶法：使暂时凝聚起来的分散相又重新分散开来。许多新鲜的沉淀经洗涤除去过多的电解质后，再加入少量的稳定剂，则又可制成溶胶。（如Fe(OH)3溶胶）2.凝聚法物理凝聚法：例如，将汞蒸气通入冷水中就可得到汞溶胶。化学凝聚法：使能生成难溶物质的反应在适当的条件下进行。反应条件必须选择恰当，使凝聚过程达到一定的阶段即行停止，所得到的产物恰好处于胶体状态。2H3AsO3(亚砷酸溶液)+3H2S(气体，通入)=As2S3(溶胶)+6H2OFeCl3+3H2O=Fe(OH)3(溶胶)+3HCl(加热至沸腾，水解反应)溶胶的性质动力学性质光学性质电学性质2.3.2溶胶的性质1、光学性质（丁达尔效应）

光学原理：强光照到分散质粒子上，若粒子直径大于入射光波长，则发生反射。若粒子直径小于入射光波长，则发生散射。散射光称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥

溶胶中分散质粒子直径：1～100nm

可见光波长：400～700nm

在真溶液中，溶质颗粒太小（<10-9m）,光的散射极弱，看不到丁达尔效应。用丁达尔现象来区别溶胶和真溶液。想一想：为什么晴朗的天空呈现蓝色，海水也呈蓝色？布朗运动2、动力学性质（布朗运动）液体分子对溶胶粒子的撞击

粗分散系布朗运动产生的原因：分散质粒子本身处于不断的热运动中。分散剂分子对分散质粒子的不断撞击。

溶胶粒子有布朗运动、能扩散，故溶胶粒子能保持悬浮状态，不易沉降到容器底部。电泳：在外电场的作用下，分散相粒子在分散介质中定向运动的现象称为电泳。3、电学性质电泳管中:Fe(OH)3溶胶向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带正电荷。As2S3向正极移动，

As2S3溶胶中分散质带负电荷。

电泳管示意图直流电胶体微粒的移动说明胶粒是带电的，且有正负之分。

胶粒带正电荷称为正溶胶,向直流电源负极(阴)移动,一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,向直流电源正极(阳)移动,如:土壤、金属硫化物、硅酸、淀粉、金、银、硫等胶粒带负电，称负溶胶。

由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。

电泳是介质不动，胶粒运动。以AgI溶胶为例：在制备AgI过程中，若AgNO3过量，则胶核会优先吸附Ag+而带电正电；若KI过量，则胶核会优先吸附I-而带负电。[（AgI)m•nAg+•(n-x)NO3-]x+•xNO3-

胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层

胶粒胶团

AgI溶胶胶团结构（Ag+过量）2.3.3胶团结构Fe(OH)3溶胶：

{[Fe(OH)3]m·nFeO+

·(n-x)Cl-}x+

·

xCl-As2S3溶胶：

[（As2S3

）m·nHS-·(n-x)H+]x-·xH+硅酸溶胶：

[（SiO2)m·nHSiO3-·(n-x)H+]x-·xH+胶粒带电，胶团不带电（电中性）当KI过量时，胶粒带负电荷，胶团结构如下：

[(AgI)m

·nI-

·(n-x)K+]x-

·xK+胶体粒子带电的原因：吸附作用：

表面吸附，溶胶是多分散体系，有巨大的比表面，在电解质溶液中会选择吸附某种离子，而获得表面电荷。如AgNO3和KI溶胶时，AgNO3过量时；KI过量时。解离：胶体粒子表面的分子发生解离，一种离子进入介质水中，结果胶体粒子带电荷。如：硅溶胶发生水化作用SiO2+H2O=H2SiO3

溶液显酸性：H2SiO3HSiO2++OH-胶粒带正电溶液显碱性：H2SiO3HSiO3-+H+胶粒带负电2.3.4溶胶稳定的原因

(1)动力学稳定性：布朗运动使胶粒克服重力不沉降。

(2)溶剂化作用：胶粒和反离子周围形成水化膜。

(3)胶粒带电荷：由于胶粒带有相同电荷，相互排斥。胶粒带电荷是多数溶胶能稳定存在的主要原因。胶体是热力学不稳定性系，为什么却又能长期存在？溶胶的聚沉：使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程叫做聚沉。

1、加入电解质

（研究最多应用最广）

2、加入带相反电荷的胶体；如明矾净化水促使胶体聚沉的方法：2.3.5溶胶的破坏——聚沉胶体的聚沉是不可逆的。加入Na2SO4SO42-溶胶的相互聚沉溶胶的相互聚沉具有很大的实际意义。例如明矾净水的原理就是胶体的相互聚沉。明矾在水中水解产生带正电的Al(OH)3胶体，而水中的污物主要是带负电的粘土及SiO2等胶体，二者发生相互聚沉，使胶体污物下沉；另外由于Al(OH)3絮状物的吸附作用，就能将污物清除，达到净化水的目的。电解质的聚沉能力---聚沉值聚沉值：使一定的溶胶在一定的时间内开始聚沉所需的电解质的最低浓度称为聚沉值。聚沉能力是聚沉值的倒数。规律（1）起聚沉作用的主要是与胶粒带电符号相反的离子，即反离子，反离子的价数愈高，聚沉能力愈强，聚沉值愈小。（2）价态相同的异号离子，聚沉能力略有不同。某些一价阴离子，对正电溶胶的聚沉能力排列顺序为：Fˉ>Clˉ>Brˉ＞NO3>Iˉ>OHˉ

某些一价阳离子对负电溶胶的聚沉能力大致为：

H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

（3）同号离子对溶胶有一定的稳定作用，降低电解质的聚沉能力，且同号离子的价数越高，电解质的聚沉能力越弱。

如：对一定量的负溶胶

聚沉能力高分子化合物溶液的特性2、是单个分子分散的单相体系，是真溶液，溶解过程是自动的，也是可逆的，是热力学的稳定体系。3、无丁达尔效应。因为高分子化合物分子中含有大量的亲水基团(-OH，-COOH、-NH2)，溶剂化作用强，溶质与溶剂间无界面。1、相对分子质量可达104，长度可达几百纳米，但截面积只相当于一个普通分子大小。2.3.6、大分子（高分子）溶液盐析作用

大量的亲水基团与水有强烈的溶剂化作用，在水中形成很厚的水化膜。对高分子化合物要加入大量的电解质，才能破坏其水化膜而使之凝结出来,叫盐析。盐析的主要原因就是去溶剂化作用。盐析是可逆的，当加入大量水以后，沉淀将溶解。盐析和溶胶的聚沉是两种不同的过程。高分子化合物对溶胶的保护作用

在容易聚沉的溶胶中，加入适量的大分子物质溶液（如动物胶、蛋白质等），可以大大地增加溶胶的稳定性，这种作用叫保护作用。例：Fe(OH)3溶胶，加入白明胶（高分子化合物溶

液）后再加电解质不易聚沉。

凝胶又称冻胶。溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体），这样一种特殊的分散体系称作凝胶。没有流动性。内部常含有大量液体。例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。可分为弹性凝胶和脆性凝胶。弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀，例如明胶等。脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不改变，例如硅胶等。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用（gelation）。【1】由10mL0.05mol·L-1的KCl溶液与100mL0.002mol·L-1的AgNO3溶液混合制得的AgCl溶胶，若分别用下列电解质使其聚沉，则聚沉值的大