气体溶液和胶体.ppt

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 P 1 VPV constant Charles 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 V TV 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 0L2 4atmH2和10 0L6 0atmHe 混合成10 0L 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 1nm 胶体分散系 d 1 100nm 粗分散系 d 100nm 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 10 9 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 1 100nm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 d 1nm 溶液 固态 液态 气态 本节讨论的主要内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100mL水中 溶解17 1g蔗糖 分子式为C12H22O11 溶液的密度为1 0638g mL 1 求蔗糖的物质的量浓度 质量摩尔浓度 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 1mol L 1 电解质KClZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa OH 2实测解离度 86409292619181 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 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 100 C 溶液的沸点 100 C 溶液沸点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 Tf0 A C B 纯水 溶液 Tf Kf b 物质的凝固点 Tf 33 例2 在20 40g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖0 40g 测得溶液的凝固点为 0 207oC 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 van tHoff 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 15K 计算 1 此溶液的沸点 2 298 15K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 17kPaxA 55 6mol 55 6 0 538 mol 0 99所以p p xA 3 17kPa 0 99 3 14kPa 3 b B RT 0 538mol kg 1 8 314J mol 1 K 1 273 15K 1220kPa 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溶液 例 几种浓度为0 100mol kg 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 100nm 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 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 Rb Cs 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 3HClFeCl3 2H2O Fe OH 2Cl 2HClFe OH 2Cl FeO Cl H2OmFe OH 3 Fe OH 3 m Fe OH 3 m nFeO AgNO3 KI 过量 AgI mnI K NO3 I AgNO3 过量 KI AgI mnAg 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 KI 过量 AgI 溶胶 吸附层 扩散层 AgI m nI 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mmol L 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 K3 Fe 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 010mol L 1AgNO3溶液和0 020mol L 1KCl溶液等体积混合制成的AgCl溶胶 2 0 020mol L 1AgNO3溶液和0 010mol L 1KCl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 0mol kg 1蔗糖溶液 d 1 0mol kg