第一章气体溶液和胶体

第一章气体溶液和胶体第1页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.1气体

1.2溶液1.3溶液的依数性1.4胶体练习第2页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.1.1理想气体状态方程式1.1气体

分子间距离分子间相对位置体积外形气态：大可变不定不定液态：小

可变

固定不定固态：小

固定

固定固定物质的三态变化：第3页，共68页，2023年，2月20日，星期一O2分子

理想气体：分子不占体积分子间无相互作用低压高温实际气体：分子有体积分子间有相互作用理想气体与实际气体第4页，共68页，2023年，2月20日，星期一

Boyle定律（1662）：17世纪中叶，英国科学家波义尔的实验结果：温度恒定时，一定量气体的压力和它体积的乘积为恒量。

P∝1/V

PV=constantCharles(1787)－Gay-Lussac(1802)定律：压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力学温度成正比。

V∝T

V=bT第5页，共68页，2023年，2月20日，星期一

Clapeyron定律：到了19世纪，法国科学家Clapeyron综合波义尔定律和Charles定律,把描述气体状态的3个参量p,V,T归于一个方程式。第6页，共68页，2023年，2月20日，星期一R:气体常数标准状况注意单位的一致！第7页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.1.2道尔顿分压定律

温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。

某组分气体的分压力等于该气体单独占据总体积时，所表现的压力。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃若为5.0L2.4atmH2和10.0L6.0atmHe，混合成10.0L,则p总为多少？第8页，共68页，2023年，2月20日，星期一xi:

摩尔分数分压定律的另一种表达分压定律的一种表达第9页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.2.1分散系分散质分散剂分散分散系（固、液、气态）分散系：一种或几种物质以细

小的粒子分散在另一种物

质里所形成的体系分散质：被分散的物质（分散相）分散剂：把分散质分散开来的物质（分散介质）1.2溶液第10页，共68页，2023年，2月20日，星期一分散系分类分子分散系(d<1nm)胶体分散系(d:1-100nm)粗分散系(d>100nm)相体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分单相体系多相体系（存在界面）第11页，共68页，2023年，2月20日，星期一冰和水两相体系第12页，共68页，2023年，2月20日，星期一表1

按分散质颗粒大小分类的分散系小于1nm(10–9)

分子离子粒子能通过滤纸与半

NaCl

分散系透膜，扩散速度快溶液

1~100nm

胶体粒子能通过滤纸但不

Fe(OH)3

分散系

能透过半透膜,扩散慢溶胶

蛋白质溶液颗粒直径大小类型主要特征实例大于100nm粗

粒子不能通过滤纸不

豆浆

分散系

能透过半透膜,不扩散牛奶第13页，共68页，2023年，2月20日，星期一表2按物质聚集状态分类的分散系

气

空气

气

液

云、雾

固

烟、尘

气

泡沫塑料

固

液

珍珠

固

有机玻璃

气

肥皂泡沫

液

液

牛奶

固

Fe(OH)3溶胶、泥浆水

分散剂

分散质

实例第14页，共68页，2023年，2月20日，星期一分子分散系(d<1nm)溶液固态液态气态本节讨论的主要内容是以水为溶剂的水溶液分散质以分子或者比分子更小的质点均匀地分散在分散剂中所得的分散系第15页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.2.2溶液浓度的表示法浓度

一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度。分类物质的量浓度质量摩尔浓度摩尔分数无纲量质量分数无纲量第16页，共68页，2023年，2月20日，星期一ppm和ppb浓度(用于极稀的溶液)1ppm：百万分之一1ppb：十亿分之一选择题：质量摩尔浓度的优点是（）准确度高(B)应用广泛(C)计算方便(D)其值不随温度而改变第17页，共68页，2023年，2月20日，星期一在100mL水中，溶解17.1g蔗糖（分子式为C12H22O11)，溶液的密度为1.0638g·mL-1，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，摩尔分数各是多少？例1：解：（1）第18页，共68页，2023年，2月20日，星期一（2）（3）题目解：公式=代入数据(包括单位)=单位制的统一(必要时)=中间运算过程(此步骤可不写)=结果(包括单位)注意解题规范第19页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.2.3电解质溶液简介电解质水溶液中或熔融状态下能导电的物质非电解质水溶液中或熔融状态下不能导电的物质电解质分为：强电解质，弱电解质解离度α弱电解质在水中只有部分解离，解离度较小，在水溶液中存在解离平衡；而强电解质在水中解离比较完全，在水溶液中不存在解离平衡。第20页，共68页，2023年，2月20日，星期一强电解质溶液表观的解离度

几种强电解质的实测解离度（298.15K,0.1mol·L-1）电解质

KClZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2实测解离度

(%)86409292619181

1887年，Arrhenius

是这样在电离理论中解释这个现象的：

电解质在水溶液中是电离的.电离“似乎”又是不完全的.离子晶体，在水中应是完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？第21页，共68页，2023年，2月20日，星期一离子氛和离子强度但离子并不是自由的存在着“离子氛”。

强电解质在水溶液中是

完全电离的

每个离子都被相反电荷的其它离子所包围

离子的行动受到离子氛的牵制第22页，共68页，2023年，2月20日，星期一活度a和活度系数f－－－电解质溶液中离子实际发挥的浓度，称有效浓度或活度。a=f·c活度与浓度的关系:当溶液极稀时:f→1，活度和浓度基本一致。对弱电解质溶液，当浓度不大时，可认为f=1,即a=c。这是今后讨论弱电解质时用浓度表示的依据。第23页，共68页，2023年，2月20日，星期一溶液的性质如：颜色、导电性、酸碱性1.由溶质的本性决定2.取决于溶液中溶质的自由粒子数目称为溶液的依数性凝固点下降沸点升高渗透压溶液的蒸气压下降1.3溶液的依数性如：第24页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.3.1溶液的蒸气压下降溶剂的蒸发和蒸气压蒸发：液体表面的气化现象蒸气：液面上的气态分子群第25页，共68页，2023年，2月20日，星期一饱和蒸气压：蒸发、冷凝速度相等，气相、液相达到平衡，液相上方气体的压力始：蒸发速率较大，冷凝速率为零，气相分子增多蒸发和冷凝过程中：蒸发速率较大，冷凝速率较小，气相分子增多平衡时：蒸发速率等于冷凝速率，气相分子数目不变第26页，共68页，2023年，2月20日，星期一水的饱和蒸气压曲线和相对湿度相对湿度：空气中水蒸气压强与该温度下水的饱和蒸气压的比值空气中水的蒸气压对化学试剂的影响？潮解？风化？第27页，共68页，2023年，2月20日，星期一若在纯溶剂中加入少量难挥发非电解质（如葡萄糖)：纯水蒸气压

p0

溶液蒸气压

p＞拉乌尔定律第28页，共68页，2023年，2月20日，星期一

思考题1一杯纯水和一杯溶液放入一个密闭的容器中会产生怎样的现象？第29页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.3.2溶液的沸点升高沸腾与沸点pT=p外液体沸腾T:液体的沸点(Tb)101.325kPa正常沸点液体的沸点随外界压力的变化而变化沸腾与蒸发的区别：沸腾－－表面和内部同时气化；蒸发－－只在表面气化第30页，共68页，2023年，2月20日，星期一水的正常沸点:100ºC加入溶质溶液的沸点:？100ºC溶液沸点Tb升高p/kPa101.325100Tb纯水溶液t/ºCΔTb=Kb·b(单位?)若在纯水中加入少量难挥发的非电解质后，会产生什么现象呢？第31页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.3.3溶液的凝固点下降该物质的液相和固相达到平衡时的温度（p液＝p固时的T）水的凝固点:0ºC加入溶质

海水0ºC时是否冻结？溶液凝固点Tf下降p液>p固:

液相

固相p液<p固:

固相

液相p/Pa611t/ºCTf0ACB纯水溶液ΔTf=Kf·b物质的凝固点(Tf)第32页，共68页，2023年，2月20日，星期一例2：

在20.40g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖0.40g，测得溶液的凝固点为-0.207oC，试计算葡萄糖的相对分子量。解：

水(g)葡萄糖(mol)20.40-0.40=20.000.40/M

1000b(B)

b(B)=(10000.40)/(20.00M)=20/M

因Tf=Kf

b(B)

即0.207=1.86(20/M)

所以

M=180.0第33页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.3.4溶液的渗透压渗透

动植物的膜组织以及人造火棉胶膜都是半透膜，其特性是溶剂分子可自由通过，而溶质分子则不能，这种现象叫做渗透。渗透产生的条件

有半透膜有浓度差第34页，共68页，2023年，2月20日，星期一渗透压π阻止渗透作用发生所需施加于液面上的最小压力叫做该溶液的渗透压反渗1885年，van’tHoff：第35页，共68页，2023年，2月20日，星期一渗透压的应用医用等渗液口渴时一般不宜饮用含糖等成分过高的饮料。速溶咖啡和速溶茶的制造（将稀溶液首先用反渗透方法变浓，再用蒸发法蒸干，生产成本会大大降低。）

测定溶质的分子量利用反渗进行海水淡化第36页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.3.5依数性的应用植物细胞液中溶有氨基酸、糖类物质，有一定的抗旱性蒸气压下降植物还有一定的耐寒性

用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂

为何稀饭比水烫伤得厉害？

冬天，人们常往汽车的水箱中加入甘油等物质，以防止水箱因水结冰而胀裂。凝固点下降沸点上升第37页，共68页，2023年，2月20日，星期一例3：依数性的相互推导

某难挥发、非电解质水溶液的凝固点为272.15K，计算：（1）此溶液的沸点；（2）298.15K时此溶液的蒸气压；

（3）在273.15K时此溶液的渗透压。解：（1）因Tf=273.15K-272.15K=1.0K=Kf

b(B)

所以

b(B)=1.0K/1.86K·kg·mol-1=0.538mol·kg-1

又因Tb=Kb

b(B)

所以

Tb=0.512K·kg·mol-10.538mol·kg-1=0.27K

沸点

T=373.15K+0.27K=373.42K第38页，共68页，2023年，2月20日，星期一（2）因

p*=3.17kPa

xA=55.6mol/(55.6+0.538)mol=0.99

所以

p=p*xA=3.17kPa0.99=3.14kPa（3）=b(B)RT

=0.538mol·kg-18.314J·mol-1·K-1273.15K=1220kPa第39页，共68页，2023年，2月20日，星期一

注意：稀溶液的依数的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液。例：几种浓度为0.100mol·kg-1的电解质在水溶液中的i值电解质

△T

f(K)（实验值）△T

f(K)（计算值）NaCl0.3480.1861.87HCl0.3550.1861.91K2SO40.4580.1862.46CH3COOH0.1880.1861.08A2B(或AB2)型＞AB型＞弱电解质溶液＞非电解质溶液第40页，共68页，2023年，2月20日，星期一胶体分散：1-100nm

胶体溶液(溶胶)由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶高分子溶液由一些高分子化合物组成的溶液，

如胶水。1.4胶体第41页，共68页，2023年，2月20日，星期一纳米金和纳米银纳米金和纳米银在生物学上有重要应用第42页，共68页，2023年，2月20日，星期一

溶胶的制备溶胶的性质吸附作用胶团结构和电动电势溶胶的稳定性与聚沉第43页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.4.1溶胶的制备分散相粒子大小稳定剂条件分散法：大粒子变小

研磨法超声波法电弧法胶溶法加FeCl3（稳定剂）Fe(OH)3（新鲜沉淀）

Fe(OH)3（溶胶）凝聚法：小粒子变大

物理凝聚：更换溶剂化学凝聚：利用化学反应生成难溶物方法第44页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.4.2溶胶的性质动力学性质---布朗（Brown）运动胶体粒子受到液体介质分子的不同方向、不同速度的撞击后受力不均而作无规则运动。粒子小布朗运动剧烈光学性质---丁铎尔效应隔板灯泡.........光束投射到溶胶的粒子上散射出来，故在垂直光束的方向能看到明亮的光柱。第45页，共68页，2023年，2月20日，星期一光线射入分散体系时:光的反射粒子大于入射光的波长粒子小于入射光的波长（d胶粒＜λ可见光）光的散射丁达尔现象的解释散射光的强度

1.与λ4成反比（红光最弱，蓝光最强）2.与粒子的体积有关（真溶液的粒子太小，无丁铎尔现象）第46页，共68页，2023年，2月20日，星期一

电学性质(1)---电泳颜色加深在电场中，溶胶粒子会向某一电极方向运动。As2S3:+–带负电负溶胶Fe(OH)3:+–带正电正溶胶胶粒带电的原因：从介质中选择性吸附某种离子整个胶体溶液是否带电？第47页，共68页，2023年，2月20日，星期一电学性质(2)---电渗在外电场下，使溶胶粒子不动，分散剂定向移动的现象为电渗。半透膜溶液电渗示意图第48页，共68页，2023年，2月20日，星期一吸附作用

分散度与比表面－－－把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。比表面是指单位体积或质量的物质所具有的表面积。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。边长l/m立方体数比表面Av/（m2/m3）1×10-216×102

1×10-31036×103

1×10-51096×105

1×10-710156×107

1×10-910216×109

第49页，共68页，2023年，2月20日，星期一固体在溶液中的吸附glAB吸附：一种物质自动聚集到另一种物质表面上去的过程。具有吸附能力的物质称为吸附剂而被吸附的物质称为吸附质

正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。第50页，共68页，2023年，2月20日，星期一－－－固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中对溶质分子的吸附

分子吸附极性的吸附剂较易吸附极性的物质非极性的吸附剂较易吸附非极性的物质离子吸附－－－固体吸附剂在强电解质溶液中对溶质离子的吸附离子选择吸附离子交换吸附第51页，共68页，2023年，2月20日，星期一离子选择吸附－－－优先吸附与它组成有关的离子

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBr–Br–Br–例一：

AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时，

KBr

过量，则AgBr固体优先吸附Br-

而使固体表面带负电。

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgAg+Ag+

例二：AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时AgNO3

过量，则AgBr固体优先吸附Ag+

而使固体表面带正电。第52页，共68页，2023年，2月20日，星期一离子交换吸附－－－吸附某种离子的同时，将原来已存在于吸附剂表面的电荷符号相同的另一种离子等量地释放到溶液中去Na+Ca2+

+

3NH4+

NH4+NH4+NH4++

Ca2+

+

Na+

浓度越大，离子价数越高，交换能力越强。例如，交换能力Na＋＜Mg2＋＜Al3＋价数相同时，与水化离子半径有关。例如水化离子半径：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋交换能力：Li＋＜Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋第53页，共68页，2023年，2月20日，星期一溶胶粒子带电原因吸附作用FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HClFeCl3+2H2OFe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2ClFeO++Cl-+H2OmFe(OH)3(Fe(OH)3)m(Fe(OH)3)m·nFeO+AgNO3+KI（过量）（AgI)m

nI-

(K+，NO3-，I-)AgNO3（过量）+KI（AgI)m

nAg+

(K+，NO3-，Ag+)－－－胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电第54页，共68页，2023年，2月20日，星期一电离作用－－－胶体粒子表面分子发生电离使胶粒带电硅酸溶胶表面上H2SiO3分子可以电离，如H2SiO3=HSiO3-+H+

或

SiO32-

+2H+HSiO3-或

SiO32-

留在表面而使粒子带负电荷，H+进入溶液。第55页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.4.3胶团结构和电动电势[AgI]mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+胶团结构AgNO3+KI(过量)→

AgI(溶胶)吸附层扩散层[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·

xK+胶核吸附层扩散层胶团I-:电位离子

K+:反离子胶粒第56页，共68页，2023年，2月20日，星期一电动电势胶核固相表面到液体内部的电势MN:固相界面AB:滑动面MA:吸附层AC:扩散层(1)双电层(2)E(3)ζ电场中，滑动面到液体内部的电势吸附正离子

ζ>0

吸附负离子

ζ<0

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋————————————ζδdENBMAC电势距离第57页，共68页，2023年，2月20日，星期一(4)ζ的大小吸附层扩散层0电势ζ1ζ2ζ3反离子越多ζ越小ζ:胶粒所带的净电荷胶体体系中加入电解质现象如何？反离子增多扩散层变薄变小第58页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.4.4溶胶的稳定性与聚沉

稳定性的原因

布朗运动：克服沉降作用

胶粒带电：使胶粒分开

溶剂化作用：避免碰撞越大，越稳定聚沉溶胶失去稳定因素，胶粒相互碰撞，将导致颗粒合并、变大最后以沉淀形式析出聚沉值能使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度，单位为mmol·L-1。第59页，共68页，2023年，2月20日，星期一聚沉能力是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小。

电解质的聚沉规律

价态影响与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。负溶胶As2S3：聚沉值AlCl3:MgCl2:NaCl=1:

8:

548。例：感胶离子序负溶胶:聚沉能力是Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+正溶胶:聚沉能力是F->Cl->Br->NO3->I-第60页，共68页，2023年，2月20日，星期一

溶胶的相互聚沉将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉例：水的净化天然水中胶态的悬浮物大多数带负电荷（如土壤胶体、有机质胶体），而明矾在水中水解而得Al(OH)3为正溶胶，它们相互聚沉而使水净化。第61页，共68页，2023年，2月20日，星期一1