无机及分析化学课件全(南京大学第五版)

无机及分析化学林政第一章分散系1.5高分子溶液1.3溶液1.2分散系1.4胶体溶液1.1物质的量及其单位1.1.1物质的量及其单位物质的量是国际单位制中7个根本物理量之一，其符号为n，单位为摩尔(mol)，简称摩。物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏加德罗常数(NA)之比,即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。其表示物质所含粒子数目的多少。物质的量的单位是摩〔尔〕、符号：mol物质的量——n粒子数——N阿伏加德罗常数——NA物质的量(mol)=物质的质量(g)/物质的摩尔质量(g/mol)阿伏加德罗常数(NA)以0.012kg12C所含的碳原子数作基准，其近似值为6.02×1023mol-1

1.1.2物质的量及其单位满足上述关系的粒子是构成物质的根本粒子(如分子、原子、离子、质子、中子、电子数)或它们的特定组合。

如：1molCaCl2与阿伏加德罗常数相等的粒子是CaCl2粒子，其中Ca2+为1mol、Cl-为2mol，阴阳离子之和为3mol或原子数为3mol。

在使用摩尔表示物质的量时，应该用化学式指明粒子的种类，而不使用该粒子的中文名称。1.1.3物质的量及其单位摩尔(mol)、毫摩尔(mmol)、微摩尔(μmol)纳摩尔(nmol)、皮摩尔(pmol)1mol＝1×103mmol＝1×106μmol＝1×109nmol＝1×1012pmol1.1.4物质的量及其单位以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。一般使用单位：mol/L物质的量浓度(mol/L)=溶质的物质的量(mol)/溶液的体积(L)

cB=nB/V

注意：体积是指溶液的体积，而不是溶剂的体积。1.1.5物质的量浓度1.1.6物质的量浓度浓度只是物质的量浓度的简称，其它溶液组分含量的表示法中，假设使用浓度二字时，前面应有特定的定语。如质量浓度、质量摩尔浓度。1.1.7质量摩尔浓度溶液中某溶质B的物质的量除以溶剂的质量，称为该溶质的质量摩尔浓度。单位为mol•kg-1,符号为bB。bB=nB/W

式中W为该溶剂的质量，以千克〔kg〕作单位；nB是溶质B的物质的量，以摩尔(mol)作单位。1.1.8质量浓度单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度，以符号ρ表示，单位为kg/m3。组分B的质量浓度定义式为

ρ=mB/V

式中mB——混合物中组分B的质量，kg;

V——混合物的体积，m3。常用单位是:g/L1.1.9质量分数溶液中溶质B的质量分数是溶质B的质量mB与溶液质量m之比。符号是ωB，量纲为一。ωB＝mB/m如，100gNaCl溶液中含10gNaCl，可表示为ω〔NaCl〕＝10%1.1.10体积分数纯物质B在某温度和压力下的体积，除以在相同温度和压力下的溶液的总体积。符号为φ，量纲为一。体积分数常用于溶质为液体的溶液，如果混合过程中产生的体积变化很小，可近似地认为等于溶质的体积溶液的总体积。【例】：浓硫酸的密度ρ为1.84g/ml，其质量分数为95.6%，一升浓硫酸中含有的n(H2SO4)、n(1/2H2SO4)、c(H2SO4)、c(1/2H2SO4)各为多少？解：n(H2SO4)=1.84×1000×0.956/98.08=17.9moln(1/2H2SO4)=1.84×1000×0.956/49.04=35.9molc(H2SO4)=17.9/1=17.9mol/Lc(1/2H2SO4)=35.9/1=35.9mol/L【例】：250克溶液中含有40克NaCl，计算此溶液的质量摩尔浓度。解：水的质量＝250-40=210〔克〕b(NaCl)=[40/(58.5×210)]×1000=3.26mol/kg【例】：在100ml水中溶解17.1g蔗糖(C12H22O11)，溶液的密度为1.0638g/ml，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度。解：M蔗糖＝342(g/mol)

n蔗糖=17.1/342=0.05(mol)V=(100+17.1)/1.0638

=110.0(ml)=0.11(L)〔1〕c(蔗糖)=0.05/0.11=0.454(mol/L)〔2〕b(蔗糖)=0.05/0.1=0.5(mol/kg)分散系＝分散质+分散剂1.2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系统称分散系。如：糖水和泥水等等。１、按聚集状态分气－气〔空气〕气－液〔汽水〕气－固〔浮石〕液－气〔云、雾〕液－液〔酒精〕液－固〔肉冻〕固－气〔烟、尘〕固－液〔溶液〕固－固〔合金〕1.2.1分散系的分类：２、按分散质粒子的大小分<1nm分子分散系〔溶液〕1-100nm胶体分散系〔溶胶、高分子溶液〕>100nm粗分散系〔悬浊液、乳状液〕1.2.1分散系的分类：1.2.2相1.相——体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀局部。2．相的特点A任何局部的物理性质和化学性质相同。B一个相并不一定是一种单质，如食盐溶液(NaCl和H2O)。C单相体系分子分散系，如饱和食盐水、糖水等。溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面。D多相体系胶体分散系和粗分散系，如溶胶；悬浊液等。各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。1.2.3理想气体pV=nRT

R----

摩尔气体常量理想气体状态方程式：在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8.314kPa

L

K-1

mol-1组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。1.2.4分压定律分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。p=p1+p2+

pi

或p=

pB

n=n1+n2+

ni

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的分散系称为溶液。溶液气态溶液(空气)液态溶液：(水溶液)固态溶液

(合金)溶质溶剂1.3溶液通性：只与浓度〔溶质粒子的数目〕有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的通性，又叫溶液的依数性。1.3.1溶液的通性蒸气压下降沸点上升凝固点下降具有渗透压初始：V蒸发>V凝聚平衡：V蒸发=V凝聚纯水的蒸气压示意图气液两相平衡

蒸发

H2O(l) H2O(g)

凝聚

溶液的蒸气压下降在纯溶剂中参加难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同温度下的p纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。△p=p纯－p液蒸汽压下降的原因：纯溶剂正常溶液少

拉乌尔定律：在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数。

p：溶液的蒸气压p*：纯溶剂的蒸气压nA

：溶剂的物质的量nB

：溶质的物质的量

nAp=p*———nA+nB∴p液<p纯剂，c液越大，p液越小。p纯－p液的差值也越大。沸点:溶液的蒸气压〔p溶液〕与外压〔p外压〕相等时的温度称为该溶液的沸点。纯水：p外=101.3kPa，t纯水=100℃.难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。1.3.1.2溶液的沸点上升p溶液<p纯溶剂，而且△p=K蒸

b(B)溶液的沸点上升示意图Tb*Tb溶剂溶液温度ppokpa

蒸气压△p△TbB101.3kpaAB’溶液的沸点上升的原因：溶液的蒸气压下降。凝固点：某物质的固、液两相平衡时的温度。液相蒸气压与固相蒸气压相同时的温度。假设固相蒸气压小于液相蒸气压时，液相向固相转化。反之亦然。1.3.3.3溶液的凝固点下降溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf*

。原因：溶液的蒸气压下降。溶剂的凝固点下降示意图B'溶液纯水A'AB△Tf△ppº(kPa)p

0.6105TfTf*(273K)373KT溶液的凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降。溶液的沸点上升和凝固点下降的原因都是溶液的蒸气压下降。而溶液的蒸气压下降服从拉乌尔定律，那么这两种特性也服从拉乌尔定律与溶液的质量摩尔浓度成正比：△Tb=Kb×b(B)△Tf=Kf×b(B)小结：1.3.1.4溶液的渗透压渗透作用产生的条件：半透膜存在；膜两侧溶液的浓度不相等。半透膜的作用：只许溶剂分子通过，溶质分子不能通过。初始：溶剂分子扩散速度V纯水>V糖水渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水=v糖水渗透停止。糖水溶液增高的这局部水的静压力就是糖水溶液的渗透压。渗透压：在一定的温度下，在半透膜两边维持渗透平衡所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号π表示。纯水糖水

h纯水糖水

1、医学上输液必需输等渗溶液。

2、动物体内水份的输送。

3、植物从土壤中吸收水份和营养。4、求算溶质的分子量。渗透现象在生命过程中的重要作用：低渗溶液高渗溶液1、同一温度下，溶液的渗透压与浓度成正比。2、相同浓度时，渗透压与热力学温度成正比。πV=n(B)RTπ=c(B)RT≈b(B)RT〔溶液很稀时，c(B)≈b(B)〕R：气体常数8.314kPa·L·mol-1.K-1T：热力学温度〔绝对温度〕【例】人体血的渗透压为709.275kPa,人体温度为37℃。试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液的质量分数是多少？(设葡萄糖溶液密度是-1；葡萄糖的分子摩尔质量M为180g.mol-1)。解：∵π=c(葡)RT∴c=π/RTc(葡)=709.275/8.314×(273.15+37)=0.28mol.L-1AW=c(葡)·M/1000·ρ=(0.28×180/1000×1.01)×100%

=5.0%当施加在膜溶液侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，溶液中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透。反渗透盐水

淡水pp>反渗透法净化水反渗透膜孔径小至纳米级，在一定的压力下，H2O分子可以通过膜，水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。【例】海水在298K时的渗透压为1479kPa，采用反渗透法制取纯水，试确定用1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜，提取100cm3的纯水，所需要的最小外加压力是多少?解：随着反渗透的进行，海水中盐的浓度增大，当得到100cm3纯水时，最终海水的渗透压π2和初始海水的渗透压π1的比值为c1=nmol／1000cm3c2＝nmol／(1000-100)cm3

因为渗透前后溶质的物质的量未减少高浓度溶液和强电解质溶液也有依数性，但不遵守拉乌尔定律，故不可用稀溶液依数性的公式进行计算。对于难挥发、非电解质稀溶液c≈b(B)，几种通性可以互相联系起来，可以互相换算：

胶体是一种高度分散的多相体系。分散质为固相(1~100nm)

分散剂为液相1.4胶体溶液1、动力学性质：布朗运动布朗运动1.4.1胶体溶液的性质胶粒因布朗运动而具有一定的扩散作用。布朗运动产生的原因：分散质粒子本身处于不断的热运动中。分散剂分子对分散质粒子的不断撞击。液体分子对溶胶粒子的撞击粗分散系2、光学性质：丁铎尔效应光学原理：强光照到分散质粒子上，假设粒子直径大于入射光波长，那么发生反射或折射，如粗分散系。假设粒子直径与入射光波长相比较，那么发生散射。散射光称为乳光。Fe(OH)3胶体丁铎尔效应示意图光源凸透镜光锥

溶胶中分散质粒子直径：1～100nm

可见光波长：400～700nm在真溶液中，溶质颗粒太小〔<10-9m〕,光的散射极弱，看不到丁铎尔效应。阳光从狭缝射进室内形成光柱也是丁铎尔效应。3、溶胶的电学性质电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动。

电泳管示意图电泳管中:

Fe(OH)3溶胶向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带正电荷。胶体粒子带电的主要原因：〔1〕电离作用H2SiO3SiO2·H2OH++HSiO3-

〔2〕吸附作用固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的离子，或者能够在固体外表上形成难电离或难溶解物质的离子。

例如：Fe(OH)3胶体粒子很容易吸附与它结构相似的FeO+离子，而带正电荷。

[Fe(OH)3]m·nFeO+FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO++Cl-1.4.2胶团结构

以AgI为例：

AgNO3+KI=AgI+KNO3

当AgNO3

过量时，分散质带正电荷，胶团结构如下：[（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

胶粒胶团当KI过量时，胶粒带负电荷，胶团结构如下：

[(AgI)m•nI-

•(n-x)K+]x-•xK+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+FeO+分散质[Fe(OH)3]mFe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图假设是等物质的量进行反响，那么不能形成溶胶。注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。制备AgCl溶胶：AgNO3+KCl=AgCl+KNO3

当AgNO3过量时，溶液中有Ag+、NO3-、K+

，分散质AgCl优先吸附Ag+而带正电荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+分散质AgCl由于溶液中存在的Ag+和Cl-都是胶体的组成离子，它们都有可能被吸附，假设制备过程中：KCl过量时，溶液中有过量的K+、Cl-、NO3-

，溶胶粒子优先吸附Cl-而带负电荷。Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--Cl--分散质AgCl1.4.3电动电势＿＿＿＿＿＿＿++++++++++++________电势MNABξ胶粒与介质之间的双电层及电势差在电场的作用下，胶粒和介质作相对移动时表现出来的胶粒固相外表与液体内部之间的电势差。1.4.4溶胶的稳定性(1)动力学稳定性：布朗运动使胶粒不沉降。(2)溶剂化作用：使胶粒和反离子周围形成溶剂化膜。(3)电势稳定性：溶胶能稳定存在的最重要的原因是胶粒之间存在静电排斥力，而阻止胶粒的聚沉，ζ电势越大，静电排斥力越大，所以ζ电势的数值可以衡量溶胶的稳定性，ζ越大，说明溶胶越稳定。胶粒外表积大，外表能大，体系可自动聚集降低外表能，溶胶是热力学的不稳定体系。1.4.5溶胶的不稳定性外表能：液体或固体外表粒子比内部粒子能量高，多出的这局部能量称为体系的外表能。1.4.5溶胶的不稳定性1g水滴分散成直径2nm的小水滴，总面积为原来的625万倍，增加的能量可将这1g水的温度升高50℃。同一体系，其分散度越大，其外表能越大。胶体是一种高度分散的多相体系，具有很大的比外表，因此外表能很大。能量越高，体系越不稳定，胶体是热力学的不稳定体系。离子交换吸附：当固体从溶液中吸附某种离子后，同时它本身又向溶液排放出等电量的同种电荷离子，这种过程称为离子交换吸附。

一般来说，离子价数越高，交换能力越强；同价离子中，水合离子半径越小，离子交换能力越强。交换能力：Al3+>Ca2+>Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+Cl->Br->NO3->I-离子半径+++++Li+<Na+<K+<Rb+<

Cs+水合离子半径交换能力：Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+Li+Rb++HOH+HOHHOHHOHHOH分散质粒子合并变大，最后从分散剂中别离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。1、参加电解质；〔研究最多应用最广〕2、参加带相反电荷的胶体；3、长时间加热。

促使胶体聚沉的方法有：1.4.6溶胶的聚沉参加电解质聚沉的原因：参加电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。注意：胶体的聚沉是不可逆的。1.5高分子溶液2、是单个分子分散的单相体系，是真溶液，溶解过程是自动的，也是可逆