气体、溶液和胶体.ppt

1、第一章 气体、溶液和 胶体,2,1.1 气体,1.2 溶液,1.3 溶液的依数性,1.4 胶体,练 习,3,1.1.1 理想气体状态方程式,1.1 气体,分子间距离 分子间相对位置 体积 外形 气态： 大 可变 不定 不定 液态： 小 可变 固定 不定 固态： 小 固定 固定 固定,物质的三态变化：,4,理想气体： 分子不占体积 分子间无相互作用,低压 高温,实际气体： 分子有体积 分子间有相互作用,理想气体与实际气体,5,Boyle定律（1662）：17世纪中叶，英国科学家波义尔的实验结果：温度恒定时，一定量气体的压力和它体积的乘积为恒量。 P1/V PV = constant,Charle

2、s(1787) Gay-Lussac(1802)定律： 压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力学温度成正比。 VT V = bT,6,Clapeyron定律：到了19世纪，法国科学家Clapeyron 综合波义尔定律和Charles定律,把描述气体状态的3个参量p, V, T 归于一个方程式。,7,R: 气体常数,标准状况,注意单位的一致！,8,1.1.2 道尔顿分压定律,温度和体积恒定时，混合气体的总压力等 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据 总体积时，所表现的压力。,若为5.0 L 2.4 atm H2和10.0 L 6.0 atm He，混合成10.0 L,

3、则p总为多少？,9,xi: 摩尔分数,分压定律的另一种表达,分压定律的一种表达,10,1.2.1 分散系,分散质,分散剂,分散,分散系,（固、液、气态）,分散系：一种或几种物质以细 小的粒子分散在另一种物 质里所形成的体系,分散质：被分散的物质 （分散相）,分散剂：把分散质分散开来的物质 （分散介质）,1.2 溶液,11,分散系 分类,分子分散系 (d 1 nm),胶体分散系 (d: 1-100 nm),粗分散系 (d 100 nm),相,体系中物理性质和化学 性质完全相同的一部分,单相体系,多相体系 （存在界面）,12,冰和水两相体系,13,表1 按分散质颗粒大小分类的分散系,小于1nm(1

4、09) 分子离子 粒子能通过滤纸与半 NaCl 分散系 透膜，扩散速度快 溶液,1100nm 胶体 粒子能通过滤纸但不 Fe(OH)3 分散系 能透过半透膜,扩散慢 溶胶 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 牛奶,14,表2 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,15,分子分散系 (d1 nm),溶液,固态,液态,气态,本节讨论的主要内

5、容是 以水为溶剂的水溶液,分散质以分子或者比分子更小的质点 均匀地分散在分散剂中所得的分散系,16,1.2.2 溶液浓度的表示法,浓度,一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度。,分类,物质的量浓度,质量摩尔浓度,摩尔分数,无纲量,质量分数,无纲量,17,ppm和ppb浓度(用于极稀的溶液) 1ppm：百万分之一 1ppb：十亿分之一,选择题：质量摩尔浓度的优点是（ ） 准确度高 (B) 应用广泛 (C) 计算方便 (D) 其值不随温度而改变,18,在100 mL水中，溶解17.1 g蔗糖（分子式为C12H22O11)，溶液的密度为1.0638 g mL-1，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩

6、尔浓度，摩尔分数各是多少？,例1：,19,（2）,（3）,题目 解： 公式 = 代入数据(包括单位) = 单位制的统一(必要时) = 中间运算过程(此步骤可不写) = 结果(包括单位),注意解题规范,20,1.2.3 电解质溶液简介,电解质,水溶液中或熔融状态下能导电的物质,非电解质,水溶液中或熔融状态下不能导电的物质,电解质分为： 强电解质， 弱电解质,解离度,弱电解质在水中只有部分解离，解离度较小，在水溶液中存 在解离平衡；而强电解质在水中解离比较完全，在水溶液中 不存在解离平衡。,21,强电解质溶液表观的解离度,几种强电解质的实测解离度（298.15K,0.1molL-1） 电解质 KC

7、l ZnSO4 HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 实测解离度 (%) 86 40 92 92 61 91 81,1887年，Arrhenius 是这样在电离理论中解释这个现象的： 电解质在水溶液中是电离的. 电离“似乎”又是不完全的. 离子晶体，在水中应是完全电离的，那么，这一矛盾又如何解释呢？,22,离子氛和离子强度,但离子并不是自由的 存在着“离子氛”。,强电解质在水溶液中是 完全电离的,每个离子都被相反电荷的其它离子所包围,离子的行动受到离子氛的牵制,23,活度a 和活度系数 f,电解质溶液中离子实际发挥的浓度， 称有效浓度或活度。,a = f c,活度与浓度的关系

8、:,当溶液极稀时: f 1，活度和浓度基本一致。 对弱电解质溶液，当浓度不大时，可认为 f =1, 即a = c。 这是今后讨论弱电解质时用浓度表示的依据。,24,溶液的性质,如：颜色、导电性、酸碱性,凝固点下降,沸点升高,渗透压,溶液的蒸气压下降,1.3 溶液的依数性,如：,25,1.3.1 溶液的蒸气压下降,溶剂的蒸发和蒸气压,蒸发：液体表面的气化现象,蒸气：液面上的气态分子群,26,饱和蒸气压：蒸发、冷凝速度相等，气相、液相达到 平衡，液相上方气体的压力,始：蒸发速率较大，冷凝速率为零，气相分子增多,蒸发和冷凝,过程中：蒸发速率较大，冷凝速率较小，气相分子增多,平衡时：蒸发速率等于冷凝速

9、率，气相分子数目不变,水的饱和蒸气压曲线和相对湿度,相对湿度：空气中水蒸气压强与该温度下水的饱和蒸气压的比值,空气中水的蒸气压对化学试剂的影响？潮解？风化？,28,若在纯溶剂中加入少量难挥发非电解质（如葡萄糖)：,纯水蒸气压 p0,溶液蒸气压 p,拉乌尔定律,29,思考题,1 一杯纯水和一杯溶液放入一个 密闭的容器中会产生怎样的现象？,30,1.3.2 溶液的沸点升高,沸腾与沸点,pT = p外,液体沸腾,T:液体的沸点(Tb),正常沸点,液体的沸点随外界压力的变化而变化 沸腾与蒸发的区别： 沸腾表面和内部同时气化； 蒸发只在表面气化,31,水的正常沸点:100C,溶液的沸点:？100C,溶液

10、沸点Tb升高,若在纯水中加入少量难挥发的非电解质后， 会产生什么现象呢？,32,1.3.3 溶液的凝固点下降,该物质的液相和固相达到平衡时的温度（p液p固时的T）,溶液凝固点Tf下降,p/Pa,611,t/C,Tf 0,A,C,B,纯水,溶液,Tf = Kf b,物质的凝固点(Tf),33,例2：,在20.40 g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖 0.40 g，测得溶液的凝固点为-0.207 oC，试 计算葡萄糖的相对分子量。,34,1.3.4 溶液的渗透压,渗透,动植物的膜组织以及人造火棉胶膜都 是半透膜，其特性是溶剂分子可自由通过， 而溶质分子则不能，这种现象叫做渗透。,渗透产生的条件,有半透膜

11、有浓度差,35,渗透压,阻止渗透作用发生所需施加于液面 上的最小压力叫做该溶液的渗透压,反渗,1885年，vant Hoff：,36,渗透压的应用,医用等渗液 口渴时一般不宜饮用含糖 等成分过高的饮料。 速溶咖啡和速溶茶的制造 （将稀溶液首先用反渗透方法变浓，再用蒸发法蒸干，生 产成本会大大降低。） 测定溶质的分子量 利用反渗进行海水 淡化,37,1.3.5 依数性的应用,植物细胞液中溶有氨基酸、糖类物质，有一定的抗旱性,蒸气压下降,植物还有一定的耐寒性,用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂,为何稀饭比水烫伤得厉害？,冬天，人们常往汽车的水箱中加入甘油 等物质，以防止水箱因水结冰而胀裂。,沸

12、点上升,38,例3：,依数性的相互推导,某难挥发、 非电解质水溶液的凝固点为 272.15 K，计算：（1）此溶液的沸点； （2）298.15 K时此溶液的蒸气压； （3）在273.15K时此溶液的渗透压。,39,（2） 因 p* = 3.17 kPa xA = 55.6 mol/(55.6 + 0.538)mol = 0.99 所以 p = p* xA = 3.17kPa 0.99 = 3.14 kPa （3） = b(B) RT = 0.538mol kg-1 8.314Jmol-1K-1 273.15 K = 1220 kPa,40,注意：,稀溶液的依数的定量关系不 适用于浓溶液和电解质

13、溶液。,例：几种浓度为0.100 molkg-1的电解质在水溶液中的i值,A2B(或AB2)型AB型弱电解质溶液非电解质溶液,41,胶体分散：1-100 nm,胶体溶液(溶胶),由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶,高分子溶液,由一些高分子化合物组成的溶液，如胶水。,1.4 胶体,纳米金和纳米银,纳米金和纳米银在生物学上有重要应用,43,溶 胶 的 制 备 溶 胶 的 性 质 吸 附 作 用 胶 团 结 构 和 电 动 电 势 溶 胶 的 稳 定 性 与 聚 沉,44,1.4.1 溶胶的制备,凝聚法：小粒子变大 物理凝聚：更换溶剂 化学凝聚：

14、利用化学反应生成难溶物,方 法,45,1.4.2 溶胶的性质,46,光线射入分散体系时:,光的反射,粒子大于入射光的波长,粒子小于入射光的波长 （d胶粒可见光）,光的散射,丁达尔现象的解释,散射光的强度,1. 与4成反比 （红光最弱，蓝光最强）,2. 与粒子的体积有关 （真溶液的粒子太小，无丁铎尔现象）,47,电学性质(1)-电泳,颜色加深,在电场中，溶 胶粒子会向某 一电极方向运 动。,胶粒带电的原因： 从介质中选择性 吸附某种离子,整个胶体溶液 是否带电？,48,电学性质(2) -电渗,在外电场下，使溶胶粒子 不动，分散剂定向移动的 现象为电渗。,电 渗 示 意 图,49,吸附作用,分散度

15、与比表面,把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。比表面是指单位体积或质量的物质所具有的表面积。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。,50,固体在溶液中的吸附,吸附：一种物质自动聚集到另一种物质表面上去的过程。,具有吸附能力的物质称为吸附剂 而被吸附的物质称为吸附质,正由于固体表面原子受力不对称和表面结构不均匀性，它可以吸附气体或液体分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。,51,固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中对溶 质分子的吸附,分子吸附,极性的吸附剂较易吸附极性的物质 非极性的吸附剂较易吸附非极性的物质,离子吸附,固体吸附剂在强电解质溶液中对溶质离

16、子的吸附,离子选择吸附,离子交换吸附,52,离子选择吸附,优先吸附与它组成有关的离子,53,离子交换吸附,吸附某种离子的同时，将原来已存在于吸附剂表面 的电荷符号相同的另一种离子等量地释放到溶液中去,浓度越大，离子价数越高，交换能力越强。 例如，交换能力Na Mg2 Al3,价数相同时，与水化离子半径有关。例如 水化离子半径：Li Na K RbCs 交换能力：Li Na K Rb Cs,54,溶胶粒子带电原因,吸附作用,FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3 HCl FeCl3 + 2H2O Fe(OH)2Cl + 2 HCl Fe(OH)2Cl FeO+ + Cl- + H2O

17、mFe(OH)3 ( Fe(OH)3)m ( Fe(OH)3)m n FeO+,AgNO3 + KI（过量） （Ag I )m nI- (K+，NO3-，I- ) AgNO3（过量）+ KI （Ag I )m nAg+ (K+，NO3-，Ag+ ),胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电,55,电离作用,胶体粒子表面分子发生电离使胶粒带电,硅酸溶胶表面上H2SiO3分子可以电离，如 H2SiO3 = HSiO3- + H+ 或 SiO32- + 2H+ HSiO3-或 SiO32- 留在表面而使粒子带负电荷，H+ 进入溶液。,56,1.4.3 胶团结构和电动电势,胶团结构,AgNO3

18、+ KI(过量) AgI(溶胶),吸 附 层,扩散层,(AgI)mnI- (n-x)K+x- xK+,胶核,吸附层,扩散层,胶团,I-: 电位离子 K+: 反离子,胶粒,57,电动电势,胶核固相表面到 液体内部的电势,MN: 固相界面,AB: 滑动面,MA: 吸附层,AC: 扩散层,(1) 双电层,(2) E,(3) ,电场中，滑动面到 液体内部的电势,吸附正离子 0,吸附负离子 0,58,(4) 的大小,反离子越多 越小,:胶粒所带的净电荷,胶体体系中加入电解质现象如何？,59,1.4.4 溶胶的稳定性与聚沉,稳定性的原因,布朗运动：克服沉降作用 胶粒带电：使胶粒分开 溶剂化作用：避免碰撞

19、越大，越稳定,聚沉,溶胶失去稳定因素，胶粒相互 碰撞，将导致颗粒合并、变大 最后以沉淀形式析出,聚沉值,能使一定量的溶胶在一定时间内 开始聚沉所需电解质的最低浓度， 单位为 mmolL-1。,60,聚沉能力,是聚沉值的倒数。聚沉值越 大的电解质，聚沉能力越小。,电解质的聚沉规律,61,溶胶的相互聚沉,将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉,例：水的净化,天然水中胶态的悬浮物大多数带 负电荷（如土壤胶体、有机质胶 体），而明矾在水中水解而得 Al(OH)3为正溶胶，它们相互聚 沉而使水净化。,62,1.4.5 大分子溶液及凝胶,高分子溶液,M 104,三种分散系性质的比较,盐析作用,加入大

20、量电解质而使高分子物质 从溶液中析出的过程,保护作用,在容易聚沉的溶胶中加入适量 的大分子物质溶液，可以大大地 增加溶胶的稳定性,63,敏化作用,当加入的大分子物质的量不足时，溶 胶的胶粒粘附在大分子上，大分子起 了一个桥梁作用，把胶粒联系在一起，使之更容易聚沉。,64,三种分散体系，如何以最方便的方法来分辨？,65,例3：,试分别比较MgSO4， K3Fe(CN)6 和AlCl3 三种电解质对下列两溶胶的凝聚能力及聚凝值大小。 （1）0.010 molL-1AgNO3 溶液和0.020 molL-1 KCl溶液等体积混合制成的AgCl溶胶。 （2）0.020 molL-1AgNO3 溶液和0.010 molL-1 KCl溶液等体积混合制成的AgCl溶胶。,先根据何种离子过量，判断生成溶胶带电情况,66,练习,1. 5.8% NaCl溶液产生的渗透压接近于（ ）。 （a）5.8%蔗糖溶液 （b） 5.8%的HAc溶液 （c）2.0 molkg -1 蔗糖溶液 （d） 1.0 molkg -1葡萄糖溶液 2. 在 0 的 100g KCl 溶液中，加入重量为 100g 的