无机及分析化学课件(第四版)第一章.ppt

气体和溶液,Gas and Solution,物质的聚集状态及特征：,本章主要内容：,1.1 气体,1.2 溶液（重点）,1.3 胶体溶液,1.1.1 理想气体状态方程式,1.1.2 道尔顿理想气体分压定律,1.1,气 体,1.1.1 理想气体状态方程式,1、理想气体,理想气体，一种假想的气体。,两点假设：,忽略分子自身占有的体积,忽略分子之间的相互作用力,真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在低压高温的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。,2、理想气体状态方程式,式中： p:气体的压力，单位是 Pa或 kPa; V :气体体积， 单位 L (m3); n :是气体物质的量，单位 mol； T :气体温度，单位 K; R :摩尔气体常数，,几种变化情况： 波义耳(Boyle) 定律： PV = 衡量 （T, n 恒定） 查理-盖吕萨克(Charles-GayLussac) 定律： V/T =衡量 （P, n 恒定） 阿伏加德罗(Avogadro) 定律：V/n = 衡量 （T, P 恒定）,R = 8.314 Pam3mol-1K-1,= 8.314 Jmol-1K-1,这部分中学计算，训练较多，在此不再赘述。,= 8.314 kPaLmol-1K-1,1.1.2 道尔顿理想气体分压定律,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 分压的概念,N2，O2,2L容器内盛1L O2，1L N2,PN2，PO2: 组分气体单独占据容器时所产生的压力。,1801年，英国物理学家和化学家，道尔顿经过实验发现：,理想气体混合物的总压力P等于混合气体中各组分气体分压力之和。,2 道尔顿理想气体分压定律,理想气体 无化学反应发生,n =n1+ n2+,p = p1 + p2 + 或 p = pB,只有理想气体的混合物才严格遵守此定律，在高温、低压下的真实气体近似服从。,推论：,x B B的摩尔分数,分压定律的实际应用,计算气体混合物中各组分气体分压,例1.在25、99.43kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氢气体积为0.4000L，计算：在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V和n。（已知 25时水的饱和蒸气压为3.17kPa）,解： T =(273+25)K = 298K p=99.43kPa V=0.4000L 298K 时，p(H2O)=3.17kPa P（H2）= P（总）- P（H2O）=96.26 kPa,例2.某温度下,将2105 Pa的O2(3dm3)和3105的N2 (6dm3)充入6dm3的真空中,求混合 气体的个组分的分压及总压.,解:由分压定义: O2: P1= 2105 Pa V1= 3dm3 PO2=? V2= 6dm3 PO2=P1V1/V2= 21053/6 = 1105 (Pa) 同理:PN2 = 31056/6 = 3105 (Pa) P总 = PO2 + PN2 = 4105 (Pa),一、基本概念 1.分散系：分散质+分散剂（定义见教材P5） 2.分散系分类：分子分散系、胶体分散系、粗分散系 3.溶液: 即分子分散系，物质以分子、离子或原子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的分散系。,1.2 溶 液,溶液：是高度分散的分子分散系。,相（phase） ： 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。 相与相之间在指定条件下有明显的界面， 体系中相的总数称为相数，用 F 表示。,气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。,液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。,固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得 多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。,1. 稀溶液蒸气压降低,1.2.2 稀溶液的通性,3. 溶液的渗透压,2. 稀溶液沸点升高和凝固点下降,稀溶液的依数性 (Colligative properties of dilute solutions) 一、什么是“稀溶液的依数性 ”？ 与溶液有关的性质分为两类： 溶液的颜色、比重、导电性等性质，与溶质的本性有关； 溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质，与溶质的本性无关。 只与溶质的数量（摩尔分数）有关，而与溶质的本性无关的性质，称为“依数性”。 只有溶质的浓度低，即所谓“稀溶液”才具有依数性 依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小,依数性是指： 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升、凝固点下降 溶液具有渗透压,粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。,溶液的饱和蒸汽压,1 稀溶液蒸气压下降,纯溶剂 溶液,结果：稀溶液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中气相分子数目少，故稀溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸汽压： 对溶液来讲, 蒸气压大于P, 液化；蒸气压小于P, 汽化。,P P0,糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压 空气中只有水分子能通过,放置一段时间后！,？,一定温度下，难挥发性的非电解质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 物质的量分数的乘积。用公式表示为,1887年法国化学家Raoult F.M.根据大量实验 结果，对于难挥发性的非电解质稀溶液，得出如 下规律：,式中， P 为溶液的蒸汽压， P0 为纯溶剂的蒸 汽压， xB为溶液中溶剂的物质的量分数。,P = P0 xB,拉乌尔定律 (Raoult law),对于只有一种溶质的稀溶液，设xA为溶质的物质的量分数，则 xA xB =1，上式可写作,P = P0 （1- xA ）,P = P0 - P0 xA,P0 - P = P0 xA,P0 P,P0P = P = P0 xA,P 表示溶液的蒸汽压下降。,1、沸点升高,沸点：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点。,液体的正常沸点：外压为101.3KPa时的沸点。,2 稀溶液沸点升高和凝固点下降,实验表明，难挥发非电解质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。这一现象称为溶液的沸点升高(boiling point elevation)。,难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。,溶液的沸点升高(Tb) =溶液的沸点(Tb) 纯溶剂的沸点(Tb0),即: Tb=Tb Tb0,2、凝固点降低,凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。,纯水的凝固点（273K）又称为冰点。,溶液的凝固点：指刚有溶剂固体析出时的温度。,Tf=Tf0- Tf,和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解质溶液，凝固点降低亦正比于溶液的质量摩尔浓度，而与溶质的本性无关。,式中Tf 为溶液的凝固点降低值， Tf0为溶剂的凝固点， Tf 为溶液的凝固点。,凝固点降低法具有灵敏度高、实验误差小、重复测定溶液浓度不变等优点。,a.可以测定溶质的相对分子量。,b.利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混合物作冷却剂。,例如采用NaCl和冰，温度可以降到22oC，用CaCl22H2O和冰，温度可以降到55oC。,二者的用途：,扩散和渗透现象,1）扩散：指物质分子从高浓度区域向低浓度区域 转移直到均匀分布的现象 不同浓度气体，溶液等均可发生扩散现象。,2）渗透：若在两种不同浓度的溶液之间，加上一种薄膜（半透膜）这种通过半透膜进行的扩散称渗透现象。,可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣、人工制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。,3 溶液的渗透压,可以允许小分子自由通过 而不允许大分子通过的薄膜。,渗透压：将纯溶剂与溶液以半透膜隔开时，为维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。,符号: 单位：常用Pa或kPa,渗透压,实验证明: 当T 一定时 c ， 当c 一定时 T,1886年荷兰物理化学家范托夫（Vant Hoff）通过实验得出稀溶液的渗透压力与溶液的浓度、绝对温度的关系：,V = n RT,式中:为溶液的渗透压力,V为溶液的体积, n为该体积中所含溶质的物质的量,T为绝对温 度,c为溶液的物质的量浓度,R为气体常数。, = c RT,（透析;洗肾),反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力可使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。 依此可实现溶液的浓缩和海水的淡化。,小结,胶体：是一种物质以一定的分散程度 存在的状态。,胶体溶液（溶胶）是由小 分子、原子或离子聚集成 较大颗粒而形成的多相体 系。,高分子溶液:是由一些高分子 化合物所组成的溶液。,1.3 胶体溶液,溶胶的制备,分散法,胶体磨研磨法； 超声波分散法； 电弧分散法； 胶溶法：,凝聚法,物理法,化学法,溶胶的性质,1 动力学性质Brown运动,利用超显微镜，可以观察到溶胶粒子的布朗运动， 即不断地作不规则运动。,2 光学性质 丁泽尔现象,1869 年，英国物理学家 Tyndall发现： 在暗室中让一束聚光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为 Tyndall 现象。,1、当入射光波长粒子直径d时，发生光散射，每个粒子成为一个小光源。可见光波长=400-760nm，胶体粒子直径d=1-100nm，会发生散射，可观察到上现象。,Tyndall 现象产生原因：,3 电学性质电泳和电渗,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。,电泳：,在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。,电渗：,胶粒设法固定不动，分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。,电泳和电渗合称为电动现象。,1.3.3 胶团结构和电动电势,KI 过量,胶团结构,电动电势,是衡量胶粒所带净电荷多少的物理量，吸附正离子为正，负离子则为负,电解质对电动电势影响很大,1.3.4 溶胶的稳定性和聚沉,溶胶是多相、高分散系统、表面能很大，是热力学不稳定系统。,为何往往能稳定存在？,布朗运动 胶粒带电 溶剂化作用,溶胶的稳定性可用的绝对值来衡量，越大，胶体所带电荷量越多，扩散层后，溶剂化层也厚，溶胶也越稳定,聚沉,电解质的聚沉作用 溶胶的相互聚沉 加热,聚沉值,离子价态越高，聚沉能力越强 异号电荷相同的离子-“离子”半径 对于负溶胶 Cs+Rb+K+Na+Li+ 对于正溶胶Cl-Br-NO3-I-,明矾净水,大分子溶液及凝胶,大分子溶液macromolecular compound 盐析 salting out 保护作用 protective effect 凝胶 gel,作业,P16 6，12 P17 18(1)(2)(3),自测题：解释下列现象： 1.海鱼在淡水中会死亡。,【要点】与海水相适应，海鱼体内细胞液的渗透压高于淡水，将海鱼置于淡水中后，淡水就会向海鱼的细胞内渗透，致使细胞肿胀甚至破裂(溶血现象)。当然水压力等环境的变化，亦应是海鱼难以在淡水中存活的原因。,【要点】盐碱地中水溶液的渗透压高于植物体内细胞汁的渗透压，将植物种植在盐碱地后，植物不能从土壤中吸收水分，反而其细胞内的水分会向土壤渗透，引起细胞的皱缩，并从悬浮状态中沉降下来(胞浆分离现象)。,2.盐碱地上植物难以生长,3、雪地里洒些盐，雪就融化了。,【要点】由于雪的表面有一层水膜，将盐洒在雪里后，盐会溶解于水膜中形成溶液，致使蒸气压下降，凝固点降低，从而使雪融化。,【要点】江河的流水中的泥沙及其它悬浮物一般都带负电荷，在入海口处与还