第一章分散体系和溶液

第一章分散体系和溶液

主要内容溶液和胶体化学反应速率与化学平衡滴定分析法和酸碱滴定

电解质溶液和离解平衡

原子结构与分子结构2参考书目:

①《无机化学》(生物类),孙淑声、赵钰琳编著,北京大学出版社,1988年6月

②《定量化学分析简明教程》,彭崇慧、冯建章等,北京大学出版社,1997年9月第2版

③《无机及分析化学教程》,倪静安尚少明等编,高等教育出版社,2006年5月第1版3

学时分布

章节名称课时

第一章溶液与胶体3

第二章化学反应速率与化学平衡6

第三章电解质溶液和离解平衡10

第四章滴定分析法和酸碱滴定12

第六章原子结构和分子结构8

总复习1

总计404重要得不就是知识得数量,而就是知识得质量。有些人知道得很多,但却不知道最有用得东西。

列夫● 托尔斯泰5789大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点1112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142第一章分散系和溶液43

1、1

分散系

1、4

稀溶液得依数性1、3

溶液

1、2

胶体溶液44

1、1

分散系45基本概念

1、相——体系中具有相同化学性质和物理性质得均匀部分。以分子和离子状态分散

2、相得特点

(1)任何部分得物理性质和化学性质相同。

(2)一个相并不一定就是一种物质,如食盐溶液(NaCl和H2O)。

46

(3)单相体系如饱和食盐水、糖水等。特点溶质与溶剂已成一体,组分间没有界面

(4)多相体系如不溶于水得盐溶液;水与油组成得体系及憎液溶胶等。特点各组分得物理性质和化学性质不同,并具有明显得界面。(5)分散相(分散质)(6)分散剂(分散介质)连续相(7)分散系＝分散质+分散剂47

S(总表面积)

S。=———————V(总体积)1、4、1分散度与比表面分散度:即物质得分散程度,分散质粒子越小,分散程度越大。比表面:单位体积得表面积,用符号S。表示。48【例】:1立方厘米得正方体粒子。S=6(平方厘米)S。=6/1=6厘米-1平均分为1000个小立方体后S=0、1×0、1×6×1000=60(平方厘米)S。=60/1=60厘米-1491、4、2表面能

液体或固体表面粒子比内部粒子能量高,多出得这部分能量称为体系得表面能。50

1g水滴分散成直径2nm得小水滴,总面积为原来得625万倍,增加得能量可将这1g水得温度升高50℃。同一体系,其分散度越大,其表面能越大。胶体就是一种高度分散得多相体系,具有很大得比表面,因此表面能很大。能量越高,体系越不稳定,胶体就是热力学得不稳定体系。511、4、3固体在溶液中得吸附物质分子自动聚集到界面得过程,称为吸附。被吸附得粒子由于自身得热运动,有些可能脱离固体表面重新回到周围得介质中去,此过程叫做解吸。吸附和解吸得关系:动态平衡被固体表面所吸住得分子或离子称为吸附质,具有吸附能力得固体物质称为吸附剂,吸附剂得比表面积越大,则吸附作用越显著。[吸附质]+[吸附剂][吸附质·吸附剂]+吸附热52A、分子吸附:就是指固体吸附剂对溶液中得非电解质或弱电解质分子得吸附。这类吸附与溶质、溶剂及固体吸附剂三者得性质都有关。遵循得原则就是所谓得“相似相吸原理”。即极性得吸附剂容易吸附极性得溶质或溶剂;非极性得吸附剂容易吸附非极性得溶质或溶剂。53品红得苯溶液+活性炭红墨水+活性炭54B、离子吸附:固体吸附剂对强电解质溶液得吸附主要就是离子吸附。①离子选择性吸附

As2S3选择吸附HS-而带负电荷。

H2S发生电离：H2SH++HS-制备As2S3溶胶：2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O55②、离子交换吸附:当固体从溶液中吸附某种离子后,同时她本身又向溶液排放出等电量得同种电荷离子,这种过程称为离子交换吸附。

能进行离子交换得物质为离子交换剂。如;NaR(磺化媒),阴、阳离子交换树脂。2NaR+Ca2+2Na++CaR22R-SO3H+Ca2+(R-SO3)2+2H+2R-N(CH3)3OH+SO42-[R-N(CH3)3]2SO4+2OH-2H++2OH-

＝H2O5657各种不同得离子其交换吸附能力就是不同得:当c一定时,离子在交换剂上得交换吸附程度与离子得价数和她得水合离子半径有关。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-58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+HOHHOHHOHHOH5960离子交换吸附就是一个可逆过程。离子在交换剂上交换得吸附量,还与进行交换得离子浓度有关。应用:土壤保肥,植物根系吸收养分、分离提纯物质、用离子交换树脂来净化水等。(HA表示酸性物质)611、4、4分散系得分类: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(牛奶)液－固(肉冻)固－气(烟、尘)固－液(溶液)固－固(合金)62２、按分散质粒子得大小分

<1nm真溶液(1nm=10-9m)

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)631、2胶体溶液64

胶体就是一种高度分散得多相体系、

分散质为固相(1~100nm)

分散剂为液相憎液溶胶:如金溶胶、氢氧化铁溶胶亲液溶胶:高分子化合物溶液(单相体系)(无相界面)

651、4、5溶胶得性质

1、光学性质(丁达尔效应:动画)光学原理:强光照到分散质粒子上,若粒子直径大于入射光波长,则发生反射或折射。若粒子直径与入射光波长相比拟,则发生散射。散射光称为乳光。Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥662、动力学性质(布朗运动:动画)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),光得散射极弱,看不到丁达尔效应。阳光从狭缝射进室内形成光柱也就是丁达尔效应。67布朗运动产生得原因:分散质粒子本身处于不断得热运动中。分散剂分子对分散质粒子得不断撞击。液体分子对溶胶粒子得撞击粗分散系683、溶胶得电学性质(Ⅰ)电动现象:在外电场得作用下,分散相和分散介质发生相对位移得现象称为胶体得电动现象。电动现象分为电泳和电渗。A:电泳胶粒因布朗运动而具有一定得扩散作用。69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。As2S3向正极移动,As2S3溶胶中分散质带负电荷。

电泳管示意图直流电70电泳:在电场中,分散质粒子作定向移动,称为电泳。胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化物得溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,如:土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶。71电泳时,不仅胶粒向一电极移动,与此同时与胶粒对应带相反电荷得离子向另一电极移动。胶体微粒得移动说明胶粒就是带电得,且有正负之分。胶粒带正电,则向直流电源负极(阴)移动;胶粒带负电,则向直流电源正极(阳)移动;由于胶体溶液就是电中性得,所以,胶粒带正电荷(或负电荷),则分散介质必带负电荷(或正电荷)。72电渗:胶粒设法固定不动,分散剂在电场中作定向移动得现象称为电渗。正极

+负极

—多孔性固体电渗管示意图电泳就是介质不动,胶粒运动。73(Ⅱ)、胶体粒子带电得主要原因:(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她组成相关得离子,或者能够在固体表面上形成难电离或难溶解物质得离子。“相似相吸原理”74例如:Fe(OH)3胶体粒子很容易吸附与她结构相似得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-751、4、6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7677Fe(OH)3溶胶:{[Fe(OH)3]m•nFeO+•(n-x)Cl-}x+•xCl-As2S3溶胶:[(As2S3

)m•nHS-•(n-x)H+]x-•xH+硅酸溶胶:

[(SiO2)m•nHSiO3-•(n-x)H+]x-•xH+胶粒带电,胶团不带电(电中性)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+78FeO+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胶核吸附电位离子得示意图79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由于溶液中存在得Ag+和Cl-都就是胶体得组成离子,她们都有可能被吸附,若制备过程中:注意:因制备溶胶得条件不同,可使胶体粒子带不同得电荷。80KCl过量时,溶液中有过量得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AgCl若就是等物质得量进行反应,则不能形成溶胶。811、4、7溶胶得稳定性

(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)聚集稳定性:溶胶能稳定存在得最重要得原因就是胶粒之间存在静电排斥力,而阻止胶粒得聚沉,ζ电势越大,静电排斥力越大,所以ζ电势得数值可以衡量溶胶得稳定性,ζ越大,表明溶胶越稳定。82

1、4、8溶胶得聚沉定义:分散质粒子合并变大,最后从分散剂中分离出来得过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。

1、加入电解质;(研究最多应用最广)

2、加入带相反电荷得胶体;

3、长时间加热。

促使胶体聚沉得方法有:不稳定性:胶粒表面积大,表面能大,体系可自动聚集降低表面能,溶胶就是热力学得不稳定体系。83

1、3溶液84溶液:一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成得均匀而又稳定得体系。。溶液气态溶液(空气)液态溶液：(酸、碱)固态溶液

(合金)溶质溶剂85861、2、1

物质得量及其单位nB=mB/MB(mol)2)基本单元:系统中组成物质得基本组分,可以就是分子、离子、电子及这些粒子得特定组合。如O2、½(H2SO4)、(H2+½O2)1)物质得量就是表示组成物质得基本单元数目得多少得物理量。物系所含得基本单元数与0、012kgC－12得原子数目相等(6、023×1023阿伏加德罗常数L),则为1mol。871、2、2物质得量浓度定义:一升溶液中所含溶质得物质得量称为物质得量浓度,用符号c表示,单位就是mol/Lc(B)=nB／V881、2、3质量摩尔浓度定义:1kg溶剂中所含溶质得物质得量表示为质量摩尔浓度,符号b(B),单位为:mol/kg

【例】:250克溶液中含有40克NaCl,计算此溶液得质量摩尔浓度。解:水得质量＝250-40=210(克)

b(NaCl)=[40/(58、5×210)]×1000=3、26mol/kgb(B)=nB／mA=mB/(MB·mA)891、2、4物质得量分数(简称摩尔分数)定义:某组分得物质得量与溶液得总物质得量之比称为物质得量分数,符号Ｘ,量纲为1。

nB

XB=———nB+nA

nB:溶质得物质得量nA:溶剂得物质得量90【例】:将10克NaOH溶于90克水中,求此溶液得物质得量分数浓度。解:nNaOH=10/40=0、25(mol)nH2O=90/18=5(mol)XNaOH=0、25/(0、25+5)=0、04891【例】:在100ml水中溶解17、1g蔗糖(C12H22O11),溶液得密度为1、0638g/ml,求蔗糖得物质得量浓度,质量摩尔浓度,物质得量分数浓度。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)

(3)n水＝100/18、02=5、55(mol)X(蔗糖)=0、05/(0、05+5、55)=0、0089921、4

稀溶液得依数性93①与溶质本性有关,如酸碱性、导电性、颜色等。②与溶质本性无关,只与溶质得数量有关。依数性:只与溶质粒子得数目有关而与溶质本性无关得性质称为溶液得依数性,又叫溶液得通性。

依数性就是指:溶液得蒸气压下降溶液得沸点上升溶液得凝固点下降溶液具有渗透压粒子:溶液中实际存在得分子、离子等。溶液得性质94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

1.3.1溶液的蒸气压下降蒸发

H2O(l) H2O(g)

凝聚95饱和蒸气压:在一定得温度下,当蒸发得速度等于凝聚得速度,液态水与她得蒸气处于动态平衡,这时得蒸气压称为水在此温度下得饱和蒸气压,简称蒸气压。用符号p

表示

对同一溶剂蒸气压越大,其能量越高。能量高得状态会自动变化为能量低得状态H2O(100℃,101kPa)→H2O(25℃,3、17kPa)冰(0℃,0、6105kPa)→水(-4℃,0、4373kPa)96在纯溶剂中加入难挥发得物质以后,达平衡时,p溶液总就是小于同T下得p纯溶剂,即溶液得蒸气压下降。9798△p=p纯－p液蒸汽压下降得原因:纯溶剂多溶液少99

拉乌尔定律:在一定得温度下,难挥发得非电解质稀溶液得蒸气压,等于纯溶剂得蒸气压乘该溶剂在溶液中得摩尔分数。

p:溶液得蒸气压p*:纯溶剂得蒸气压nA

:溶剂得物质得量nB

:溶质得物质得量

nAp=p*———nA+nB∴p液<p纯剂,c液越大,p液越小。p纯－p液得差值也越大。100

上式可写成:p=p*XA

∵XA+XB=1∴XA=1–XBp=p*－p*XB

nB移项得:△p=p*－p=p*XB=p*———nA+nB

∵就是稀溶液,nA>>nB∴

nA+nB≈nA101

nB

△p≈p*——nA

∵nA＝mA/MA

nBnB

∴△p≈p*——＝p*—·MA

nAmA

nB△p＝p*·MA——＝K·b(B)mA式中,MA:kg/molmA:kg102

K蒸

=p*·MA△p=K蒸

b(B)拉乌尔定律得另一种表述。K蒸与溶剂、T有关得常数①同一温度,溶剂不同,其K蒸不同;②同一溶剂,温度不同,其K蒸也不同溶剂温度/Kp*/kpaMakg/molK(kPa·kg/mol)H2O2983、170、0180、057H2O2932、330、0180、042C6H629913、30、0781、041031、3、2溶液得沸点上升

沸点:溶液得蒸气压(p溶液)与外压(p外压)相等时得温度称为该溶液得沸点。纯水:p外=101、3kPa,t纯水=100℃、实验证明:难挥发物质溶液得沸点总就是高于纯溶剂得沸点。原因:溶液得蒸气压下降。见下图104根本原因:蒸汽压下降p溶液<p纯溶剂,溶液得沸点上升示意图Tb*Tb溶剂溶液温度

ppokpa

蒸气压△p△TbB101.3kpaAB’105

Tb-Tb*=△Tb=Kb·b(B)Kb

为沸点上升常数,与溶剂得本性有关,而与溶质得本性无关。见下表:根据拉乌尔定律,△p与b(B)成正比,而△Tb与△p成正比,∴△Tb亦应与b(B)成正比,△p越大,△Tb也越大。106几种溶剂得Kb和Kf值(K·kg·mol-1)29.8250.25.03349.7四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸CH3COOH5.12278.52.53353.15苯1.86273.150.512373.15水H2OKfTfKb沸点/K溶剂107【例】:将12、0g尿素[CO(NH2)2]和34、2g蔗糖(C12H22O11)分别溶于2000g水中,计算此两种溶液得沸点(Kb=0、52K·kg·mol-1)解:M尿素

=60g·mol-1b(B)=[12、0/(60×2000)]×1000=0、1mol·kg-1

△Tb尿

=0、52×0、1=0、052(K)Tb尿

=373、15+0、052≈373、2(K)108同理,蔗糖得M=342g·mol-1

b(蔗糖)=[34、2/(342×2000)]×1000=0、05mol·kg-1△Tb蔗

=0、52×0、05=0、026(K)Tb蔗

=373、15+0、026≈373、18(K)【例】:若将12、0g尿素[CO(NH2)2]和34、2g蔗糖(C12H22O11)都加于2000g水中,计算此溶液得沸点(Kb=0、52K·kg·mol-1)△Tb=0、52×(0、1+0、05)=△Tb尿+△Tb蔗=0、078K结论:依数性存在加和性109凝固点:在一定得外压下,溶液与纯溶剂固体具有相同得蒸气压时得温度,称为该溶液得凝固点。(固液两相平衡时得温度)△Tf=Kfb(B)=Tf*-Tf1、3、3溶液得凝固点下降溶液得凝固点Tf总就是低于纯溶剂得凝固点Tf*

。同理,根据拉乌尔定律,可得原因:溶液得蒸气压下降。见下表和图110