《气体和溶液》PPT课件.ppt

1,第一章：气体和溶液,学习要求： 1、掌握理想气体状态方程式及其应用。 2、掌握道尔顿分压定律。 3、理解稀溶液的依数性及其应用。 4、熟悉溶胶的结构、性质、稳定性及 聚沉作用。,2,目 录,第一节 气体 第二节 溶液 第三节 胶体溶液,3,第一节：气体,一、理想气体状态方程式,物质通常以气态、液态或固态形式存在。本章介绍气体和溶液。,实际气体，但在处于低压(273K)的条件下，可近似视为理想气体。,1、概念：分子本身不占有体积；分子间没有 作用力的气体称为理想气体。,4,一、理想气体状态方程式,理想气体状态方程式为： pV= nRT (1-1) 式1-1应用于实际气体时，只适用于温度较高(=273K)、及较低压力(=1atm)的情况。,5,R的数值与单位：随压力和体积单位的不同而不同。当压力为大气压、体积为升代入(1-1)式： R = pV/nT=1atm22.4L/1mol 273.15K = 0.082atm l/mol K 当压力单位为 Pa，体积为m3时，可得： R = 1.01325 105Pa 22.4 10-3m3/1mol 273.15K R = 8.315J /mol K（国际单位制：SI制） = 8315Pa L/mol K,6,理想气体状态方程式的其它表示形式：,式中：m 为气体的质量，单位为 kg M 为摩尔质量(在数值上等于该物质的分子量)，单位为 kg / mol 为气体密度，单位为kg/m3,7,例1： 标准状况下250mlCl2重0.7924克，求Cl2的分子量。 解： 根据 pM = RT,M = RT/p = (0.7924 10-3/0.25 10-3)(kg/m3) 0.0224 (m3/mol) = 0.071kg /mol = 71.00g/mol,标准状况： T=273.15K P=101325pa R=8.314J/mol.K,8,补充例题：在298 K和9.93 104Pa压力下0.304L二氧化硫重0.78g，求二氧化硫的分子量。 解：根据气体状态方程式： pV=nRT=mRT/M M=mRT/pV 代入以上数据： M = 0.78 10-3 8.314 298/(9.93 104 0.304 10-3 ) = 0.064kg/mol=64g/mol 单位：kg PaL/mol K K/ PaL = kg/mol,9,二、道尔顿分压定律,在一个密闭的容器中，充有几种彼此互不发生反应的气体时。该容器中混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和，此经验规则称道尔顿分压定律。其数学表达式为： P=pi (1-4) 某组分的分压力是指该组分在同一温度下单独占有混合气体的容积时所产生的压力。 由道尔顿分压定律可知： pi = (ni/n) p总= xi p总 即：每一组分气体的分压力等于混合气体的总压力和该组分气体摩尔分数的乘积。 注意：分压定律适用于理想气体，对低压下的真实气体混合物近似适用。,10,混合气体 ：由两种或两种以上的，相互之间不发生反应的气体混合在一起组成的体系。,组分气体：混合气体中的每一种气体,混合气体的物质的量为 n 各组分气体的物质的量 ni,则,11,n =n1+ n2+,12,分压的求解：,x B B的摩尔分数,13,例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2),=1.200mol,=0.320mol+0.180mol+0.700mol,14,p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa,15,分压定律的应用,16,例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。,解： T =(273+25)K = 298K p=98.70kPa V=2.50L 298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39,17,Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol,n(H2) =,m(Zn) =,=6.30g,=0.0964mol,18,道尔顿分压定律对于研究气体混合物非常重要。用排水集气法收集到的气体其实是含有水蒸气的混合气体。 例2：在17，99.3kPa的气压下，用排水集气法收集氮气150ml，求在标准状况下，该气体经干燥后的体积。 解：查表1-1，17 的饱和水蒸气压1.93kPa P(N2) = (99.3-1.93) =97.4kPa,19,=136ml,20,第三节 溶 液,一、分散系 一种或几种物质分散成微小的粒子分布在另外一种物质中所构成的系统叫分散系。 1、分散质（分散相）：分散系中被分散的物质。 2、分散剂（分散介质）：容纳分散质的物质。 例如： 小水滴+空气=云雾， 其中小水滴是分散质，空气是分散剂。 二氧化碳+水=汽水， 其中二氧化碳是分散质，水是分散剂。,21,按分散质粒子直径大小不同可将分散系分为三类：,分子分散系又称溶液，为单相体系。胶体分散系和粗分散系为多相体系。,22,二、稀溶液的依数性,不同的溶质溶于某种溶剂中，所得溶液的性质往往不同。但若溶液为稀溶液，却有一些共性，这类性质只与溶液的浓度有关，而与溶质本性无关。我们称这些性质为稀溶液的依数性。包括蒸汽压、沸点、凝固点、渗透压。,23,1、溶液的蒸汽压 (1) 纯溶剂的蒸气压 在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。,如图所示：在密闭的容器中放一杯水，水分子不断蒸发同时又不断凝聚，两种相反的趋势达到平衡时水面上的蒸汽压不在改变，称为此一温度下的饱和蒸汽压。,24,在水中加入难挥发物质，由于溶质的加入必然降低单位体积内的水分子数目，单位时间内逸出的水分子数目减少。因此一定温度下达到平衡时，溶液的蒸汽压比起纯溶剂的蒸汽压更低。这里溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。,图示为溶液的蒸汽压降低。溶液的蒸气压下降值p为 p = pB*p,25,比较不同浓度溶液的蒸气压。显然，浓度越大，溶液的蒸气压越低。蒸气压与溶液的浓度的关系遵循拉乌尔定律。表述为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶剂在溶液中的摩尔分数。 即： p = pB* xB （1-9） p: 为溶液的蒸汽压 pB*：为纯溶剂的蒸汽压 xB：为纯溶剂的摩尔分数 xA + xB = 1 p = pB*（1xA） 溶液的蒸气压下降值p为 p = pB*p = pB*pB*（1xA） p = pB*xA （1-10 ）,26,= pB* M B b,当溶液很稀时，nBnA , nA + nB nB，因此：,记：K= pB* M B,则有：,27,p = K b (1-11) 1-11式表明， 在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的种类无关。这是拉乌尔定律的另一种表达形式。 质量摩尔浓度b的定义：单位质量溶剂中所含溶质的物质的量为溶液的质量摩尔浓度。单位： mol/kg，即：,28,根据拉乌尔定律，难挥发非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立：,Tb =Tb - Tb* =Kb b (1-12),同理，凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立：,T f = Tf* - Tf =K f b (1-13),Kb沸点升高常数 ; Kf 凝固点降低常数,Kb、Kf 只与溶剂的性质有关，单位：0Ckg/mol 或 Kkg/mol。（表1-3列出常用溶剂的Kf与Kb值）,29, 计算溶液的沸点（Tb）和凝固点（Tf）。 求试样的分子量M； 日常生活中的应用。 如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？,说明：难挥发非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。,应用：,又如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰 (防冻剂等)。,因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降(抗旱性）。溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）。,30,例1-4 将5.0g某纯净试样溶于250g苯中，测得该溶液的凝固点为 4.51，求该试样的相对分子量。（纯苯的凝固点为5.53） 解：设该试样的分子量为M，查得Kf = 5.12Kkg/mol 根据：,= 0.110kg/mol,T f = Tf* - Tf =K f b (1-13),31,3、溶液的渗透压,半透膜（如动物的膀胱，植物表皮层、羊皮纸等）：只允许水分子通过，其它难挥发物质不能通过。 如图所示，用半透膜将蔗糖溶液与水隔开，则分子将进入蔗糖溶液，而蔗糖分子不能进入水中，结果导致蔗糖溶液的液面升高。,渗透作用: 溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。,32,渗透压:为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小压力称为该溶液的渗透压。从图上可见，渗透压的值为蔗糖溶液液面高出纯水液面的液柱高度。 范特霍夫定律： 非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度c和温度(T)成正比,而与溶质的本性无关。 即: = cRT （1-14） 或:在一定温度下, 非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度(bB)成正比,而与溶质的本性无关。 即: = bRT,（R=8.315JK-1mol-1，为摩尔气体常数）,33,渗透作用的应用： 、测定大分子的M 、 动植物生理：如植物体内水分传导，动物溶血，输血（等渗溶液），合理施肥，淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水。 、海水淡化，污水处理（反渗技术）。,34,第四节 胶体溶液,胶体分散系按分散相和分散介质聚集不同可分成多种类型，其中以固体分散在水中的溶胶最为重要，本节主要讨论这种类型的溶胶。 溶胶中的粒子在1100nm之间，它含有数百万乃至上亿个原子，是一种难溶的多分子聚集体，所以溶胶是多相的高分散体系。从热力学看，也是一种不稳定体系。 因此，溶胶的基本特征是：多相性、高分散性和热力学不稳定性。,35,按分散质粒子的大小分类，分散体系分为三类:,分散质粒 类型 子大小 主要性质 实例 分子/离子 单相, 很稳定,扩散速度快 食盐水 分散体系 100nm 多相,很不稳定,粒子扩散慢 牛奶 (乳浊液/ 不能透过滤纸，普通显微镜可见 泥浆 悬浊液),36,一、溶胶的制备,要制备稳定的溶胶，需满足两个条件：一是使物质颗粒的大小在合适的范围内(1100nm)，二是胶粒在液体介质中保持分散而不凝结。因此制备胶体一般有两种方法； 1、分散法 应用最广泛的方法是研磨法，通常用胶体磨把作为分散质的固体颗粒和分散剂一起研磨，直到分散质颗粒的大小达到所要求的程度。,37,2、凝聚法 凝聚法又可分为物理凝聚法和化学凝聚法。 物理凝聚法是利用适当的物理过程使某些物质凝聚成胶粒般大小的粒子，例如将汞蒸汽通入冷水中就可得到汞溶胶。 化学凝聚法是在适当条件下（浓度、温度、酸度），使化学反应生成的难溶物质凝聚成胶体粒子而得到胶体溶液，常用的化学反应有水解反应、复分解反应等。例如：FeCl3在沸水中的水解反应： FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl,38,1、光学性质（Tyndall现象） 丁铎尔发现，若使一束聚光通过溶胶，则从侧面即与光束垂直的方向可以看到一个发光的圆锥体，此即为丁铎尔效应。,二、溶胶的性质,粒子粒径大于照射光的波长时，粒子表面反射光；粒径略小于波长时，发生散射成乳光。 真溶液的散射光非常微弱以致不能被肉眼观察到，因此可以根据有无丁铎尔效应来区分溶胶与真溶液。,39,Tyndall效应是溶胶特有的光学性质，是判别溶胶与溶液的最简便的方法。,40,2.动力学性质(布朗运动),用超显微镜观察胶体溶液，可以发现胶体粒子在不断地作无规则运动，这种现象叫布朗运动。 布朗运动的产生是由于胶体粒子本身的热运动以及分散剂分子对他碰撞的结果。粒子越小，温度越高，则布朗运动越明显。,41,3.溶胶的电学性质,电泳：在外电场作用下，胶粒向电极移动的现象。 图示：在一个U型管中装入金黄色As2S3溶胶，在U型管的两端各插入一个电极，通电后可观察到正极附近的颜色逐渐变深，负极附近的颜色逐渐变浅。 As2S3溶胶胶粒在电场中由负极向正极移动，显然它是带负电的。大多数金属硫化物，硅胶带负电，称为负溶胶，大多数金属氢氧化物的胶粒带正点，称正溶胶。,42,三、胶团结构,例：用AgNO3溶液与过量KI溶液作用制备AgI溶胶，胶团结构式为：,(AgI)mnI- (n-x)K+x- xK+,胶核,43,44,1、溶胶的稳定性 溶胶稳定的主要原因： （1）胶粒间同种电荷的排斥作用，胶粒带电是多数溶胶能稳定存在的主要原因。 （2）胶粒的溶剂化作用。胶团结构中的吸附层和扩散层都是水化的，在此水化层保护下，胶粒就难因碰撞而聚沉。 （3）胶粒的布朗运动，能克服重力引起的沉降。,四、溶胶的稳定性和聚沉,45,如果溶胶失去了稳定因素，胶粒相互碰撞将导致颗粒合并变大，最后以沉淀形式析出，这种过程称为聚沉。 影响溶胶聚沉的主要因素有: 1、电解质的聚沉作用。 电解质聚沉的主要原因: 、中和了胶粒的电荷 、破坏了胶粒的溶剂化膜,46,电解质聚沉能力的大小:, 聚沉能力主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越高, 聚沉能力越强。 同价离子的聚沉能力随离子水化半径的增大而减小