基础化学第三章课件

第三章溶液与胶体前页后页首页高等教育出版社高等教育电子音像出版社第三节胶体溶液第二节稀溶液的依数性第一节溶液浓度的表示方法学习目标课后习题首页高等教育出版社高等教育电子音像出版社学习目标：了解分散系统的分类及主要特征；理解稀溶液的依数性；溶胶的光学、动力学、电学性质；掌握溶液浓度的表示方法；能利用稀溶液的依数性解释其在生产中的应用；学会利用渗透压计算物质的相对分子质量。高等教育出版社高等教育电子音像出版社第一节溶液浓度的表示方法溶液：由两种或两种以上不同物质混合所形成的均匀、稳定的体系。

溶液的形态：固态溶液（如合金）、气态溶液（如空气）和液态溶液（如白酒）。

在形成溶液时，往往把其中数量最多的一种组分称为溶剂，其他组分称为溶质。其中，最常用的溶剂是水，通常不指明溶剂的溶液即是水溶液。高等教育出版社高等教育电子音像出版社溶液浓度的表示方法一

物质的量浓度二

质量摩尔浓度三

摩尔分数四

质量分数后页高等教育出版社高等教育电子音像出版社一、物质的量浓度

物质的量浓度：溶质B的物质的量除以溶液的体积V，用符号CB表示，即物质的量浓度的单位为mol/L。在使用物质的量浓度时，必须指明物质B的基本单元。基本单元可以是原子、分子、离子以及其他粒子或这些粒子的特定组合，可以是实际存在的，也可以是根据需要而指定的。例如：物质的量浓度可简称为浓度。溶液浓度的表示方法高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、质量摩尔浓度物质B的质量摩尔浓度:溶质B的物质的量nB

除以溶剂A的质量mA（单位为kg），用符号bB

表示，即质量摩尔浓度的SI单位是mol/kg，使用时应注明基本单元。溶液浓度的表示方法高等教育出版社高等教育电子音像出版社三、摩尔分数摩尔分数：物质B的物质的量nB除以混合物的物质的量，用符号xB表示，即Σnii若溶液由溶质B和溶剂A组成，则溶质B和溶剂A的摩尔分数分别为溶液浓度的表示方法高等教育出版社高等教育电子音像出版社四、质量分数质量分数：物质B的质量mB除以混合物的质量用符号ωB表示，即Σmii对于溶液而言，溶质B和溶剂A的质量分数分别为：溶液浓度的表示方法高等教育出版社高等教育电子音像出版社第二节稀溶液的依数性溶液的某些性质如溶液的颜色、体积、导电性、酸、碱性等与溶质的本性有关，溶质不同，则性质各异；而溶液的另一类性质如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低以及溶液的渗透压等与溶质的本性无关，仅决定于溶液中所含溶质微粒数的多少，由于这类性质的变化规律只适用于稀溶液，所以统称为稀溶液的依数性。

一、蒸气压下降

蒸发：在一定温度下，将纯的液体如水放入一密闭容器中，一部分动能较高的水分子将克服水分子间的引力从液面逸出，成为蒸气分子的过程。

凝结：气相中的水蒸气分子也会接触到水面并被吸引到液相中的过程。前页高等教育出版社高等教育电子音像出版社当液体的蒸发速率与蒸气凝结的速率相等时，气液两相处于动态平衡，此时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压，用符号p表示。单位是Pa或kPa。液体的蒸汽压p与液体的本性有关,温度升高，p增大.不同温度下水的蒸气压高等教育出版社高等教育电子音像出版社在一定温度下，纯溶剂的蒸气压(p*)为一定值。将难挥发的溶质（B）溶入溶剂(A)形成稀溶液后，稀溶液的蒸气压要比纯溶剂的蒸气压低。

稀溶液的蒸气压下降原因由于溶质的加入，溶剂的部分表面被溶质分子占据，影响了溶剂分子的逸出，从而在单位时间内逸出液面的溶剂分子数比纯溶剂减少，当达到平衡时，溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

1887年法国化学家拉乌尔根据大量实验结果，得出了稀溶液中溶剂A的蒸气压pA与溶液中A的摩尔分数xA间的关系为上式说明：稀溶液中溶剂的蒸气压等于同温度下纯溶剂的饱和蒸气压p*与溶液中溶剂的摩尔分数xA的乘积，这就是拉乌尔定律。若溶液中只有溶剂A和溶质B两个组分，则xB=1-xA，故拉乌尔定律也可写成高等教育出版社高等教育电子音像出版社式中，k为比例常数，说明蒸气压下降只与一定量溶剂中所含溶质的微粒数有关，而与溶质的本性无关。应当指出：若溶质不挥发，pA即为溶液的蒸气压；若溶质挥发，pA则为溶剂A在气相中的分压。溶液的蒸气压下降原理具有实际意义。如CaCl2、P2O5以及浓H2SO4等可用作干燥剂的原因就是由于这些物质表面吸收水蒸气后形成了溶液，其蒸气压比空气中水蒸气压要低。因此，将陆续吸收水蒸气，直至由于溶液变稀，蒸气压回升与空气的水蒸气相等，从而建立起液-气平衡为止。高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、溶液的沸点升高

液体的沸点是液体的蒸气压等于外压时的温度，用Tb表示。当外压为101.325KPa时的沸点称为液体的正常沸点。通常情况下，没有注明压力条件的沸点都是正常沸点。水的正常沸点是373.15K。

溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这一现象称为溶液的沸点升高。溶液沸点升高的原因

是难挥发性溶质溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。如下图，横坐标表示温度，纵坐标表示蒸气压。aa’表示纯溶剂水的蒸气压曲线，bb’表示稀溶液的蒸气压曲线，bb’处于aa’的下方，说明溶液中水的蒸气压低于同温度下的纯溶剂水的蒸气压。在纯水的沸点373K(Tb*)处，溶液的蒸气压小于外界的大气压，当温度升高至Tb时(b’/点)，溶液的蒸气压才与外界大气压相等而沸腾，溶液的沸点上升。高等教育出版社高等教育电子音像出版社沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度的关系为式中Kb为沸点升高常数，它只与溶剂的本性有关。bB为溶质的质量摩尔浓度。从式(3-8)可以看出，溶液的沸点升高只与溶质的质量摩尔浓度有关，而与溶质的本性无关。常见溶剂的沸点Tb及Kb和凝固点Tf及Kf

高等教育出版社高等教育电子音像出版社三、凝固点降低

物质的凝固点是指一定外压下(一般是101.325kPa)物质的液相和固相具有相同蒸气压，可以平衡共存时的温度，用符号Tf表示。水的凝固点又称为冰点。如图中ac为冰的蒸气压曲线，可见，水的蒸气压等于冰的蒸气压时的温度是273.15K，此时水和冰处于平衡状态，所以水的凝固点Tf*为273.15K。当纯水中加入难挥发的非电解质时，由于溶液的蒸气压下降，在273.15K时，溶液的蒸气压低于冰的蒸气压，溶液和冰不能共存，欲使溶液和冰处于平衡状态，必须降低温度。此时的温度为溶液的凝固点。显然，溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。溶剂的凝固点与溶液的凝固点之差（Tf*-Tf）就是该溶液的凝固点降低△Tf，且凝固点降低值与溶质的质量摩尔浓度成正比，其数学表达式为下式：式中Kf为溶剂凝固点降低常数，这只与溶剂本性有关，几种溶剂的凝固点Tf及Kf值列于上表中。高等教育出版社高等教育电子音像出版社四、渗透压

渗透是溶液的重要性质之一，一般是通过“膜”进行的，这种人造的或天然膜对物质的透过具有选择性，它允许溶剂分子自由通过，而溶质分子则不能，因此也称为半透膜。若将蔗糖溶液和纯水用半透膜隔开，使膜一侧溶液的液面和膜另一侧的水面相平，如下图（a），不久便可见因纯水透过半透膜进入溶液而使溶液的液面上升，见下图(b)，这种由溶剂分子透过半透膜自动扩散的过程称为渗透。高等教育出版社高等教育电子音像出版社产生渗透现象的两个条件：一是要有半透膜存在；二是膜两侧溶液浓度不等。如上图(c)所示，若要使溶液的液面与纯溶剂相平，必须在溶液液面的上方增加一定压力，把这种为维持只允许溶剂分子通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力称为渗透压。渗透压用符号∏表示，单位为Pa或kPa。继续点击渗透方向：溶剂分子从纯溶剂→溶液，或是从稀溶液→浓溶液。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

1886年，荷兰物理学家范特霍夫(Van/tHoff)在大量实验的基础上，总结出渗透压与溶液浓度和温度的关系，即式中：∏是渗透压，V是溶液的体积，n是溶质的物质的量，CB是物质的量浓度(mol/L)。从式(3-10b)可以看出，稀溶液的渗透压的大小仅与单位体积溶液中溶质微粒数的多少有关，而与溶质的本性无关，因此，渗透压也是溶液的依数性。

若选用一种高强度且耐高压的半透膜把纯溶剂和溶液隔开，此时如在溶液上施加的外压大于渗透压，则溶液中将有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧。这种使渗透作用逆向进行的过程称为反向渗透。反向渗透常用于从海水中快速提取淡水，还可用于环境保护，除去废水中的有毒有害物质。继续点击高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社第三节胶体溶液后页一、分散系统的分类及其主要特征

分散系统：把一种或几种物质分散在另一种物质中构成的系统。被分散的物质称为分散相（或分散质），而连续介质称为分散介质。例如食盐水溶液，食盐是分散相（或分散质），水是分散介质。根据分散相粒子的大小或分散程度的不同，分散系统可分为三类。高等教育出版社高等教育电子音像出版社分散系统按分散相粒子大小的分类高等教育出版社高等教育电子音像出版社

胶体分散系统可以按分散相与分散介质聚集状态的不同来分类，并常以分散介质的相态命名，可分为液态、固态、气态三类，见下表。胶体分散系统按聚集状态分类高度分散的多相性和热力学不稳定性既是胶体系统的主要特征，又是产生其它现象的依据。高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、表面现象

表面现象：在任何两相界面上产生的物理化学现象总称为表面现象。

界面：在多相系统中，任意两相间的接触面。

表面：若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。

常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。1.气-液界面2.气-固界面高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.液-液界面4.液-固界面5.固-固界面高等教育出版社高等教育电子音像出版社处在物质表面层的分子与相内的分子所处的力场不同，现以液体-气体界面为例加以说明。液体内部每个分子所受周围分子引力的合力为零，而液体表面层分子受液体内部分子引力较大，而受液面上气体分子的引力较小，因而存在一个指向液体内部的合力，使液体表面有自发向内收缩的趋势。1.表面张力

在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，称为表面张力，用σ表示。如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功，这种功称为表面功。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

把液体表面层的分子想象成一大群站在操场上的人，相邻的人都用比正常状态拉长一些的橡皮筋连在一起。这样人群中的每个人都要受到彼此互相拉近的力，这种力与表面张力很像，它分布于各处，方向指向四面八方，但都平行于表面。分界线通常都是自然分界处（如液体与其他物体接触的地方）或者干脆就是人为划定。分界线一旦确定，表面张力就沿着表面垂直于分界线。分界线不确定，表面张力的方向也不确定。

一定浓度和压力下，多相系统表面张力越大，系统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势。可通过两种途径，一是缩小物体的表面积，如水滴、汞滴能自动呈球形存在;二是自发吸附周围介质中能降低表面张力的其他物质粒子填入表面层，使表面粒子的浓度大于液体的内部粒子的浓度，以降低表面张力。高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.表面活性剂

表面活性物质：凡能使溶液的表面张力降低的物质。

但习惯上，把那些只溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质，才称为表面活性物质或表面活性剂。表面活性剂按化学结构分类，一般分为离子型和非离子型两大类。

离子型表面活性剂：凡在水溶液中能离解为大小不等、电荷相反两种离子的表面活性剂。

离子型表面活性剂又可按其在水溶液中具有表面活性作用离子的带电符号，分为阳离子型和阴离子型表面活性剂。高等教育出版社高等教育电子音像出版社三、溶胶的性质前页

溶胶是胶体分散系的典型代表。溶胶的胶粒是由大量分子、原子或离子构成的聚集体。热力学不稳定性、多相性、高度分散性和聚结不稳定性是溶胶的基本特征，其光学性质、动力学性质和电学性质都是由这些基本特征引起的。

1.溶胶的光学性质

在暗室或黑暗背景下，用一束强光照射在溶胶上，在与光束垂直的方向观察，可以清晰地看到一条光带，这种现象称为丁达尔现象。如下图，夜空中所能看到远处探照灯射出的光柱就是气溶胶的丁达尔现象。丁达尔现象的实质是光的散射，丁达尔效应又称乳光效应。高等教育出版社高等教育电子音像出版社丁达尔现象的产生与分散相粒子的大小和入射光的波长有关。当分散相粒子的直径大于入射光的波长时，光发生反射，如粗分散系统；当分散相粒子的直径远远小于入射光的波长时,光发生透射，如溶液；当分散相粒子的直径略小于入射光的波长时，光发生散射，如胶体分散系统。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

2.溶胶的动力学性质

动力学特征：在显微镜下可以观察到胶体粒子处在不停的、无规则的运动状态，因而表现出扩散、渗透、沉降等与溶胶粒子大小及形状等属性相关的运动特征，称为动力学特征。

（1）布朗运动英国植物学家布朗在显微镜下观察悬浮在水中的花粉时，发现悬浮于水中的花粉粒子处于不停息的、无规则的热运动状态。后来人们在研究溶胶时，也发现了类似的现象，因此，把胶粒在介质中不停地作无规则运动的现象称为布朗运动。实验表明，胶体粒子愈小，温度愈高，介质的粘度愈小，布朗运动愈强烈。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

（2）扩散在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动而发生宏观上定向迁移的现象，称为扩散。发生扩散的主要原因是粒子的热运动，扩散过程的推动力是浓度梯度。胶粒质量越小，温度越高，溶胶的粘度越小，粒子运动速度越大，布朗运动也越剧烈，越容易扩散。

（3）沉降与沉降平衡在重力场作用下胶粒受重力的作用而下降的现象称为沉降。沉降与扩散是两个相反的作用，沉降力图把分散相粒子拉向容器的底部，扩散则力图使分散相粒子趋于均匀分布。对于一般溶液，由于扩散占绝对优势，因而无沉降现象。

当沉降速率等于扩散速率，系统处于沉降平衡状态。愈近容器的底部，单位体积溶胶中的胶粒数愈多，此时容器中胶粒的分布自上而下逐渐形成一定的浓度梯度。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

3.溶胶的电学性质

（1）电泳在外电场的作用下，胶体粒子在分散介质中定向移动的现象，称为电泳。

电泳现象说明胶体粒子是带电的。如下图是一种测定胶粒电泳的装置，U型管中加入红棕色Fe(OH)3溶胶，小心地在溶胶面上注入无色NaCl溶液。通入直流电一段时向后，便可看到负极一侧红棕色界面上升，而正极一侧红棕色界面下降，说明Fe(OH)3溶胶胶粒带正电。由于整个胶体系统是电中性的，所以胶粒带正电，介质必定带负电。

（2）电渗在多孔塞（或毛细管）的两端施加一定

的电压，液体通过多孔塞而定向流动，这种现象称为电

渗。电渗现象表明分散介质也是带电的。电泳与电渗合称为电动现象。高等教育出版社高等教育电子音像出版社四、胶团的结构

1.胶粒带电的原因

（1）吸附吸附是胶粒带电的主要原因，因为溶胶是高度分散的多相体系，分散相粒子会有选择地从分散介质中吸附某种离子（称为吸附离子）作为稳定剂，使其表面带有一定的电荷。胶粒中的胶核（原子、分子的聚集体）优先有选择地吸附电解质中与其组成相似的离子。分子聚集体组成的胶核吸附与其组成类似的FeO+而带正电荷。电荷符号相反的离子Cl-，称为反离子，反离子一方面受已带胶粒吸附离子的静电吸引，使它接近胶核，另一方面反离子因本身的扩散作用，分散到介质中。在大多数情况下，少部分负离子和胶粒紧密结合在一起，电泳时同时迁移。这部分离子和胶粒表面上的吸附离子共同形成的带电层称为紧密层。分布在胶粒外围的反离子浓度离胶粒越远越稀，形成符号与吸附层相反的另一个带电层－—扩散层。这样由吸附层和扩散层构成了电性相反的双电层。继续点击高等教育出版社高等教育电子音像出版社

（2）胶核表面分子的解离胶粒表面分子解离是胶粒带电的另一原因。例如，硅酸（SiO、H2O，即H2SiO3）溶胶的胶粒是由若干个SiO2分子聚集而成的。表面上的SiO2分子与水分子作用，在表面形成H2SiO3，它解离为SiO32-和H+。

H+扩散至水中，而SiO32-留在胶粒表面，所以H2SiO3胶粒带负电荷。高等教育出版社高等教育电子音像出版社

2.胶团的结构

胶团是由胶粒和扩散层构成的，其中胶粒又是由胶核和吸附层组成。胶核是溶胶中分散相分子、原子或离子的聚集体，是胶粒或胶团的核心。扩散层以外的均匀溶液为胶团间液，它是电中性的。溶胶是指胶团和胶团间液构成的分散系。

例如在稀的AgNO3溶液中，缓慢地滴加少量的KI稀溶液，可得到AgI溶胶，过剩的AgNO3则起到稳定剂的作用。则生成AgI正溶液胶的胶团结构式如下：

m为胶核中AgI的分子数，此值一般很大（约在103左右）；n为胶核所吸附的离子数，n的数值比m小得多；（n-x）是包含在紧密层中的反离子的数目；x为扩散层中反电荷离子数目。高等教育出版社高等教育电子音像出版社若在稀的KI溶液中滴加AgNO3稀溶液，KI过量则起稳定剂的作用，AgI微粒表面吸附I-，胶核表示则带负电荷，k+为反离子（其中一部分被电势离子牢固吸引，另一部分组成扩散层。）如下图所示。