普通化学 第一章 气体、溶液和胶体

气体、溶液和胶体(Gas、SolutionandColloidalSolution)

1.1.1

理想气体状态方程（EquationofStateofIdealGas）pV=nRTR=8.3145Pa∙m3∙mol-1∙K-1=8.3145J∙mol-1∙K-1R:

摩尔气体常数1mol气体，0℃,1atm时的体积22.4L1.1气体（Gas）气体状态参数：温度T,压力p,体积VExercise1.1:

已知某碳氢化合物，100℃,101.325kPa压力下,ρ=2.55g∙L-1，C:H=1:1,

求：该化合物的分子式。解：根据理想气体状态方程M=2.55g∙L-1×8.315kPa∙L∙mol-1∙K-1×373.15K/101.325kPa=78.09g/molρ=pM/RTM=ρRT/p设该化合物的分子式(CH)x,则(12.0g/mol+1.01g/mol)x=78.09因此，此化合物的分子式为C6H6.解得x=6Exercise1.2:淡蓝色氧气钢瓶一个，V=50dm3,室温20℃，当它的压力为1.5MPa时，估算钢瓶中所剩氧气的质量。1.1.2道尔顿理想气体分压定律（LawofpartialPressure)pB=nBRT/VP总nAnBnA+nB对于双组分体系，T，V一定时pA

=nART/Vp总=pA+pB分压力（1807-J.Dalton)pApBp

总=(nA+nB)RT/V对于多组分体系pi=niRT/V在温度和体积恒定时，混和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有总体积时所表现的压力。道尔顿理想气体分压定律p=∑pi=∑niRT/V=nRT/VExample1.1:

在25℃,p=99.43kPa压力下,利用排水集气法收集氢气0.4000L。计算在同样温度、压力下,得到的干燥氢气的体积及其物质的量。已知25℃时H2O的饱和蒸气压为3.17kPa。则

干燥前，H2的分压力，

p(H2)=p总-p(H2O)=(99.43-3.17)kPa=96.26kPa，

V=0.4L;得：V’=pV/p’=96.26kPa

×0.4L/99.43kPa=0.387Ln(H2)=pV/RT=96.26kPa×0.4L/8.315kPa∙L∙mol-1∙K-1/(25+273.15)K=1.55×10-2mol

干燥后，p’(H2)=99.43kPa,由pV=p’V’解：已知p总=p外压＝99.43kPa,V=0.4L，T=(25+273.15)K,分体积定律（1880-E.H.Amage)p,T

一定时nAnBp,VAp,VBp,V总nA+nB

在恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分产生与混合气体相同的压力时所占据的体积。VA=nART/pVB=nBRT/pV总=VA+VB选学V总=(nA+nB)RT/p1.1.3实际气体（RealGas）实际气体的状态方程a,b为校正系数，不同的气体数值不同。1.2分散系（DispersedSystem）

1.2.1基本概念体系（系统）：环境：单相系统多相系统H2OH2OOil

相1.2.2分散体系分散质

分散剂分散体系分散体系的种类？粗分散系胶体分子离子分散系d>100nmd=1-100nmd<1nm不稳定溶胶高分子

稳定相对稳定稳定多相多相

单相单相不能透过紧密滤纸可透过滤纸，不能透过半透膜可透过半透膜1.2.3液态分散体系分类(Classify)溶液：气态溶液固态溶液液态溶液1.3溶液的浓度（ConcentrationofSolution）1.3.1质量分数(massfraction)：SI单位为1对于多组分体系：1.3.2摩尔分数（molefraction）对于多组分体系：1.3.3物质的量浓度

(AmountofSubstanceConcentration)特点：方便，最常用；注:1.在使用“mol”时，要指明物质的基本单元。2.指明温度。SI单位：mol∙m-3,Example1.2:c(KMnO4)=0.1mol∙L-1，MKMnO4=158g/mol,相当于1L溶液中含

gKMnO4。c(1/5KMnO4)=0.1mol∙L-1，基本单元是1/5KMnO4,摩尔质量是31.6g/mol,相当于1L溶液中含

gKMnO4。

15.83.16已知MH2SO4=98g/mol,①则1Lc(H2SO4)=0.1mol/L,c(H2SO4)=0.1mol/L溶液中分别含H2SO4的质量是多少？②已知1L水溶液中含H2SO498g,则c(H2SO4)，c(2H2SO4)c(H2SO4)。Exercise1.31.3.4质量摩尔浓度（molality)特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。SI单位是mol/kg1.3.5质量浓度注:区分质量浓度和密度SI单位：kg∙m-3a.物质的量浓度c与质量分数ω间的换算已知混合溶液的密度为ρ和质量分数ωB

cB=nB/V=mB/MB/V

=mB∙ρ/MB/m

=ωB∙ρ/MB1.3.6溶液浓度之间的换算Example1.3:ω(H2SO4)=98.0%的浓硫酸，

ρ=1.84g/mL,求c(H2SO4),c(1/2H2SO4)解：

由cB=ωB∙ρ/MB

c(H2SO4)=0.98×1.84×103g∙L-1/98.0g∙mol-1=18.4mol∙L-1

c(1/2H2SO4)=0.98×1.84×103g∙L-1/49.0g∙mol-1

=36.8mol∙L-1b.物质的量浓度与质量摩尔浓度的换算已知ρ,

m总

ρ=m总/V,cB=nB/V,bB=nB/mAcB=nB/V=nB∙ρ/m总若是两组分体系，B的量很少，m总≈mAcB

=nB∙ρ/m总≈nB∙ρ/mA

=bB∙ρ稀溶液：cB/mol∙L-1

≈bB/mol∙kg-11.4非电解质稀溶液的依数性

(Cilligative

PropetiesofDiluteNonelectrolyteSolution)导电性、酸碱性，氧化还原性∙∙∙（蒸气压、凝固点、沸点）的变化、渗透压∙∙∙与物质的本性有关与溶质的数量有关溶液有哪些性质？1.4.1溶液的蒸气压（VaporPressure）液体的饱和蒸气压（SaturatedVaporPressure)

蒸发凝聚

T一定，平衡状态时的压力，用p0表示。(2)影响饱和蒸气压的因素有那些?B与物质的本性有关；同一温度下,易挥发液体蒸气压大；乙醚乙醇水pTA同一液体,温度越高,蒸气压越大；C液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。水思考？？？为什么水有时表现为蒸发,有时表现为凝聚?对于任意状态下液体的蒸气压p,饱和状态为最终状态p<p0,液体蒸发（由不饱和状态到饱和状态）p>p0,气体凝聚（由过饱和状态到饱和状态）(3)溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压丙酮丙酮溶液压力计解释实验现象水糖水水糖水经过一段时间？在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。

p=pA0∙xA

在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值Δp与溶质的摩尔分数成正比

Δp=pA0∙xB适用范围:非电解质,难挥发,稀溶液(4)拉乌尔定律（F.M.Raoult）Example1.420℃时水的蒸气压为2.33kPa,将17.1g蔗糖(C12H22O11)与3.00g尿素[CO(NH2)2]分别溶于100g水中.计算这两种溶液的蒸气压各是多少?解:蔗糖的摩尔质量为342g∙mol-1,

尿素的摩尔质量为60.0g∙mol-1,n蔗糖

=17.1g/342g∙mol-1=0.05moln尿素

=3.00g/60.0g∙mol-1=0.05moln水=100g/18g∙mol-1=5.55molx水=5.55mol/(5.55+0.05)mol=0.991p=p*·x水

=2.33kPa×0.991=2.31kPa

定性解释:浓溶液电解质溶液挥发性溶质溶液半定量计算：0.1mol/L的蔗糖溶液；0.1mol/L的NaCl溶液；0.1mol/L的CaCl2溶液。估计下列溶液依数性大小：

极性相近的两挥发性非电解质溶液服从拉乌尔定律。p(A)=p0(A)xAp(B)=p0(B)xBp总=p(A)+p(B)=p0(A)xA+p0(B)xB

由摩尔分数分别为0.33和0.67的苯和甲苯组成的混合溶液,在20℃时,各物质的分压及气体的摩尔组成是多少?已知20℃时,苯的饱和蒸气压为10kPa,甲苯的饱和蒸气压为2.9kPa。p(C6H6)=p0(C6H6)×0.33=10×0.33kPa=3.3kPap(C6H5CH3)=p0(C6H5CH3)×0.67=2.9×0.67kPa=1.9kPaExercise1.4解：p总=3.3kPa+1.9kPa=5.2kPax(C6H6,g)=p(C6H6)/p总

=3.3/5.2=0.63x(C6H5CH3,g)=p(C6H5CH3)/p总

=1.9/5.2=0.371.4.2溶液的沸点（BoilingPoint）a液体的沸点

当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。当外压为101.3kPa时，液体的沸点为正常沸点（normalboilingpoint）b影响沸点高低的因素与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；外压一定时，纯净物具有固定的沸点。c溶液的沸点升高（相同压力下）水的蒸气压曲线冰的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线蒸气压曲线101.325kPa

溶液的沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。ΔTb=kb∙bBkb:溶剂沸点升高常数,只与溶剂有关,与溶质无关,单位是K∙kg∙mol-1。a液体的凝固点在一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度。正常凝固点:101kPa下纯液体和其固相平衡时的温度。H2O(l)H2O(S)1.4.3溶液的凝固点(Freezingpoint）水的蒸气压曲线冰的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线蒸气压曲线AA’BB’101.325b溶液的凝固点下降：

ΔTf

=kf∙bBkf:摩尔凝固点降低常数,与溶剂有关,与溶质无关,单位K∙kg∙mol-1。ΔTf=kf∙bB=kf∙nB/mA

=kf

∙mB/MB∙mA测定溶质的摩尔质量想一想？？？溶液的沸点和凝固点是否具有一定的值，还是一直在变？2.怎样利用上面的性质来检验物质的纯度？植物的抗旱抗寒的道理；为什么海水比河水较难结冰？融雪剂使积雪融化的原理是什么？应用1.4.4渗透压（osmoticpressure）a开始b水分子向糖溶液渗透c施加最小外压防止渗透发生理解渗透方向π大等渗溶液渗透能力相同的溶液反渗透作用π小溶液浓溶液溶剂稀溶液渗透压的定量计算

Π=cBRTΠ：kPa

cB=mol∙L-1

R=8.314kPa∙L∙mol-1∙K-1解释下列现象：1.施肥过多会引起作物凋萎；2.海水中生活的鱼类不能在淡水中生存，反之亦然；3.海水中提取盐（两种方法）；依数性使用范围:难挥发、非电解质、稀溶液

对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液,这些现象同样存在,不再符合依数性的定量规律.1.4.5应用Δp=pA0∙xBΔTb=kb∙bBΔTf=kf∙bBΠ=cBRTa测定分子摩尔质量低分子量-沸点升高,凝固点降低高分子量-渗透压b“反渗透技术”应用Example1.5将2.67g萘溶于100g苯中，测得沸点升高了0.531K(纯苯的沸点为80.2℃)，求萘的摩尔质量。（苯的kb=2.55K∙kg∙mol-1）解：由ΔTb=kb∙bB

得0.531K=2.55K∙kg∙mol-1×2.67g/M/100×1000kg-1M=128.2g∙mol-1Example1.6：有一种蛋白质，估计它的摩尔质量在12000g∙mol-1,试问用哪一种依数性来测定摩尔质量较好？解：设取1g样品溶于100g水中，已知，水的Kb为0.51K∙kg∙mol-1,Kf为1.86K∙kg∙mol-1,那么ΔTb=Kb∙bB

=0.51K∙Kg∙mol-1×1g/12000g∙mol-1/100g×1000g∙Kg-1

=4.3×10-4KΔTf=Kb∙bB

=1.86K∙Kg∙mol-1×1g/12000g∙mol-1/100g×1000g∙Kg-1=1.6×10-3Kπ=cBRT=n/V∙RT,因为溶液很稀，设它的密度和水相同1.0g/ml,因此n/V=1.00g/12000g∙mol-1/100g×1000g/L=8.3×10-4mol/Lπ=8.3×10-4mol/L×8.31kPa∙L∙mol-1∙K-×293K=2.02kPa由以上数据得出结论：ΔTb,ΔTf值太小，无法测定，渗透压数值较大，用渗透压法最好。1.5电解质溶液（ElectrolyteSolution）物质非电解质电解质强电解质（完全电离）弱电解质（不完全电离）实际离子浓度小于理论值？1.5.1离子氛模型德拜－休克尔理论1.5.2活度（Activity）电解质溶液中实际发挥作用的浓度，也叫做有效浓度：αB=γBc0γB:活度系数（ActivityCoefficient），与溶液离子间相互作用有关。离子浓度越大，离子电荷越高，离子间的相互作用越强，γ值越小；溶液无限稀时，γ值等于1。1.5.3离子强度（ionicstrength）通常：电解质浓度很小，忽略离子间的作用，用浓度代替活度进行计算；b.在实际测量过程中，通常加入离子强度调节剂，保持溶液中离子强度的稳定。1.6胶体1.6.1溶胶的性质（自学）1.光学性质2.动