第1章 物质的状态.ppt

2020 2 4 1 第一节物质的聚集状态 1 理想气体状态方程pV nRTp 理想气体的压强 压力 V 理想气体的体积 n 理想气体的物质的量 T 理想气体的热力学温度 R 摩尔气体常数或称普适气体常数 R 8 314J mol K 1 1 1气体 可压缩性 无限膨胀性无限掺混性 2020 2 4 2 第一节物质的聚集状态 理想气体状态方程也可表示为 m M 分别为气体的质量 kg 摩尔质量 kg mol 和密度 kg m3 2020 2 4 3 第一节物质的聚集状态 2 混合气体分压定律p pA pB pC pi或p pipi 为混合气体i组分的分压 含义为温度相同时 混合气体中每一种组分气体独立占有与整个混合气体相同体积时的压力 p 为混合气体的总压强 因为 pV nRTpiV niRT两式相除得 pi p ni n xi故 pi xip 2020 2 4 4 第一节物质的聚集状态 3 混合气体分体积定律V VA VB VC Vi或V ViVi 为混合气体i组分的分体积 V 为混合气体的总体积 因为 pV nRTpVi niRT两式相除得 Vi V ni n xi故 Vi xiV 2020 2 4 5 第一节物质的聚集状态 4 真实气体 范德华方程 ab 均为真实气体常数 真实气体在什么样的特定状态下接近于理想气体的状态呢 答案 高温且低压 为什么 请你思考 2020 2 4 6 第一节物质的聚集状态 1 气 液平衡蒸发 液体 气体凝聚 气体 液体气液平衡 当液体蒸发为气体且气体凝聚为液体的过程达到动态平衡时即处于气液平衡状态 此时的温度就是沸点 蒸气压 处于蒸发 凝聚动态平衡的气体叫饱和蒸气 饱和蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压 简称蒸气压 研究表明 蒸气压是温度的函数p f T 而与气体的体积和液体的量无关 1 1 2液体 2020 2 4 7 第一节物质的聚集状态 2 蒸气压和温度的关系液体沸腾时的温度与气液平衡时的蒸气压有直接关系 研究表明 蒸气压是温度的函数p f T 2020 2 4 8 3 沸点当液体的蒸汽压与外界压力相等时 汽化在整个液体内进行 这一现象称为沸腾 沸腾时的温度称为沸点 液体的沸点随外压的增大而升高 液体 p 蒸汽 p T 当p p时T即为此液体沸点 p 1 1 2液体 2020 2 4 9 第一节物质的聚集状态 1 1 3固体 固体 1 晶体2 非晶体晶体与非晶体的差异 晶体具有规则的几何形状 非晶体则没有 晶体具有固定的熔点 非晶体无固定的熔点 晶体显各向异性 非晶体显各向同性 2020 2 4 10 第一节物质的聚集状态 1 1 4物质三态的转化规律 水的相图 2020 2 4 11 第二节溶液 1 2 1计量1 计量及单位计量 用一种公认的已知量和一个暂时未知的量进行比较以获得一个相对量 国际单位制 SI制 SI单位 SI基本单位表1 1SI辅助单位表1 2SI导出单位表1 3 2020 2 4 12 表1 1国际单位制的基本单位 第二节溶液 2020 2 4 13 表1 2国际单位制的辅助单位 第二节溶液 2020 2 4 14 量 一个数值和单位的乘积 量 物理量 数值 单位例 T 275 15K p 101 325kPa 2 物质的量 物质的量是基本物理量之一 其单位是摩尔 摩尔是一系统的物质的量 该系统中所含有的基本单元数与0 012千克碳12 C612 的原子数目相同 由于0 012千克C612的原子数目为6 022 1023 此数值即为阿伏加德罗 Avogadro 常数NA 第二节溶液 2020 2 4 15 3 摩尔质量 定义 1摩尔物质的质量称为摩尔质量Mi mi ni kg mol 摩尔质量的单位实际上使用较多的是 g mol 此时它在数值上与分子量相等 4 物质量的分数 混合物中所有物种的物质的量为n总mol 组分i的物质的量为nimol 则其物质量的分数xi为xi ni n总对任一混合物体系都有 xi 1 第二节溶液 2020 2 4 16 例题 1 1摩尔 2H 表示什么意义 其基本单元是什么 2 1摩尔 1 2H2SO4 与0 5摩尔 H2SO4 意义是否相同 为什么 3 1摩尔 H2 1 2O2 H2O 的叫法正确吗 如果正确其意义为何 解答 1 表示1摩尔两个氢原子 基本单元是 2H 2 意义不相同 差别是基本单元不一样 3 正确 表示1摩尔 H2 1 2O2 H2O 反应 即此反应进行了NA次 也可说是反应进行到有1摩尔H2O生成 第二节溶液 2020 2 4 17 1 2 2溶液成份的计量 质量摩尔浓度 物质的量分数 mol L mol kg 无量纲 物质量的浓度 第二节溶液 2020 2 4 18 1 2 3非电解质稀溶液的依数性 1 2 3 1 溶液的蒸气压下降 拉乌尔定律 一定温度下 含有非挥发性溶质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的物质量的分数 p p xA p 纯溶剂蒸气压xA 溶剂的物质的量分数 p p 1 xB p p p xB p p xB xB 溶质的物质的量分数 p 溶液蒸气压的下降值 第二节溶液 2020 2 4 19 p p xB p nB nA nB p nB nA 注 nA nB nAnA mA MAbB nB mA p p bB mA mA MA p MA bB 对水来说MA 0 01801kg molKp 0 01801p p KpbB 结论 稀溶液蒸气压的下降与稀溶液的质量摩尔浓度成正比 而与溶质的本性无关 第二节溶液 2020 2 4 20 纯溶剂 p 饱和蒸气 溶液 p 饱和蒸气 代表溶剂分子 代表难挥发的溶质分子 a 纯溶剂的蒸发示意图 b 稀溶液的蒸发示意图 稀溶液蒸气压下降的解释一 第二节溶液 2020 2 4 21 第二节溶液 纯水的蒸发 纯水的蒸发 氯化钠溶液的蒸发 2020 2 4 22 稀溶液蒸气压下降的解释二 a b c p1 p2 p3 p1 p2 T p a 纯水b 稀溶液 bB bc 稀溶液 bB c且 bB b bB c p1 p2 第二节溶液 2020 2 4 23 1 2 3 2 溶液的沸点上升和凝固点下降 T p 纯水 溶液 101 325kPa Tf Tf Tb Tb A C B 正常沸点 p 101 325kPaTb 373 15K Tb Tb Tb Tb Tb 第二节溶液 2020 2 4 24 正常凝固点 p 101 325kPaTf 273 15K Tf Tf Tf Tf Tf Tb KbbB Tf KfbB bB p Kp Tf Kf Tb Kb 对同一稀溶液来说 应有下关系 第二节溶液 2020 2 4 25 溶液的蒸气压下降 沸点上升和凝固点下降的应用 植物的抗旱耐寒性 植物体内细胞中有多种可溶物 氨基酸 糖等 这些物质使细胞液的蒸气压下降 凝固点降低 从而使植物表现出一定的抗旱和耐寒性 冰盐冷冻剂 1份食盐和3份碎冰混合 体系的温度可降至 20度 10份六水氯化钙与7 8份碎冰混合 体系的温度可降至 20 40度 汽车防冻剂 汽车水箱中加入甘油或乙二醇等物质 可以降低水的冰点 防止水箱冻坏 第二节溶液 2020 2 4 26 1 2 3 4 溶液的渗透压 渗透压 阻止渗透作用发生而必须向溶液所施加的最小压力 产生渗透压的二个条件 有半透膜存在半透膜两侧单位体积内溶剂分子数不同 V niRTor ciRT 稀溶液中ci 1000bB ciRT 1000bBRT 第二节溶液 2020 2 4 27 渗透作用的应用 大多数有机体的细胞膜有半透性质 因此渗透现象对于生命有着重大意义 如人体血液有一定的渗透压 向人体输液时 一定要输入与血液渗透压相等的等渗液 工业上利用反渗透技术进行海水淡化或水的净化 第二节溶液 2020 2 4 28 稀溶液依数性小结 各依数性 p Tb Tf 都与bB成正比 与溶质本性无关 对同一稀溶液来说有如下关系 bB p Kp Tb Kb Tf Kf RT四个依数性中 p蒸气压下降是核心 沸点上升 凝固点下降 渗透压产生都与蒸气压下降有关 若溶质 溶剂都有挥发性 则可以有 pA pA xA pB pB xB p pA pBp 溶液蒸气压四个依数性都与bB有关 bB与溶质分子量有关 由此可以求算溶质的分子量 切记并理解 第二节溶液 2020 2 4 29 例题 有一种蛋白质 估计它的摩尔质量在15000g mol左右 如果在298K时 取1 0g样品溶于100g水 试问利用哪一种依数性来测定摩尔质量好一些 解 a 先试沸点上升测定 Kb 0 515K kg mol 1 Tb Kb bB Kb nB mA 0 515 1 0 15000 100 10 3 0 343 10 3Kb 用凝固点下降测定 Kf 1 853K kg mol 1 Tf Kf bB Kf nB mA 1 853 1 0 15000 100 10 3 1 24 10 3Kc 用渗透压测定 cRT nB V RT 8 314 298 1 0 15000 0 1 10 3 1 62 103Pa 1 62kPa显然 Tb Tf都很小 不易测定 故用渗透压测定最好 第二节溶液 2020 2 4 30 例题 烟草中有害成分尼古丁的最简化学式是C5H7N 现将496mg尼古丁溶于10 0g水 所得溶液在101kPa下沸点是100 17 求尼古丁的分子式 解 Kb 0 515K kg mol 1 Tb Kb bB0 17 0 515 496 10 3 M 10 0 1000 M 1 5 102g molC5H7N的式量为81 故 81n 1 5 102g moln 2尼古丁的分子式为 C10H14N2 第二节溶液 2020 2 4 31 范特霍夫JacobusHenricusvan tHoff 1852 1911 只有在贫苦和不幸的环境中 才能使人活得更加坚强 首界诺贝尔化学奖获得者范特霍夫 荷兰化学家 1874年于荷兰首都乌德勒支大学获博士学位 曾任阿姆斯特丹大学 柏林大学教授 主要贡献是 最早提出了立体化学概念 对物理化学的理论研究 包括动力学研究 稀溶液的渗透压 成绩显著 由此而获得1901年第一届诺贝尔化学奖 范特霍夫一向尊重父母的意见 获奖后把奖金的一部分献给了慈善事业 实现了母亲的愿望 应当把Nobel奖用于nobel 高尚 的事业 科学家简介 2020 2 4 32 分散体系 分散系 一种或几种物质被分散成微小的粒子分布在另一种物质所构成的体系 分散质 分散系中被分散的物质 通常分散质含量较少 一般不连续 分散剂 起分散作用的物质 存在于分散质周围 一般是连续相 分散系分类 按分散系的聚集状态可分九类 按分散系的粒子大小可分三类 第三节胶体溶液 1 3 1 分散系 2020 2 4 33 表1 6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 第三节胶体溶液 2020 2 4 34 表1 7按分散质颗粒大小分类的分散系 第三节胶体溶液 2020 2 4 35 胶体 以固体颗粒 直径1 100nm 分散于液体中的一种胶体分散系 它属于高分散度的多相体系 高分子溶液 高分子物质溶于适当溶剂而形成的溶液 其溶质高分子的大小在胶体分散系范围内 它同真溶液一样属均相体系 溶胶 第三节胶体溶液 2020 2 4 36 g l 1 3 2表面吸附 吸附 一种物质自动聚集到另一种物质表面上去的过程 为什么会出现吸附 表面分子与相内分子的受力不同 B分子处于相内 受到周围分子的作用力是均衡的 A分子处于表面 此分子一方面受到本相内分子的作用 另一方面又受到性质不同的另一相分子的作用 受力不均 A B 第三节胶体溶液 2020 2 4 37 在气液表面上A分子受到气相分子的作用力是极小的 因此A分子受到一个指向液体内部的合力 从能量角度看 A分子比B分子具有较高的能量 这部分高出的能量就是表面自由能 表面能 表面能的存在带来 气液表面的分子总有降低表面能 缩小表面积的趋势 自由状态下液滴呈球形就是此原因 固体表面利用表面分子的剩余力场吸附其它分子减少剩余力场 降低表面能 因此产生表面吸附 第三节胶体溶液 2020 2 4 38 1 分子吸附 分子吸附遵循相似相吸原则 主要是吸附剂对非电解质或弱电解质分子的吸附 2 离子吸附 离子吸附分离子选择吸附和离子交换吸附 1 离子选择吸附 优先选择吸附与固体微粒具有相同组份和结构相似并能与之生成难溶化合物的离子 其次是选择吸附能形成与固体同晶型的固体的那些离子 第三节胶体溶液 2020 2 4 39 Br Br Br Ag Ag AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时 KBr过量 则AgBr固体优先吸附Br 而使固体表面带负电 AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时 AgNO3过量 则AgBr固体优先吸附Ag 而使固体表面带正电 第三节胶体溶液 2020 2 4 40 2 离子交换吸附 吸附剂从溶液中吸附某种离子时 等物质量地置换出另一种电荷符号相同的离子到溶液中 此吸附称离子交换吸附 离子交换吸附过程是可逆过程 土壤中的养分保持和释放大部分是通过离子交换进行的 3NH4 Ca2 Na 第三节胶体溶液 2020 2 4 41 1 3 3溶胶的制备和性质 1 溶胶的制备 溶胶的制备有两类方法 1 分散法 用适当的方法使大块物质分散成胶体粒子的大小 常用方法有 研磨法和胶溶法 2 凝聚法 让难溶物质的分子 或离子 相互凝聚成胶体粒子 方法有 化学凝聚法 物理凝聚法 改换溶剂法和电弧法等 第三节胶体溶液 2020 2 4 42 2 溶胶的性质 A 1 动力学性质 布朗运动 产生布朗运动的原因 胶粒受周围溶剂分子不均衡撞击的结果 第三节胶体溶液 2020 2 4 43 1903年发明了超显微镜 为研究布朗运动提供了物质条件 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则 之 字形的运动 从而能够测出在一定时间内粒子的平均位移 通过大量观察 得出结论 粒子越小 布朗运动越激烈 其运动激烈的程度不随时间而改变 但随温度的升高而增加 第三节胶体溶液 2020 2 4 44 2 溶胶的光学性质 丁铎尔效应 溶液 溶胶 光源 光照射分散体系时可以发生 a反射 粒子直径大于入射光波长 b散射 粒子直径略小于入射光波长 c透射 粒子直径远小于入射光波长 由光的散射原理 人们设计制造了超显微镜 它可以观察直径小到10 300nm的粒子 第三节胶体溶液 2020 2 4 45 第三节胶体溶液 2020 2 4 46 3 溶胶的电学性质 电泳和电渗 通电前 通电后 Fe OH 3溶胶 Fe OH 3溶胶 第三节胶体溶液 2020 2 4 47 第三节胶体溶液 2020 2 4 48 定义 电泳是胶体粒子在电场中的定向移动 定义 电渗是当胶体粒子固定不动时溶液在电场中的定向移动 电动现象的结论 胶体的胶粒是带电的 第三节胶体溶液 2020 2 4 49 第三节胶体溶液 2020 2 4 50 胶粒带电的原因 吸附带电 胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电 电离带电 例如 Fe OH 3固体表面选择性吸附FeO 离子而带正电 AgBr吸附Br 而带负电 例如 硅酸溶胶粒子表面会发生电离 过程如下 xSiO2 yH2O H HSiO3 2H SiO32 胶体粒子表面分子发生电离使胶粒带电 第三节胶体溶液 2020 2 4 51 1 3 4胶团结构 AgBr m 胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附层 扩散层 胶粒 胶团 AgNO3与过量KBr形成AgBr溶胶 nBr n x K x xK 第三节胶体溶液 2020 2 4 52 氢氧化铁溶胶的胶团结构 Fe OH 3 m 硅胶的胶团结构 aSiO2 bH2O m nHSiO3 n x H x xH aSiO2 bH2O m nSiO32 2 n x H 2x 2xH nOH nFeO n x OH n x Cl x xCl AgBr m nK nNO3 nAg n x Br n x NO3 x xNO3 溴化银溶胶的胶团结构 AgNO3过量 第三节胶体溶液 2020 2 4 53 1 KI与过量的AgNO3作用制备的胶体其胶团结构为 2 用H3AsO3与过量H2S作用制备硫化砷溶胶其胶团结构为 AgI m nAg n x NO3 x xNO3 As2S3 m nS2 2 n x H 2x 2xH As2S3 m nHS n x H x xH 例题 第三节胶体溶液 2020 2 4 54 电动电位 Stern提出了扩散双电层模型 溶液的双电层分成两部分 一部分紧密结合在固体表面上 称为紧密层 另一部分向溶液本体扩散 称为扩散层 他认为吸附在固体表面的紧密层约有一 二个分子层的厚度 又被称为Stern层 第三节胶体溶液 2020 2 4 55 由于离子的溶剂化作用 胶粒在移动时 紧密层会结合一定数量的溶剂分子一起移动 所以滑移的切动面由比Stern层略右的曲线表示 从固体表面到Stern平面 电位从 0直线下降为 第三节胶体溶液 2020 2 4 56 电动电势亦称为 电势 带电的固体或胶粒在移动时 移动的切动面与液体本体之间的电位差称为电动电势 在Stern模型中 带有溶剂化层的滑移界面与溶液之间的电位差称为 电位 电位总是比热力学电位低 外加电解质会使 电位变小甚至改变符号 只有在质点移动时才显示出 电位 所以又称电动电势 第三节胶体溶液 2020 2 4 57 1 3 5溶胶的稳定性和聚沉 1 溶胶的稳定性 稳定原因 胶粒带电 溶剂化膜 布朗运动 要记的哟 第三节胶体溶液 2020 2 4 58 2 溶胶的聚沉 b 对溶胶起聚沉作用的主要是与胶粒电荷符号相反的离子 c 起聚沉作用的离子的荷电多少决定了其聚沉能力的大小 d 同价离子的聚沉能力与水化离子半径的大小有关 水化离子半径越大 聚沉能力越小 a 任何电解质达到足够浓度时都能使溶胶聚沉 1 加电解质 切记 切记 切记 切记 切记 切记 第三节胶体溶液 2020 2 4 59 定义 聚沉值可以用来衡量电解质的聚沉能力 所谓聚沉值是指一定量的溶胶中 在一定时间内 通常是18小时 使溶胶聚沉所需的电解质的最低浓度 mmol dm3 从上面的定义可以看出 聚沉值大的电解质 聚沉能力小 聚沉值小的电解质 聚沉能力大 聚沉能力 聚沉值 1 电解质对溶胶聚沉起作用的是与胶粒带相反电荷的离子 其聚沉值的大小与该离子的价数有关 例如 第三节胶体溶液 2020 2 4 60 上图是Al3 Ca2 Na 三种离子对As2S3负溶胶聚沉能力的比例图 故电解质聚沉能力的大小与起作用离子的价数的六次方成正比 价数越高聚沉值越小 聚沉能力越大 第三节胶体溶液 2020 2 4 61 2 溶胶相互聚沉 带相反电荷的溶胶互相混合会发生相互聚沉 3 增大溶胶的浓度会使溶胶聚沉 原因 浓度增大则胶粒间距变小 胶粒碰撞机会增大 原因 温度升高 分子热运动增大 胶粒表面吸附的电位离子减少 胶粒荷电数减少 另外 温度升高 胶粒水化膜变薄 易聚沉 4 升高溶胶的温度会使溶胶聚沉 第三节胶体溶液 2020 2 4 62 例题1 在碱性溶液中用HCHO还原HAuCl4以制备金溶胶 反应中生成的AuO2 是稳定剂 K 是反离子 写出金溶胶的胶团结构式 Au m nAuO2 n x K x xK 例题2 用NaBr和AgNO3制备AgBr溶胶 该溶胶的胶粒在电场中向正极移动 写出其胶团结构式 并比较AlCl3 MgSO4 K3 Fe CN 6 三种电解质对该溶胶的聚沉能力 AgBr m nBr n x Na x xNa K3 Fe CN 6 MgSO4 AlCl3 聚沉值 第三节胶体溶液 聚沉值能力呢 2020 2 4 63 1 3 6高分子溶液 1 高分子溶液的特征 分子量大 1000以上 分子体积大 1 100nm 与溶剂的亲和力强 易形成强而厚的溶剂化膜 溶液粘度大 第三节胶体溶液 2020 2 4 64 2 高分子溶液的盐析和保护作用 溶胶中加入适量的高分子化合物 可提高溶胶的稳定性 对溶胶取保护作用 但高分子过少则反使溶胶不稳定 此为敏化作用 3 凝胶 高分子溶液中加入大量的电解质使高分子化合物从溶液中析出称为盐析 自学 第