第一章物质的聚集状态教材课件

第一章物质的聚集状态

(CollectivestateofMatter)气态、液态、固态，等离子体态1.1分散系1.2气体1.3

溶液浓度的表示方法1.4稀溶液的通性1.5胶体溶液1.6高分子溶液和乳浊液

主要内容分散相（被分散了的物质，不连续状态）

分散介质（容纳分散相的物质，连续状态）分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。1.1分散系分散系（DisperseSysterm)：由一种或多种物质分散在另一种物质中所形成的混合体系。分散系表1-1按聚集状态分类的各种分散系分散相分散介质实例

气气空气、家用煤气液气云、雾固气烟、霾气液泡沫、汽水液液牛奶、豆浆、农药乳浊液固液泥浆、油漆、墨水气固泡沫塑料、木炭、浮石液固肉冻、硅胶、珍珠固固红宝石、合金、有色玻璃

硫粉与铁粉的混合物是二组分的多相体系(具有两相)糖水、食盐水是二组分的单相体系，冰水混合物是单组分的两相体系(虽然液态水和固态冰的化学性质相同，但二者的物理性质不同。)

铜锌合金、钢、洁净的空气(不含灰尘)是单相体系。化学上把体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分叫做“相”，相与相之间存在着明确的相界面。按分散质粒子大小分类的液态分散系*温度较高或压力较低时的稀薄气体可近似看成理想气体。理想气体的假定：分子本身不占有体积。(忽略尺寸)分子间没有相互作用力。(压力不太高，温度不太低时可忽略分子间相互作用)1.2气体1.2.1理想气体状态方程pV=nRT

在标准状况下，p＝101.325kPa，T＝273.15K（0C)，1mol理想气体的体积为22.414dm3或22.414L。1Pam3=1J热力学温度与摄氏温度的关系:T＝273.15K+摄氏温度p:气体压力（Pa);V:气体体积（m3);n:物质的量（mol);R:摩尔气体常数

（8.3214J.mol-1K)T:气体热力学温度（K)例：某氢气钢瓶容积为50.0L,25C时，压力为500kpa,计算钢瓶中氢气的质量。pV=nRTm=10.1mol2.01gmol-1=20.3gH2的摩尔质量M=2.01gmol-1理想气体状态方程的运用求分子量（摩尔质量）M

pV=(m/M)RT

(n=m/M)求质量m

pV=(m/M)RT

(n=m/M)求密度（r）

r=m/V∵

pV=nRT=(m/M)RT∴

M=(m/V)(RT/p)=r(RT/p)例题（补充）：

惰性气体氙能和氟形成多种氟化物XeFx。实验测定在80oC，15.6kPa时，某气态氟化氙试样的密度为0.899（g·dm-3)，试确定这种氟化氙的分子式。解：

求出摩尔质量，即可确定分子式。

解：∵

pV=nRT=(m/M)RT∴

M=(m/V)(RT/p)=r(RT/p)=(0.899×8.314×353)/15.6=169(g•mol-1)已知原子量Xe131,F19,

则XeFx分子量为131+19x=169∴x=2，这种氟化氙的分子式为：XeF21.2.2分压定律分压：各组分气体单独占有混合气体总体积时所呈现的压力。若混合气体由i种气体混合而成，同理可得

p=p1＋p2＋p3＋…＝∑pB

道尔顿气体分压定律：混合气体的总压等于混合气体的各组分气体的分压之和在混合气体中，第B种气体的分压力，混合气体的总压力，

或pB＝p·xB

道尔顿气体分压定律2：组分B的分压力等于该组分摩尔分数(xB)与混合气体总压力的乘积。组分气体B的体积分数（1-6）书上例1-2，已知各组分体积分数，可求得各组分气体的分压。pB＝xB

·p

例

在某实验室中(大气压力为90.12kPa)，在19.0℃时用排水集气法收集到氢气0.187L。已知19.0℃时水的饱和蒸气压为2.20kPa，求在标准状况下经过干燥后所收集到的氢气的体积。解：由道尔顿气体分压定律可得，=90.12kPa－2.20kPa=87.92kPa根据理想气体状态方程式0.187L273.15+19273.15101.3251.3

溶液浓度的表示方法溶液:气体溶液(如大气)固体溶液(如合金)液体溶液(如糖水、食盐水、乙醚的苯溶液等)本章重点讨论液体溶液，以下简称溶液。CB

—

B的物质的量浓度，单位为mol·L-1。

nB—

物质B的物质的量，单位为mol。

V—

混合物的体积，单位为m3。

注意：使用物质的量单位mol时，要指明物

质的基本单元。

1.3.1物质的量浓度例：溶液c(KMnO4)=0.10mol·L-1

溶液c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-11L溶液中所含KMnO4的物质的量是不同的，后者,c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1前者，c(KMnO4)=0.10mol·L-1

n(KMnO4)=0.10mol奥运会标与的关系n(KMnO4)=0.02molc(KMnO4)=1/5c(1/5KMnO4))=0.02mol·L-1

不同bB—溶质B的质量摩尔浓度，单位为mol·Kg-1。

nB—溶质B的物质的量，单位为mol。

mA—溶剂的质量，单位为kg。

1.3.2质量摩尔浓度

1.3.3质量分数mB—

物质B的质量；

m—混合物的质量；

—

B的质量分数，单位为1。1.3.4摩尔分数nB—B的物质的量，SI单位为mol；

n—混合物总的物质的量，SI单位为mol；

—

SI单位为1。任何一个多组分系统

解：根据题意，100g溶液中含有10gNaCl，90g水。即m(NaCl)=10g,而m(H2O)=90g

21

1、蒸气压下降（Theloweringofthevaporpressure)2、沸点上升(Theelevationoftheboilingpoint)3、凝固点降低(Thedepressionofthefreezingpoint)4、渗透压(Thephenomenonofosmoticpressure)

难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，或称为依数性。包括四个方面：1.4稀溶液的通性在熔融状态和水溶液中都不能导电（不发生电离反应）的化合物。除羧酸及其盐、酚、胺以外，大多数有机化合物都是非电解质，如蔗糖、甘油、乙醇等。在无机化合物中，只有某些非金属的卤化物和所有非金属氧化物是非电解质。非电解质

同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”1.4.1溶液蒸气压的下降蒸气压决定于分子之间的吸引力：极性分子（水，甘油），蒸气压小；非极性分子（汽油），蒸气压大；分子量越大，蒸气压越小；溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关溶液的饱和蒸气压:

溶剂分子挥发和凝聚达到动态平衡时，溶剂蒸气所具有的压力

25

当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降低。蒸气压大蒸气压小P

—溶液的蒸气压，单位为Pa；

po—溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa；χA—溶剂的摩尔分数。溶液蒸气压的下降拉乌尔定律一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。因为

χA十χB＝l，即χA＝l一χB

所以p=po×χA

=po×（1-χB）=po-p

o·χB

△p

=po-p=p

o·χB一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正比。——拉乌尔定律

p=po×χA27

1.溶液的沸点上升沸点：液体蒸气压与外界压力相等时的温度。难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为：△Tb

=Tb–T0=KbbB

pT溶剂溶液101.325kPaT0Tbp<101.325kPa沸点上升示意图1.4.2溶液沸点的升高和疑固点下降bB—溶质的质量摩尔浓度(mol·kg-1)Kb—溶剂的沸点升高常数，

单位为K·kg·mol-1或℃·kg·mol-1,Kb只与溶剂的性质有关，

而与溶质的本性无关28

2.溶液的凝固点下降

溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点△Tf

=T0－Tf=Kf

bB

特点不随溶液性质而变，只与溶剂有关同种溶剂：Kf

＞Kb

凝固点：液相和固相蒸气压相等时的温度——固相与液相共存时的温度。pT溶剂溶液溶剂的气-固平衡线T0Tf

凝固点下降示意图Kf

称为溶剂的凝固点下降常数单位为K·kg·mol-1或℃·kg·mol-1。△Tb和△Tf都与溶质的质量摩尔浓度bB成正比，因此可以估算溶质的相对分子质量大小。

溶液凝固点下降常数比沸点常数大，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。故通常用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。

3．利用沸点和凝固点求摩尔质量

例1-3有一质量分数为1.0%的水溶液,测得其凝固点为273.05K．计算溶质的相对分子质量。由于该溶液的浓度较小，所以mA+mB≈mA，即mB/mA≈mB/mA+mB=1.0%nB解：根据公式：△Tf=Kf×bB

溶质的相对分子质量为183

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?冰-盐制冷剂冰面撒盐融冰

拉乌尔定律是溶液的最基本的经验定律之一，溶液的其他依数性如沸点升高、凝固点降低都可以用溶剂的蒸气压降低来解释。非挥发性非电解质，溶液的蒸气压等于溶液中溶剂的蒸气压。溶液的蒸气压总是小于纯溶剂的蒸气压。(补充内容)若溶质是易挥发非电解质，由于溶质与溶剂均能挥发，所以整个溶液的蒸气压应该是二者蒸气压之和。P=pA+pB

例（补充）：20℃时，将甲醇与乙醇相混合，其中甲醇的摩尔分数是1/3，20℃时p*甲醇＝11.83kPa，p*乙醇＝5.93(kPa)，求20℃时溶液的蒸气压力p。(甲醇和乙醇的混合物可视为理想溶液)

p＝p甲醇＋p乙醇＝p*甲醇x甲醇＋p*乙醇x乙醇结果告诉我们，溶液的蒸气压相对于纯甲醇的饱和蒸气压是降低了，而相对于纯乙醇的饱和蒸气压是升高了。解：溶液的蒸气压半透膜：

只允许溶剂分子通过而不允许溶质分子通过的膜。如动植物的膜组织例如动物膀胱、肠衣、植物的表皮层等。渗透：被半透膜分隔的溶液，两溶液的溶剂分子可以透过半透膜向对方扩散的现象。渗透压：为维持半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。即阻止渗透作用进行时所需加给的额外压力。

渗透压示意图

1.4.3溶液的渗透压

П—溶液的渗透压，单位为Pa；

cB—溶液的浓度，单位为mo1·L-1；

R—气体常数，为8.31kPa·L·mol-1·K-1；

T—体系的温度，单位为K。

П×V=nB×R×T

即

П=cB×R×T

稀溶液渗透压与浓度、温度的关系：渗透压法估算溶质的相对分子质量：例1-4

有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18克，已知在298.15K时,溶液的渗透压为413Pa,求此蛋白质的相对分子质量。解：根据公式П=cB×R×T

即该蛋白质的相对分子质量为30569。

将淡水鱼放人海水中由于其细胞液浓度较低，因而渗透压较小。它在海水中就会因细胞大量失去水分而死亡。人体发高烧时，需要及时喝水或通过静脉注射与细胞液等渗的生理盐水和葡萄糖溶液以补充水分。

渗透压的应用用于静脉注射的生理盐水是质量分数为0.9％的NaCl水溶液，NaCl的浓度不能大亦不能小。若NaCl的质量分数小于0.9％，当溶液被输进血液中后，血液中的红细胞会因细胞外的水分渗进细胞内而被胀破。反之，若溶液中NaCl的浓度过大，红细胞会因细胞内的水分渗出细胞外而皱缩。溶剂水分子总是从稀溶液透过细胞膜向浓溶液中渗透。

例

为人体做静脉注射用的葡萄糖溶液，其葡萄糖的质量分数为5.00％，试推算人体血液的渗透压。葡萄糖的摩尔质量是180克／摩尔。

解：设1升葡萄搪溶液是由x克葡萄糖和1000克水配制而成。所以解得x＝52.6克即1升溶液中含52.6克葡萄糖所以所以П＝cRT

＝0.292×8.315×(273十37)

＝753(kPa)人体血液的渗透压是753kPa。38

难挥发、非电解质的稀溶液的某些性质(蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压)与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。

注意：为什么稀溶液的各项通性，不适用于浓溶液和电解质？稀溶液的依数性定律溶液有两大类性质：第一种，与溶液中溶质的本性有关：

溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等；第二种，与溶液中溶质的独立质点数有关，而与溶质的本身性质无关：

如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。

难挥发的非电解质稀溶液的依数性第一章物质的聚集状态

(CollectivestateofMatter)气态、液态、固态，等离子体态1.2.1理想气体状态方程pV=nRT

在标准状况下，p＝101.325kPa，T＝273.15K（0C)，1mol理想气体的体积为22.414dm3或22.414L。1Pam3=1J热力学温度与摄氏温度的关系:T＝273.15K+摄氏温度p:气体压力（Pa);V:气体体积（m3);n:物质的量（mol);R:摩尔气体常数

（8.3214J.mol-1K)T:气体热力学温度（K)1.2.2分压定律分压：各组分气体单独占有混合气体总体积时所呈现的压力。若混合气体由i种气体混合而成，同理可得

p=p1＋p2＋p3＋…＝∑pB

道尔顿气体分压定律：混合气体的总压等于混合气体的各组分气体的分压之和在混合气体中，第B种气体的分压力，混合气体的总压力，

或pB＝p·xB

道尔顿气体分压定律2：组分B的分压力等于该组分摩尔分数(xB)与混合气体总压力的乘积。

同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”1.4.1溶液蒸气压的下降

45

1、蒸气压下降（Theloweringofthevaporpressure)2、沸点上升(Theelevationoftheboilingpoint)3、凝固点降低(Thedepressionofthefreezingpoint)4、渗透压(Thephenomenonofosmoticpressure)

难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性。该类性质称为稀溶液的通性，或称为依数性。包括四个方面：1.4稀溶液的通性46

高度分散的多相系统,分散相与分散介质之间亲和力较弱,相界面大,表面能高,能自动聚集成大颗粒,自动吸附某种离子而带电,是热力学不稳定系统.如Fe(OH)3胶体和As2S3胶体.

高分子以分子形式溶于介质中,分散相与分散介质之间没有相界面,是均相的热力学稳定系统.如淀粉溶液和蛋白质溶液等。1.5胶体溶液溶胶:高分子溶液:

47

表面吸附

内部质点:同时受到各个方向并且大小相近的作用力，它所受到的总的作用力为零。

物质表面的质点:受到的来自各个方向的作用力的合力就不等于零。

表面能：表面质点比内部质点所多余的能量。

减少表面能的方法：吸附其他物质、减少表面积。1.5.1分散度和表面吸附分散度

用比表面积来衡量。s—分散质的比表面积，单位是m-1；S—分散质的总表面积，单位是m2；V—分散质的体积，单位是m3。

48

溶胶具有扩散双电层结构扩散层Cl－Cl－Cl－Cl－Cl－Cl－FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋Cl－Cl－[Fe(OH)3]m胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层胶团1.5.2胶团结构例：稀AgNO3与过量的稀KI溶液反应制备AgI溶胶。溶胶表面能很大，为了降低表面能，吸附溶液共存离子。{（AgI)m·nI-·（n-x）K+}x-·xK+

胶核电位离子反离子反离子

吸附层扩散层

胶粒（带电荷，同电位离子符号相同）

胶团（不带电荷）50

{(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

胶团过量的稀AgNO3与稀KI溶液反应制备的AgI溶胶AgI胶团结构简式：1.5.3胶体溶液的性质光学性质丁达尔效应，光散射，鉴别溶液与胶体。溶胶的动力学性质布朗运动，无休止无规则运动溶胶的电学性质

电泳(electrophoresis)：在电场中，溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移。（1）吸附作用：（2）电离作用：{(Fe(OH)3)m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-{(H2SiO3)m·nHSiO3-·（n-x）H+}X-·xH+{(As2S3)m·nHS-·(n-x)H+}x-·xH+1.溶胶的稳定性动力学稳定性布朗运动

聚结稳定性带电胶粒排斥，溶剂化膜

1.5.4溶胶的稳定性和聚沉

2.溶胶的聚沉(coagulation)

（1）电解质对溶胶的聚沉作用聚沉值—指一定时间内，使一定量的溶胶完全聚沉所需要的电解质的最低浓度。电解质的聚沉值越小，聚沉能力越强。使负溶