普通化学第一章 第一章 物质的状态溶液和胶体

普通化学教材：虎玉森田超等.普通化学.北京:中国农业出版社,2002教材与参考书参考书⑴华彤文等.普通化学原理(第2版).北京:北京大学出版社,1995⑵徐洁等.普通化学.南京:南京大学出版社,1992⑷赵士铎.普通化学.北京:中国农业大学出版社,1999⑸无机化学习题集序言

普通化学学习任务普通化学学习方法

普通化学的概论性质

1.1物质和物质的存在状态

1.2溶液

1.3胶体1.4外表活性剂和乳浊液第一章物质的状态、溶液和胶体本章根本要求1、了解物质的存在状态及其性质；掌握理想气体状态方程，分压定律及应用2、了解物质的量及其单位摩尔的概念，掌握溶液浓度的表示方法及其计算3、了解溶液的依数性，并掌握其有关计算及应用4、了解分散系的概念及分类，了解溶胶的制备和根本性质，掌握胶团结构，掌握溶胶的稳定性和聚沉5、了解高分子溶液及凝胶的性质；了解外表活性物质和乳浊液的根本特性第一章物质的状态、溶液和胶体1•1物质的聚集状态物质的存在状态

气态液态固态理想气体：不气体分子本身占有空间，分子间无相互作用力的假想气体。实际气体在压力不太高，温度不太低时，可视作理想气体。气体的根本特征：可膨胀性掺和性敏感性1.1.1·气体一、理想气体状态方程我们大家知道，经常用来描述气体性质的物理量有：压强P、体积V、温度T和物质的量(n)，我们依据实验的经验，得出了一个将几个物理量统一在一起的经验公式：

PV=nRT==>理想气体状态方程国际单位制中：P：pa

(1atm=1.013×105pa)

V:m3

T:k

n:物质的量：mol

R:气体常数：8.314J/mol·k1.1.1气体理想气体状态方程还可表示为:

m、M、ρ分别为气体的质量(kg)、摩尔质量(kg/mol)和密度(kg/m3)1.1.1气体根据理想气体状态方程，可进行一系列的计算：例1：在容器为10.0dm3

的真空钢瓶内充入Cl2,当温度为288k时，测得瓶内气体的压强为1.01×107pa,试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。解：由PV=nRT

=>m=MPV/RT又

MCl2=71.0g/mol

所以m=(71.0×10－3×1.01×107X10.0×10－3)/(8.314×288)=2.99kg1.1.1气体例2:在373k,100kpa压强下,UF6(密度最大的一种气体)的密度是多少？是H2的多少倍？解〔1〕：由=>PM=ρRT∴ρ=PM/RT=100×103×352×10-3/(8.314×373)=11.4(kg.m-3)(M(UF6)=352g/mol)ρ(H2)=100×103×2.02×10-3/(8.314×373)=0.0651(Kg.m-3)(M(H2)=2.02g/mol)∴ρ(UF6)/ρ(H2)=11.4/0.0651=175倍1.1.1气体解〔2〕：因为：ρ=PM/RT所以：ρUF6=PMUF6/RT,ρH2=PMH2/RT所以：ρUF6/ρH2=MUF6/MH2相同的温度和压强下，气体的密度比等于气体的相对分子量比。ρUF6/ρH2=352/2.02=174.31.1.1气体*真实气体范德华〔VanderWaals〕方程：

a、b

称为范德华常数，a是气体分子间力修正常数，b是气体分子体积修正常数。问题：

真实气体在什么样的特定状态下接近于理想气体的状态呢？为什么？请思考！

1.1.1气体答案：

高温且低压！二、混合气体分压定律〔道尔顿Daldon分压定律〕等温等容A、B气体混合推广p=pA+pB+pC+……+pi或p=∑pip混合气体第i组分的分压。含义为温度相同时，混合气体中每一种组分气体独立占有与整个混合气体相同体积时的压力。pi混合气体的总压力推导：pV=nRTpiV=niRT两式相除得：pi/p=ni/n=xi故：pi=xipnATVpAnBTVpBnA+

nB

TVpA+pB+=1.1.1气体VH2=VH2O

P总=PH2+PH2O1.1.1气体例3:有一3.0dm3

容器,内盛16gO2,28gN2

求300K时N2、O2的分压及混合气体的总压.

解:

n(O2)=16/32=0.5mol

P(O2)=n(O2)RT/V总

=0.5×8.314×300/(3.0×10-3)=4.16×105Pa

同理求:P(N2)

=8.32×105Pa

P总=P(O2)+P(N2)=4.16×105+8.32×105=12.48×105Pa1.1.1气体

例4:将一定量的固体KClO3

和MnO2

混合物加热分解后,称得其质量减少了0.480g,同时测得用排水集气法收集起的O2的体积0.377dm3.此时温度为294K,大气压强为9.96×104Pa.试计算O2的相对分子量.

解:用排水集气法得到的是O2和水蒸气的混合气体,水的分压P水与该温度下水的饱和蒸气压相等.P(H2O)=2.48×103Pa1.1.1气体T〳K273293294313333353P〳kPa0.6112.3332.487.37319.93247.342注：水在不同温度时的蒸汽压∵P总

=P(O2)+P(H2O)∴P(O2)=P总－P(H2O)=9.96×104－2.48×103 =9.71×104Pa∴n=P(O2)V总/RT=9.71×104×0.377×10-3

/(8.314×294)=0.0150mol

M(O2)=m(O2)/n(O2)=0.480/0.0150=32.0g/mol∴O2的相对分子量:32.01.1.1气体1、25℃时，总压为10atm时，下面几种气体的混合气体中分压最大的是：A．0.1gH2B．1.0gHeC．1.0gN2D．1.0gCO22、实际气体与理想气体更接近的条件是A．高温高压C．低温高压B．高温低压D．低温低压1．3、22℃和100.0kPa下，在水面上收集H2为1g，在此温度下水的蒸气压为2.7kPa，那么H2的体积应为A．1.26LB．2.45LC．12.6LD．24.5L1．4、10℃，101.3kPa下，在水面上收集到1.5L某气体，那么该气体的物质的量为(10℃水的蒸气压为1.2kPa)A．6.4102molB．6.5102molC．1.3103molD．7.9104mol1．5、将压力为200kPa的O25.0L和100kPa的H25.0L同时混合在20L的密闭容器中，在温度不变的条件下，混合气体的总压力为A．120kPaB．125kPaC．180kPaD．75kPa三、混合气体分体积定律〔阿玛格Amaget定律〕等温等压A、B气体混合推广V=VA+VB+VC+……+Vi或V=∑ViVi：为混合气体i组分的分体积。V：为混合气体的总体积。推导pV=nRTpVi=niRT两式相除得：Vi/V=ni/n=xi故：Vi=xiVnATpVAnBTpVBnA+

nB

TpVA+VB+=1.1.1气体四、混合气体平均摩尔质量当混合气体成分稳定不变时，可以将其看成纯气体，使用平均分子量进行各种运算设混合气体中组分A、B、C······的物质的量分数分别为x〔A〕、x〔B〕、x〔C〕······，相应的摩尔质量为M〔A〕M〔B〕、M〔C〕······，那么混合气体的平均式量为M=x（A）·M（A）+x（B）·M（B）+

x（C）

·M（C）+······

=

x（i）·M（i）

1.1.1气体

液体一、气—液平衡蒸发:液体→气体凝聚:气体→液体气液平衡：当液体蒸发为气体且气体凝聚为液体的过程到达动态平衡时即处于气液平衡状态。此时的温度就是沸点。蒸气压：处于蒸发、凝聚动态平衡的气体叫饱和蒸气，饱和蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。临界温度:单纯降温可使气体液化,单纯加压那么不能实体液化。必须首先降温到一定的数值，然后再加足够的压力方可实现气体的液化。假设高于此温度无论加多大的压力，气体都不能液化。这一温度称为临界温度，用Tc表示。二、蒸气压和温度的关系(克劳修斯–克拉贝龙方程)液体沸腾时的温度与气液平衡时的蒸气压有直接关系，研究说明，蒸气压是温度的函数p=f(T):

液体在室温下，以下物质中蒸气压最大的是A．Na2SO410H2O固体B．CCl4液体C．H2SO4液体D．I2固体三、沸点当液体的蒸汽压与外界压力相等时，汽化在整个液体内进行，这一现象称为沸腾沸腾时的温度称为沸点液体p*蒸汽p*T当p*=p

时T即为此液体沸点p防止“过热〞的方法：加沸石或碎瓷片

液体

固体固体：1、晶体2、非晶体晶体与非晶体的差异：晶体具有规那么的几何形状，非晶体那么没有。晶体具有固定的熔点，非晶体无固定的熔点。晶体显各向异性，非晶体显各向同性。1.1.4水的相图构成：1、三条线〔两相平衡线〕2、一个点〔三相共存点〕3、三个面〔单相区〕101.325kPaDEOACB273.15K273.16K373.15K0.611kPalgsTp分散体系〔分散系〕：一种或几种物质被分散成微小的粒子分布在另一种物质中所构成的体系。分散质：分散系中被分散的物质，通常分散质含量较少，一般不连续。分散剂：起分散作用的物质，存在于分散质周围，一般是连续相。二、分散系分类按分散系的聚集状态可分九类〔见表1-1〕。按分散系的粒子大小可分三类〔见表1-2〕。

分散系的概念

一、分散系表1-1

按物质聚集状态分类的分散系气空气气液云、雾固烟、尘气泡沫塑料固液珍珠固有机玻璃气肥皂泡沫液液牛奶固Fe(OH)3溶胶、泥浆水

分散剂分散质实例

分散系的概念表1-2

按分散质颗粒大小分类的分散系小于1nm(10–9)分子离子粒子能通过滤纸与半NaCl溶液分散系透膜，扩散速度快

1~100nm

胶体粒子能通过滤纸但不Fe(OH)3溶液分散系能透过半透膜,扩散慢蛋白质溶液颗粒直径大小类型主要特征实例大于100nm粗粒子不能通过滤纸不豆浆分散系能透过半透膜,不扩散乳汁

分散系的概念1、B的物质的量浓度mol/dm32、溶质B的质量摩尔浓度mol/kg3、B的物质的量分数无量纲4、B的质量分数无量纲

溶液浓度的表示方法1.2.3

稀溶液的依数性溶液性质本性：与本性有关，如颜色、气味、酸碱性等｛依数性：与粒子数有关，如溶液蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等一、溶液的蒸气压下降1.2.3

稀溶液的依数性

拉乌尔定律：一定温度下，含有难挥发性的非电解质溶质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的物质量的分数。p=p*

xAp*:纯溶剂蒸气压xA:溶剂的物质的量分数p=p*(1-xB)

→

p*-p=p*xB∴

Δp=p*xB

xB：溶质的物质的量分数Δp：溶液蒸气压的下降值

Δp=p*xB

=p*[nB/(nA+nB)]

≈p*[nB/nA]注：nA+nB

≈nAnA=mA/MAbB=nB/mA∴Δp=(p*·MA)bBKP=p*·MA对水来说

MA

=0.01801kg/molKP=0.01801p*Δp=KPbB

结论：稀溶液蒸气压的下降与稀溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。1.2.3

稀溶液的依数性纯溶剂p*饱和蒸气溶液p饱和蒸气代表溶剂分子；代表难挥发的溶质分子a:纯溶剂的蒸发示意图b:稀溶液的蒸发示意图

稀溶液蒸气压下降的解释一：1.2.3

稀溶液的依数性

稀溶液蒸气压下降的应用：abcp1p2p3Δp1Δp2Tpa:纯水b:稀溶液(bB)bc:稀溶液(bB)c试比较b、c溶液的浓度大小？问题：如何增强植物的抗旱能力？1.2.3

稀溶液的依数性二、溶液的沸点上升和凝固点下降Tp←纯水←溶液101.325kPa

Tf*TfTbTb*ACB正常沸点:

p=101.325kPaTb*=373.15K

Tb>

Tb*ΔTb=Tb-Tb*1.2.3

稀溶液的依数性正常凝固点:

p=101.325kPaTf*=273.15K

Tf*>TfΔTf=Tf*-Tf

ΔTb=KbbB

ΔTf=KfbBbB=Δp/KP=ΔTf/Kf=ΔTb/Kb对同一稀溶液来说，应有下关系：1.2.3

稀溶液的依数性溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降的应用：植物的抗旱耐寒性：植物体内细胞中有多种可溶物〔氨基酸、糖等〕，这些物质使细胞液的蒸气压下降、凝固点降低，从而使植物表现出一定的抗旱和耐寒性。冰盐冷冻剂：1份食盐和3份碎冰混合，体系的温度可降至20度；10份六水氯化钙与7~8份碎冰混合，体系的温度可降至20~40度。汽车防冻剂：汽车水箱中参加甘油或乙二醇等物质，可以降低水的冰点，防止水箱冻坏。1.2.3

稀溶液的依数性三、溶液的渗透压

渗透压：阻止渗透作用发生而必须向溶液所施加的最小压力。产生渗透压的二个条件：有半透膜存在半透膜两侧单位体积内溶剂分子数不同〔浓度不同〕π=CBRT稀溶液中

cB≈bB

π=CBRT=bBRT半透膜

溶液纯水渗透压1.2.3

稀溶液的依数性

渗透作用的应用：大多数有机体的细胞膜有半透性质，因此渗透现象对于生命有着重大意义。如人体血液有一定的渗透压，向人体输液时，一定要输入与血液渗透压相等的等渗液。1.2.3

稀溶液的依数性稀溶液依数性小结：各依数性ΔpΔTbΔTfπ都与bB成正比，与溶质本性无关。对同一稀溶液来说有如下关系：bB=Δp/KV=ΔTb/Kb=ΔTf/Kf=π/RT四个依数性中，Δp蒸气压下降是核心，沸点上升、凝固点下降、渗透压产生都与蒸气压下降有关。假设溶质、溶剂都有挥发性，那么可以有：pA=pA*xA;pB=pB*xB;p=pA+pBp---溶液蒸气压四个依数性都与bB有关，bB与溶质分子量有关，由此可以求算溶质的分子量。

切记并理解！1.2.3

稀溶液的依数性例题：有一种蛋白质，估计它的摩尔质量在15000g/mol左右。如果在298K时，取1.0g样品溶于100g水，试问利用哪一种依数性来测定摩尔质量好一些？解：a)

先试沸点上升测定，Kb=0.515K·kg·mol–1

Tb=Kb·bB=Kb(nB/mA)=0.515(1.0/15000/10010–3)=0.34310–3K

b)

用凝固点下降测定，

Kf=1.853K·kg·mol–1

Tf=Kf·bB=Kf(nB/mA)=1.853(1.0/15000/10010–3)

=1.2410–3K

c)

用渗透压测定，

=cRT=(nB/V)RT=8.314293(1.0/15000/0.110–3)=1.62103Pa=1.62kPa

显然，

Tb、

Tf都很小，不易测定，故用渗透压测定最好。1.2.3

稀溶液的依数性电解质溶液1、电解质溶液的依数性

电解质溶液的依数性与拉乌尔定律有较大的差异，这是因为电解质溶液溶于水后，不同的电解质会电离出不同数目的离子，使bB与电解质溶液浓度cB不等。2、强电解质与弱电解质强电解质在水中完全离解弱电解质在水中局部离解1.2.3

稀溶液的依数性1、在压力为101325Pa时，水溶液沸点最低的是A．1.0mol/kgCO(NH2)2B．1.0mol/kgNaClC．0.1mol/kgH2SO4D．0.1mol/kgHCl2、糖水的凝固点为A．273KB．高于273KC．低于273KD．无法判断3、以下水溶液凝固点最高的是A．0.1mol/LKClB．0.1mol/LCH3COOHC．0.1mol/LHClD．0.1mol/LK2SO44、在常压下将NaCl固体撒在冰上，将会A．无变化B．冰发生融化C．冰变硬D．NaCl和H2O凝结在一起5、均为0.1mol/LNaCl、Na2SO4、蔗糖(C12H22O11)溶液，其渗透压从大到小的顺序是A．蔗糖>Na2SO4>NaClB．NaCl>Na2SO4>蔗糖C．蔗糖>NaCl>Na2SO4D．Na2SO4>NaCl>蔗糖胶体以固体颗粒〔直径1~100nm〕分散于液体中的一种胶体分散系，它属于高分散度的多相体系。高分子溶液

高分子物质溶于适当溶剂而形成的溶液，其溶质高分子的大小在胶体分散系范围内，它同真溶液一样属均相体系。溶胶1.3胶体一、外表吸附glAB

吸附作用外表分子与相内分子的受力不同，B分子处于相内，受到周围分子的作用力是均衡的；A分子处于外表，此分子一方面受到本相体内分子的作用，另一方面又受到性质不同的另一相分子的作用，受力不均衡，易形成凹月面。吸附：一种物质自动聚集到另一种物质外表上去的过程。为什么会出现吸附？在气液外表上A分子受到气相分子的作用力是极小的，因此A分子受到一个指向液体内部的合力〔剩余力〕。从能量角度看，A分子比B分子具有较高的能量，这局部高出的能量就是外表自由能——外表能。外表能的存在带来：气液外表的分子总有降低外表能，缩小外表积的趋势。自由状态下液滴呈球形就是此原因。固体外表利用外表分子的剩余力场吸附其它分子减少剩余力场，降低外表能，因此产生外表吸附。

吸附作用二、分子吸附分子吸附遵循相似相吸原那么，主要是吸附剂对非电解质或弱电解质分子的吸附。三、离子吸附

离子吸附有离子选择吸附和离子交换吸附两种：

1、离子选择吸附：优先选择吸附与固体粒子具有相同组成和结构相似并能与之生成难溶化合物的离子，其次再选择吸附能与固体形成同晶型固体的那些离子。

吸附作用

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBr–Br–Br–

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgAg+Ag+例一：AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时，KBr过量，那么AgBr固体优先吸附Br-而使固体外表带负电。例二：AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时AgNO3过量，那么AgBr固体优先吸附Ag+而使固体外表带正电。

吸附作用2、离子交换吸附：吸附剂从溶液中吸附某种离子时，等物质量地置换出另一种电荷符号相同的离子到溶液中，此吸附称离子交换吸附，离子交换吸附过程是可逆过程。土壤中的养分保持和释放大局部是通过离子交换进行的。Na+Ca2++3NH4+

NH4+NH4+NH4++Ca2+

+Na+

吸附作用1-5-2溶胶的制备和性质1、溶胶的制备溶胶的制备有两类方法

(1)分散法：用适当的方法使大块物质分散成胶体粒子的大小。常用方法有：研磨法和胶溶法。

(2)凝聚法：让难溶物质的分子(或离子)相互凝聚成胶体粒子。方法有：化学凝聚法；物理凝聚法；改换溶剂法和电弧法等。

溶胶的制备1、溶胶的光学性质——丁铎尔效应溶液溶胶光源光照射物体粒子时可以发生：a：反射(粒子直径大于入射光波长);b：透射(粒子直径远小于入射光波长);c：散射(粒子直径略小于〔或近似于〕入射光波长)。*利用光散射原理，人们设计制造了超显微镜，它可以观察直径小到10~300nm的粒子。丁铎尔效应即是由于胶粒对光散射的结果

溶胶的性质

溶胶的性质2、动力学性质——布朗运动：产生布朗运动的原因：胶粒受周围溶剂小分子不均衡撞击的结果。A

溶胶的性质1903年创造了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规那么“之〞字形的运动，从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移。通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越剧烈。其运动剧烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。

溶胶的性质3、溶胶的电学性质——电泳和电渗通电前黏土胶体清水–+通电后水面变化黏土胶体溶胶在电场下会发生如下的变化：

溶胶的性质+–多孔性物质溶胶

定义一：电泳是胶体粒子在电场中的定向移动定义二：电渗是当胶体粒子固定不动时溶液在电场中的定向移动电动现象的结论：胶体的胶粒是带电的！

溶胶的性质四、胶团结构AgNO3与过量KI形成AgI溶胶的胶团结构：[(AgI)m胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层胶粒胶团•

nI-•

(n-x)K+]x-•xK+掌握好！

胶团结构1、KBr与过量的

AgNO3作用制备的胶体其胶团结构为：2、用H3AsO3与过量

H2S作用制备硫化砷溶胶其胶团结构为：[(AgBr)m•nAg+

•(n-x)NO3-

]x+

•xNO3-

[(As2S3)m•nS2-

•

2(n-x)H+]2x-

•2xH+[(As2S3)m•nHS-

•

(n-x)H+]x-

•xH+例题：

胶团结构氢氧化铁溶胶的胶团结构：

{[Fe(OH)3]m

硅胶的胶团结构：

[(aSiO2•bH2O)m•nHSiO3-

•

(n-x)H+]x-

•xH+

[(aSiO2•bH2O)m•nSiO32-

•

2(n-x)H+]2x-

•2xH+•nFeO+?•

(n-x)Cl-

}x+

!•xCl-

[(AgBr)m

•nNO3-

?•

(n-x)NO3-

]x+

!•xNO3-

溴化银溶胶的胶团结构〔AgNO3过量)：

胶团结构胶粒带电的原因：吸附带电胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电。电离带电例如：Fe(OH)3固体外表选择性吸附FeO+离子而带正电。AgBr吸附Br–而带负电。例如：硅酸溶胶粒子外表会发生电离，过程如下：xSiO2•yH2O＝H++HSiO3–＝2H++SiO32–胶体粒子外表分子发生电离使胶粒带电土壤。*同晶替换晶格中心离子被其他不同价离子所替代而使晶格带电。如Si4+被Ca2+代替后，晶格带负电。土壤中常发生。

溶胶的稳定性与聚沉1、溶胶的稳定性稳定原因胶粒带电溶剂化膜布朗运动—动力稳定性要死记的哟！聚结稳定性

溶胶的稳定性与聚沉2、溶胶的聚沉b:

对溶胶起聚沉作用的主要是与胶粒电荷符号相反的离子。c:

起聚沉作用的离子的荷电多少决定了其聚沉能力的大小。d:

同价离子的聚沉能力与水化离子半径的大小有关，水化离子半径越大，聚沉能力越小。a:任何电解质到达足够浓度时都能使溶胶聚沉。(1)加电解质：

切记！