无机及分析化学：第一章 气体和溶液

无

机

化

学第一章气体和溶液 气体的基本性质：扩散性、压缩性。

状态方程:联系体积、压力、和温度之间关系的方程式。一、理想气体状态方程式pV=nRT

p–气体的压力V–气体的体积n–气体的物质的量R–摩尔气体常数

当p单位为atm、V单位为L时，R=0.08206atm·L/mol·K

当p单位为Pa、V单位为m3时，R=8.315Pa·m3/mol·KT–热力学温度或绝对温度。

单位：开尔文（符号表示：开或K）

T=t+273.15（t表示摄氏温度）

1－1气体pV=nRTR=pV

nT如压力单位为帕斯卡（符号：帕或Pa，1atm=1.0133×105Pa），体积单位用米3(1m3=1000L),则：R==8.3151.0133×105Pa×22.414×10-3

m3

Pa·m3

1mol×273.15Kmol·K

功的单位是焦耳(符号：焦或J，1Pa·m3=1J），则：R=8.315J/mol·K∴pV=RTm

M∴pM=ρRT

∵1mol任何气体在标准状态(p=1atm或760mmHg,T=273.15K)下占有22.414升体积（即V=22.414L）。∴R==0.082061atm×22.414L

atm·L1mol×273.15Kmol·K

∵n(mol)=m(g)M(g·mol-1)说明：1、理想气体状态方程是一个近似方程式。2、只有在分子本身体积极小（接近于没有体积）或分子间引力极小（可忽略）的情况下，气体方程式才是准确的。这时的气体称为理想气体，pV=nRT才称为理想气体状态方程式。3、真实气体分子本身有体积，分子之间有引力，但在较高温度（≥0oC),较低压力（小于101.3kPa）的情况下，这2个因素都可忽略不计，用pV=nRT计算的结果能接近实际情况。pV=nRT二、道尔顿分压定律1、分体积、体积分数、摩尔分数

如：n=nO2

+nN2，则nO2/n表示氧在混合气体中的摩尔分数，nN2/n表示氮在混合气体中的摩尔分数。摩尔分数：是指某组分气体的“物质的量”与混合气体的“物质的量”之比，用ni表示。等温等压下、将0.03LN2+0.02LO2混合，所得混合气体的体积为0.05L，即混合气体总体积（V）等于各组分气体体积之和。V=V1+V2+……Vi分体积：是指相同温度下，组分气体具有和混合气体相同压力时所占的体积。xi=ViV总体积分数：是指组分气体的分体积与总体积之比，用xi表示。上述混合气体中，氮和氧两种气体的体积分数分别为：xO2

==0.40.020.05xN2

==0.60.030.05xi=nin总2、分压定律道尔顿分压定律：混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。某组分气体分压的大小和它在气体混合物中的体积分数（或摩尔分数）成正比。（分压力是指混合气体中每一种气体单独占有整个混合气体的容积时所产生的压力。）数字表达式：p=p1+p2+……pi

nin总pi=p

xi=p

适用条件：只有理想气体才严格遵守分压定律，因而避免在低温、高压条件下应用分压定律，即高温、低压条件下适用。1—3溶液一、分散系分散系：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（分散相）：被分散的物质。分散剂（分散介质）：把分散质分散开来的物质。相：体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分。相单相体系：只有一个相的体系。多相体系：有两个或两个以上相的体系。分子分散系（粒子平均直径d〈1nm）分散系胶体分散系（粒子平均直径d约为1－100nm）粗分散系（粒子平均直径d〉100nm）溶液：分散质以分子或者比分子更小的质点（如原子或离子）均匀地分散在分散剂中所得的分散系。溶液固体溶液（如某些合金）液态溶液气态溶液（如空气）空气N2，O21相2相水CaCO3☆○◎3相K2Cr2O7KMnO4CuSO4二、稀溶液的通性稀溶液的依数性：蒸气压、沸点、凝固点和渗透压。图1-2溶液蒸气压下降的示意图

当凝聚速度与蒸发速度相等，达到平衡状态（图1-2（a）），水面上的蒸气浓度不再改变时，水面上的蒸气压力称为饱和水蒸气压，简称水蒸气压。

水蒸气压与温度有关，温度越高，水蒸气压越高。

如果在水中加入一些难挥发的溶质时，由于溶质的加入必然会降低单位体积内水分子的数目。在单位时间内逸出液面的水分子数目便相应地减少了，因此溶液在较低的蒸气压下建立平衡，即溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。（图1-2（b））1、溶液的蒸气压

实验证明：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂在溶液中的摩尔分数。即：

p=pB*xB

p—溶液的蒸气压pB*—纯溶剂的蒸气压xB—溶剂的摩尔分数。

将xB

=1-xA（xA为溶质的摩尔分数）代入上式，得

p=pB*（1-xA)

Δp=pB*-p=pB*xA

上式表明:在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比，这称为拉乌尔定律。（此定律只适用于稀溶液，溶液越稀，越符合定律。）质量摩尔浓度（b）：溶液中溶质的物质的量除以溶剂的物质的量，单位为mol·kg-1。

在稀溶液中，nB》nA

,∴xA

=≈

nAnA+nBnBnA

若溶剂为水，溶解在1kg水（即55.6mol）中的溶质的物质的量nA就等于该溶液质量摩尔浓度b，则：nBnA

Δp=pB*xA

≈pB*≈pB*55.6b在一定温度下，pB*为一常数，pB*/55.6可合并为另一常数，用K表示：

即：Δp=K·b上式表明：在一定温度下，稀溶液蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度b成正比。ABCP/kPa611

Ti0

t/oC

图1-4冰点下降

100Tbt/oC

101.325P/kPa图1-3溶液的沸点上升沸点：当某一液体的蒸气压等于外界压力，液体沸腾时的温度。凝固点：物质的液相和固相达到平衡时的温度,即该物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度。正常沸点：外界压力为101.325kPa下的沸点。

因为在水中加入难挥发的溶质后，溶液的蒸气压下降，在100oC其蒸气压小于101.325kPa，在100oC时溶液不能沸腾。只有将温度升高，使溶液的蒸气压达到101.325kPa时，溶液才能沸腾。溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。图1-4中AB是水的蒸气压曲线，AC是冰的蒸气压曲线，AB与AC的交点对应的温度（0oC）即为水的凝固点。如果在0oC的冰水共存体系中加入一些溶质，溶液的蒸气压下降了。所以，溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。2、溶液的沸点和凝固点

造成溶液沸点升高和凝固点下降的原因是溶液的蒸气压下降，而溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比（Δp=K·b），因此，可认为稀溶液的沸点升高和凝固点下降也与溶液的质量摩尔浓度成正比。即：

ΔTb=Kb·bΔTf=Kf·b

ΔTb—溶液沸点升高值；ΔTf—溶液凝固点下降值

单位：K·kg·mol-1,取决于溶剂的本性而与溶质的本性无关。Kb

—溶剂的摩尔沸点升高常数

Kf—溶剂的摩尔凝固点下降常数在生产和科学实验中，溶液的凝固点下降这一性质得到广泛应用。例如，冰和盐混合物常用来做致冷剂，温度可降到-22oC冰点下降还可用来测定未知物的相对分子质量。例1-4将5.50g某纯净试样溶于250g苯中，测得该溶液的凝固点为4.51oC。

求该试样的相对分子质量（纯苯的凝固点为5.53oC）。解设该试样的摩尔质量为MΔTf=Kf·b=Kf5.50×10-3kgM0.250kgM==0.110kg·mol-15.12K·kg·mol-1×5.50×10-3kg(5.53–4.51)K×0.250×kg所以该试样的相对分子质量为110

渗透：溶剂分子通过半透膜自动扩散的过程。渗透压：为了在半透膜两边维持渗透平衡而需要施加的压力。反渗透：如果外加在溶液上的压力超过渗透压，则反而会使溶液中的水向纯水的方向流动，使水的体积增加的过程。范托夫指出稀溶液的渗透压П与温度、浓度的关系：ПV=nRT(a)П=cRT(b)V—溶液的体积n—该体积中所含溶质的物质的量；

R—摩尔气体常数T—热力学温度c—物质的量浓度（mol·L-1）很稀的溶液，c近似等于质量摩尔浓度b,所以，П=bRT

从式（a）或（b）可以看出，在一定温度下，稀溶液的渗透压与溶液的浓度成正比，与溶质的本性无关。3、渗透压

渗透压在生物学中，具有重要意义。动植物细胞膜大多具有半透膜性质，水分养料在动植物体内循环是通过渗透实现的。植物细胞汁的渗透压可达2X103kPa，所以水由植物的根部可输送到高达数十米的顶端。人体血液的平均渗透压为780kPa，在做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。例如临床上使用质量分数为0.9%的生理盐水或质量分数0.5%的葡萄糖溶液就是等渗溶液,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（医学上称这种溶液为低渗溶液），水就可以通过血红细胞膜向细胞内渗透，致使细胞肿胀甚至破裂，这种现象医学上称为溶血。如果输入溶液的渗透压大于血浆的渗透压（医学上称之为高渗溶液），血红细胞内的水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，这种现象医学上称为胞浆分离。溶胶:粒子直径在1-100nm之间,含有数百万乃至上亿个原子的一类难溶多分子聚集体.溶胶的基本特征:多相性、高分散性、热力学不稳定性。1—4胶体溶液一、溶胶的制备制备条件：1、分散相粒子大小在合适的范围内。2、胶粒在液体介质中保持分散而不聚结，必须加入稳定剂。制备方法：1、分散法：用适当的手段使大块物质在有稳定剂存在下分散成胶体粒子般大小。常用方法：研磨法、超声波法、电弧法、胶溶法2、凝聚法：常用方法：物理凝聚法：利用适当的物理过程使某些物质凝聚成胶粒般大小的粒子。例：制取汞溶胶，将汞蒸汽通入冷水中。

化学凝聚法：使能生成难溶物质的反应，在适当的环境下进行，所得到的产物恰好处于胶体状态。例如将H2S通入稀的亚砷酸溶液，通过复分解反应，可得到硫化砷溶胶

2H3AsO3+3H2S=As2S3(溶胶）+6H2O

通过水解反应和氧化还原反应制得溶胶。如:FeCl3+3H2O==Fe(OH)3（溶胶）+3HCl2AuCl3+3HCHO+3H2O==2Au(溶胶）+6HCl+3HCOOH沸腾Δ二、溶胶性质动力性质——布朗运动电学性质----电泳光学性质----丁铎尔效应

大多数金属硫化物、硅酸、土壤、淀粉、金、银等胶粒带负电，称负溶胶。大多数金属氢氧化物的胶粒带正电，称正溶胶。+AgAg-变深变浅As2O3带负电三、胶团结构和电动电势1、胶团结构以稀AgNO3与过量的稀KI溶液反应制备AgI溶胶为例。胶团结构简式：K+K+K+

K+K+

K+K+K+AgI

胶团结构示意图胶核

[（AgI）m·nI-·(n-x)K+]x-·xK+胶粒胶团K+K+K+图中：纵坐标—电势高低横坐标—离胶粒固相表面的距离MN—胶粒固相的界面AB—胶粒运动时的滑动面MA—吸附层的厚度AC—扩散层的厚度2、电动电势－

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