「无机及分析化学02.第二章 气体、溶液和胶体【学习资料】」.ppt

第二章气体 溶液和胶体 3学时 1 学习要求 1 了解道尔顿分压定律 2 熟悉溶液的组成量度 稀溶液的依数性及其应用 3 了解胶体的基本概念 结构和性质 稳定性与聚沉的关系 主要讲授内容 道尔顿分压定律 基本单元及正确使用 等物质的量规则 质量分数 摩尔分数 质量浓度 物质的量浓度 质量摩尔浓度 溶液蒸气压的下降 沸点升高和凝固点下降 渗透现象 渗透压 渗透压定律 溶胶的性质 胶团的结构 溶胶的稳定性与聚沉 2 气体溶液稀溶液的通性胶体溶液高分子溶液和乳浊液重点 溶液的组成量度及非电解质稀溶液的有关计算 难点 非电解质稀溶液的通性及其有关计算 3 1 理想气体 IdealGas 2 1 1理想气体状态方程式 气体分子本身没有体积 分子之间也没有相互作用力的气体称为理想气体 StateEquationofIdealGas 2 1气体 Gas 4 其中 p 气体的压力 PaV 气体的体积 m3n 气体的物质的量 molT 热力学温度 KR 摩尔气体常数 2 表达式 5 p 101 325kPaT 273 15KVm 22 414 10 3m3 3 R的数值 标准状况 S T P 6 8 314Pa m3 mol 1 K 1 8 314N m mol 1 K 1 8 314J mol 1 K 1 8 314kPa L mol 1 K 1 7 a 已知任意三个变量求另一个量 c 确定的气体密度 b 确定气体的摩尔质量 4 应用 8 例 一学生在实验室中于73 3kPa和25 条件下收集250ml气体 分析天平上称得净质量为0 118g 求该气体的相对分子质量 解 9 1 分压 当几种不同的气体在同一容器中混合时 如果它们之间不发生反应 按照理想气体模型 它们将互不干扰 每一种气体组分都能均匀地充满整个容器 那么每一组分气体产生的压力叫分压 2 1 2气体分压定律 10 混合气体的总压力等于混合气体中各组分气体的分压力之和 而某组分气体的分压是指该组分在同一温度下单独占有与混合气体相同体积所产生的压力 道尔顿分压定律 2 分压定律 PartialPressureofDalton 11 a 表示式 1 理想气体状态方程式不仅适应于单一组分气体 理想气体状态方程式也适应混合气体中各组分气体 2 12 4 理想气体状态方程式还适应于气体混合物 3 混合气体中某组分气体的分压等于总压乘以该组分的物质的量分数 摩尔分数 由式 2 和式 3 得 13 某混合物由A B两组分组成 物质的量分别是nA nB 那么量分数 b 物质的量分数 该组分的物质的量占总物质的量的分数 14 2 2 1溶液的定义 溶液 凡两种以上的物质混和形成的均匀稳定的分散体系 气体溶液 固体溶液 液体溶液 分散系分为 粗分散系 胶体分散系 小分子 见表2 1 或小离子分散系 溶液即最后一种 2 2溶液 15 2 2 2溶液浓度的表示方法 2 物质的量浓度 mol dm 3 3 质量分数 4 摩尔分数 5 体积分数 1 质量摩尔浓度 mol kg 1 16 2 3稀溶液的通性 稀溶液的通性 难挥发的非电解质的稀溶液的性质与浓度 或者是与溶液中的 粒子数 的多少 有关而与溶质的性质无关 Ostwald称其为 依数性 这些性质包括 蒸气压下降 沸点升高 凝固点下降及渗透压等 17 2 3 1蒸气压下降 饱和蒸气压 p 纯液体和它的蒸气处于平衡状态时 蒸气具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压 例如 20 时 水的饱和蒸气压为2339Pa 100 时 饱和蒸气压为101 325kPa 18 拉乌尔定律 1887年 法国物理学家 在一定温度下 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压乘以溶剂的摩尔分数 p 溶液的蒸气压 纯溶剂的饱和蒸气压 XA 溶剂的摩尔分数 设溶质的摩尔分数为xB 则 p 纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差 19 2 3 2沸点上升 沸点 是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度 沸点上升原因 溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的气压 设Tb 为纯溶剂的沸点 Tb为溶液的沸点 Tb为沸点上升值 则 Kb 溶剂沸点上升常数 决定于溶剂的本性 与溶剂的摩尔质量 沸点 汽化热有关 Kb 溶液的浓度m 1mol kg 1时的溶液沸点升高值 p25 bB 质量摩尔浓度 mol kg 20 2 3 3凝固点下降 凝固点 在标准状况下 纯液体蒸气压和它的固相蒸气压相等时的温度 凝固点下降原因 溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压 设Tf 为纯溶剂的沸点 Tf为溶液的沸点 Tf为凝固点下降值 则 Kf 溶剂凝固点下降常数 决定于溶剂的本性 与溶剂的摩尔质量 沸点 汽化热有关 Kf 溶液的浓度m 1mol kg 1时的溶液凝固点下降值 p25 bB 质量摩尔浓度 mol kg 同理 蒸气压下降的结果导致溶液凝固点下降 21 水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图 22 2 3 4溶液的渗透压 1 渗透现象与渗透压只允许溶剂的分子通过 不能允许溶质分子通过的膜叫做半透膜 用半透膜将浓度不等的溶液隔开 浓度较低一边的溶剂分子透过半透膜进入浓度高的溶液一边 使其液面升高的现象叫做渗透现象 23 渗透压定义 为阻止溶剂分子透过半透膜进入溶液而维持两边液面等高必须在溶液一边需要施加的额外压力 渗透是溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩散过程 要使溶液的液面不上升 必须在溶液面上施加一定压力 当施加的压力达到某一值时 能实现膜的内外液面高度相等 24 难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度 mol dm 3 及绝对温度成正比 渗透压 Pa c 浓度 mol m 3 T 热力学温度 K n 溶质的物质的量 mol V 溶液的体积 m3 25 2 渗透压在生物学中的意义 生物的细胞膜具有半透膜的性质 渗透压是引起水在生物体中运动的基本推动力 一般植物细胞汁的渗透压约可达2000kPa 水分可以从植物的根部被送到数十米高的顶端 26 2 3 5依数性的应用 例 把0 322g萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固点为278 34K 求萘的摩尔质量 解 苯的凝固点 278 50K Kf 5 10K mol 1 kg 1 测定分子的摩尔质量 M 128 3g mol 1 27 2 制作防冻剂和致冷剂 例 为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂 需使水的冰点降低到253K 即 Tf 20 0K 则在每1000g水中应加入甘油多少克 甘油分子式 C3H8O3 M C3H8O3 92g mol 1 解 28 2 3 6电解质溶液的通性 电解质溶液 或浓度较大的溶液也具有溶液蒸气压下降 沸点上升 凝固点下降和渗透压等性质 如海水不易结冰 其凝固点低于273 15K 而沸点则可高于373 15K 工业上或实验室中常用某些易潮解物质 如氯化钙 五氧化二磷等作为干燥剂 就是因为这些物质能使其表面所形成的溶液的蒸气压力显著下降 即这些物质能不断地吸收水蒸气 但是 稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液 29 2 4胶体溶液 2 4 1 分散体系一种物质以极小的颗粒 分散质 分散在另一种物质 分散介质 中所组成的体系 分子分散体系 1nm 胶态分散体系1nm 100nm 粗分散体系 100nm 分散系 30 2 4 2溶胶 胶体分散体系在生物界和非生物界都普遍存在 在实际生产和生活中占有重要地位 如在石油 冶金 造纸 橡胶 塑料 纤维 肥皂等工业部门 以及其他学科如生物学 土壤学 医学 气象 气象学中都广泛地接触到与胶体分散系有关的问题 固体分散在液体中的一种胶态体系 31 1 溶胶的光学性质 丁达尔效应 现象 将一束光线照射到透明的溶胶上 在与光线垂直方向上能观察到一条发亮的光柱 原因 光通过溶胶时产生明显的散射作用 32 33 34 2 溶胶的动力学性质 布朗运动 现象 在超显微镜下可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动 而是在做无休止 无规则的运动 原因 分散质粒子不断受到分散剂粒子从各个方向的碰撞 由于粒子热运动的方向和大小无法预测 导致溶胶粒子的运动是无规则的 35 布朗运动 36 3 溶胶的电学性质 1 电泳现象 在电场作用下 溶胶体系的溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移的现象 2 电渗现象 在电场作用下 固相不动 分散剂定向移动的现象 溶胶的电泳和电渗现象统称电动现象 37 2 4 3溶胶离子的带电的原因 1 吸附作用 溶胶中的固体离子选择吸附与其组成相似的离子 导致溶胶离子带电 2 电离作用 溶胶表面层的分子电离 导致溶胶离子带电 38 1 AgI溶胶的结构示意图 如果在稍过量的稀KI溶液中 慢慢地加入不过量的AgNO3溶液 制得AgI胶体的胶团结构为 2 4 4胶团结构 溶胶具有扩散双电层结构 39 40 如果反过来 在稍过量的AgNO3溶液中 慢慢加入不过量的KI溶液 制得AgI胶体的胶团结构为 在吸附层和扩散层形成的双电层间存在着电势差 称为电势 因该电势与电动现象有关 又叫电动电势 它是决定溶胶稳定性大小的主要因素 2 氢氧化铁溶胶的结构示意图 41 2 4 5溶胶的稳定性和聚沉 1 溶胶的稳定性 动力学稳定性 分散质粒子在重力作用下 不会从分散剂中分离出来 聚结稳定性 溶胶在放置过程中 不会发生分散质粒子的相互聚结而产生沉淀 溶胶虽属热力学不稳定体系 但由于双电层结构的存在使胶粒带电 一方面同种电荷之间相互排斥 另一方面胶粒的溶剂化膜的保护作用 阻止了胶粒间的直接接触 保护了溶胶的稳定性 双电层越厚 胶团越稳定 42 少量电解质的存在对溶胶起稳定作用 过量电解质的存在对溶胶起破坏作用 聚沉 电解质中与胶粒带相反电荷的离子进入吸附层 会减少胶粒的带电量 即降低 电位 使扩散层变薄 使一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需最小电解质的物质的量浓度 称为电解质对溶胶的聚沉值 反离子对溶胶的聚沉起主要作用 聚沉值与反离子价数有关 聚沉值与反离子价数的6次方成反比 这叫舒尔采 哈迪规则 1 电解质对溶胶的聚沉的影响 2 溶胶的聚沉 43 2 相互聚沉现象 将两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合 溶胶会发生相互聚结而产生沉淀 溶胶的互聚原则 等电量原则 3 适当加热 适当加热也会减弱离子的吸附作用和水化程度 促使溶胶凝聚 44 2 5高分子和乳浊液 1 高分子化合物 一般是指其摩尔质量MB 1 104kg mol 的分子 有天然的 如蛋白质 淀粉 核酸 纤维素等 和合成的 如高聚物分子 2 5 1高分子溶液 1 高分子溶液的特性 45 2 高分子溶液属于胶体分散系 表现出某些溶胶的性质 不能透过半透膜 扩散速率慢等 3 高分子溶液是一种热力学稳定体系 在适当溶剂中可形成溶液 具有一定溶解度 4 高分子化合物具有很大的粘度 46 2 高分子溶液的盐析和保护作用 1 高分子溶液的盐析 定义 通过加入大量电解质使高分子化