第一章气体与溶液ppt课件

第一章气体和溶液 GasandSolution 本章主要内容 1 1气体 1 2溶液 重点 1 3胶体溶液 物质的聚集状态及特征 1 1 1理想气体状态方程式 1 1 2道尔顿分压定律 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 实际气体处于低压 低于数百千帕 高温 高于273K 的条件下 分子间距离甚大 可忽略分子体积且分子间相互作用力迅速减小 近似看作理想气体 100个大气压下的气体 10 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m3或L 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 在标准状况下 p 101 325kPa T 273 15Kn 1 0mol时 Vm 22 414L 22 414 10 3m3 R 8 315kPa L K 1 mol 1 8 315Pa m3 K 1 mol 1 使用时注意各物理量单位的统一 3 理想气体状态方程式的应用 计算p V T n四个物理量之一 气体摩尔质量的计算 可用于温度不太低 压力不太高的真实气体 pV nRT 气体密度的计算 m V 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i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1LO2 1LN2 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 n n1 n2 p p1 p2 或p pi 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 xB B的摩尔分数 例题 常温下某容器中含有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 p N2 p p NH3 p O2 133 0 35 5 20 0 kPa 77 5kPa 分压定律的实际应用 计算气体混合物中各组分气体分压 排水法收集的气体总是含有饱和的水蒸气P 总压 p 气体 p 水蒸气 初始 V蒸发 V凝聚平衡 V蒸发 V凝聚 饱和蒸气压 在一定的温度下 当蒸发的速度等于凝聚的速度 液态水与它的蒸气处于动态平衡 这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压 简称蒸气压 用符号p表示 水的饱和蒸气压只与水的温度有关 见表1 1 例题 可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气 反应如下 NH4NO2 s 2H2O g N2 g 如果在19 97 8kPa下 以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4 16L 计算消耗掉的亚硝酸铵的质量 19 水的饱和蒸气压为p2 20kPa 解 T 273 19 K 292Kp 97 8kPaV 4 16L19 时 p H2O 2 20kPaMr NH4NO2 64 04 n N2 pN2V RT pN2 p p H2O 97 8 2 2 95 6KPa NH4NO2 s 2H2O g N2 g 64 04g1molm NH4NO2 0 164mol n N2 m NH4NO2 10 5g 0 164mol 1 2 1分散系1 分散系 把一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质中就构成分散系 被分散的物质称为分散质或分散相 把分散相分散开来的物质叫做分散剂或分散介质 定义见教材P5 2 分类 按分散相粒子的大小分为 d100nm粗分散系泥水 1 2溶液 3 相 系统中物理和化学性质完全相同的部分 单相系统 均相系统 分子分散系 又称溶液多相系统 胶体分散系 粗分散系 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 粒子数量或浓度 有关 而与溶质的本性无关的性质 称为 依数性 只有溶液浓度较稀 溶质为难挥发非电解质时才具有依数性例如 稀葡萄糖水溶液 乙醇水溶液 NaCl水溶液 依数性是指 溶液的蒸气压降低溶液的沸点升高 凝固点下降溶液具有渗透压 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 系统中气相分子数目少 故稀溶液蒸汽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RaoultF 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 P 为纯溶剂的蒸汽压 xB为溶液中溶剂的物质的量分数 P P xB 拉乌尔定律 Raoultlaw 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 P 1 xA P P P xA P P P xA P P P P P P xA P表示溶液的蒸汽压下降 质量摩尔浓度溶液中溶质B的物质的量 nB 与溶剂A的质量 mA 之比 称为溶质B的质量摩尔浓度 bB 单位为 mol kg 例 250g溶液中含有40gNaCl 计算此溶液的质量摩尔浓度 解 水的质量 250 40 210gb NaCl 40 58 5 210 1000 3 26mol kg bB nB mA 拉乌尔定律的另一表示式 由于nB nA A nA nA nB nA nB 若溶质A溶于1000g溶剂B中 b nA mB nA nB 1000 MB P PB A PB nA nB PB MBb 1000 令K PB MB 1000则 P Kb K 与溶剂性质相关的常数结论 在一定温度下 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度b成正比 1 沸点升高 沸点Tb 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 为何高原上不容易煮熟食物 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 难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压 根据拉乌尔定律 蒸气压的下降值与质量摩尔浓度成正比 因此沸点的升高值也与质量摩尔浓度成正比 即 Tb Tb Tb Kb b Tb 沸点升高值Tb 溶液的沸点 Tb 纯溶剂的沸点Kb 溶剂的沸点上升常数 与溶剂的本性有关 而与溶质的本性无关 K kg mol 1 常见溶剂的Kb值表1 2 bB 溶质的质量摩尔浓度 mol kg 1 Tb Tb Tb Kb b 2 凝固点降低 凝固点Tf 物质的液相蒸汽压和固相蒸气压相等时的温度 纯水的凝固点为273 15K 在此温度水和冰的蒸气压相等 溶液的蒸气压总是低于纯溶剂 溶液凝固点下降是由蒸气压下降引起 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 Kf 溶剂的凝固点下降常数 与溶剂的本性有关 而与溶质的本性无关 K kg mol 1 常见溶剂的Kf值见教材8页表1 2 bB 溶质的质量摩尔浓度 mol kg 1 Tf Tf Tf Kf b 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CaCl2 2H2O和冰 温度可以降到 55oC 二者的用途 冰和盐混合物常用作制冷剂 冰的表面总附有少量水 当撒上盐后 盐溶解在水中形成溶液 由于溶液蒸气压下降 使其低于冰的蒸气压 冰就要融化 随着冰的融化 要吸收大量的热 于是冰盐混合物的温度就降低 采用NaCl和冰 温度最低可降到 22 用CaCl2 6H2O和冰最低可降到 55 溶液凝固点下降的应用 3渗透压 渗透现象1 在鲜嫩的蔬菜上撒上盐 立即会渗出水来 蔬菜因失水而发蔫 渗透现象2 渗透 溶剂分子通过半透膜自动扩散的过程 半透膜 只允许某些物质通过 而不允许另一些物质通过 如动物的膀胱 植物的表皮 人造羊皮纸 细胞膜 肠衣等 产生渗透的原因 由于溶质 葡萄糖 分子不能通过半透膜 而水分子可自由通过 渗透的方向 纯溶剂 溶液稀溶液 浓溶液 产生渗透的条件 1 有半透膜存在2 膜两侧单位体积内溶剂分子数目不等 溶液浓度不同 渗透现象会无止境地进行下去吗 单位时间内从膜两侧通过的溶剂分子数目相等时达到渗透平衡 V左 V右 渗透压 为了在半透膜两边维持渗透平衡而需要施加的压力 反渗透 如果外加在溶液上的压力超过渗透压 则反而会使溶液中的水向纯水方向流动 使水的体积增加 反渗透的应用 海水淡化浓缩果汁处理废水 实验证明 当T一定时 c 当c一定时 T 1887年荷兰物理化学家范托夫 Van tHoff 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 nRT 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 cRT 溶液的渗透压力与浓度及温度的关系 渗透压的应用 渗透现象在动植物的生命过程中有着重要的作用 在工 农 医 化 生等方面均有重要的应用 医学上输液必需输等渗溶液 植物从土壤中吸收水份和营养 渗透方向 动植物细胞膜大多具有半透膜的性质 因此水分 养料在动植物体内循环都是通过渗透而实现的 植物细胞汁的渗透压可达2 103kPa 所以水由植物的根部可输送到高达数十米的顶端 人体血液平均的渗透压约为780kPa 在作静脉输液时应该使用渗透压与其相同的溶液 在医学上把这种溶液称为等渗溶液 如果静脉输液时使用非等渗溶液 就可能产生严重后果 如果输入溶液的渗透压小于血浆的渗透压 低渗溶液 水就会通过细胞膜向血红细胞内渗透 致使细胞肿胀甚至破裂 溶血现象 如果输入溶液的渗透压大于血浆的渗透压 高渗溶液 血红细胞内的水就会通过细胞膜渗透出来 引起血红细胞的皱缩 并从悬浮状态中沉降下来 胞浆分离现象 渗透压平衡与生命过程的密切关系 给患者输液的浓度 植物的生长 人的营养循环 透析 洗肾 Aninterestingquestion淡水鱼与海水鱼的区别 难挥发非电解质的依数性 p iKb Tb iKbb Tf iKfb i 校正因子 对于AB型强电解质 NaCl i 2 对于A2B型强电解质 Na2SO4 或AB2型强电解质 MgCl2 i 3 近似值 CaCl2 HCl C12H22O11 电解质稀溶液的依数性 p Kb Tb Kbb Tf Kfb cRT 小结 故 M 127 8 g mol 1 例 20 时 取2 67g萘溶于100g苯中 测得该溶液的凝固点下降了1 07K 求萘的相对分子质量 解 苯的凝固点下降常数为5 12K kg mol 1 Tf Kf bB 例 已知烟草中的有害成分尼古丁的实验式是C5H7N 将535mg尼古丁溶于10 0g水中 所得溶液在105Pa下沸点100 17 C 求尼古丁的分子式 Kb 0 51K kg mol 1 尼古丁的相对分子质量为M 则 解 分子式为C10H14N2 Tb 100 17 273 100 273 0 17K M 162g mol 例 人体血的渗透压为709 275kPa 人体温度为37 试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液 等渗溶液 的质量百分浓度 葡是多少 设葡萄糖溶液密度是1 01g ml 1 葡萄糖的相对分子质量M为180g mol 1 解 c 葡 RT c RTc 葡 709 275 8 314 273 15 37 0 28mol L 1c 葡 1000 葡 M 葡 c 葡 M 1000 0 28 180 1000 1 01 100 5 0 1 3 胶体溶液 胶粒可以是一些小分子 离子或原子的聚集体 也可以是单个的大分子 分散介质可以是液体 气体或固体 溶胶 由固相物质高度分散到水中所形成的多相分散系统 溶胶的特征 多相性 高分散性 热力学不稳定性 胶体是一种或几种物质以微粒的形式 胶粒 分散在另一种物质中形成的分散系统 胶粒大小为1 100nm 1 3 1溶胶的制备 自学 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 1 3 2溶胶的性质 1动力学性质 Brown运动 不规则运动 溶胶中的胶体粒子在超显微镜下被观察到不断作不规则运动 2光学性质 丁泽尔效应 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 这种现象就称为丁泽尔效应 当分散质粒子直径 粗分散系 入射光波长 光投射在粒子上起反射作用 反射光 当分散质粒子直径 胶体分散系 入射光波长 光波可绕过粒子前进且迫使粒子振动 第二次波源向各方发射 散射光 丁泽尔效应产生原因 分散质粒子直径与入射光波长越接近 散射越强 溶胶中分散质粒子直径 1 100nm真溶液中溶质颗粒直径 1nm 真溶液中光的散射极弱 难以用肉眼观察 可用丁泽尔效应区分溶胶和真溶液 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 胶粒带正电荷称为正溶胶 向直流电源负极 阴 移动 一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶 胶粒带负电荷称为负溶胶 向直流电源正极 阳 移动 如 土壤 金属硫化物 硅酸 淀粉 金 银 硫等胶粒带负电 称负溶胶 胶体粒子带电的原因 1 吸附作用 表面吸附 溶胶是多分散体系 有巨大的比表面 在电解质溶液中会选择吸附某种离子 而获得表面电荷 2 解离 胶体粒子表面的分子发生解离 一种离子进入介质水中 结果胶体粒子带电荷 AgI溶胶的制备 AgNO3 K AgI KNO3若AgNO3过量 AgI胶粒吸附Ag 而带正电若KI过量 AgI胶粒吸附I 而带负电 硅溶胶发生水化作用SiO2 H2O H2SiO3 HSiO3 H 胶粒带负电 AgI溶胶胶团结构 Ag 过量 1 3 3胶团结构 As2S3溶胶 H2S为稳定剂 As2S3 m nHS n x H x xH 胶粒带电 胶团不带电 电中性 当KI过量时 胶粒带负电荷 胶团结构如下 AgI m nI n x K x xK 硅酸溶胶 SiO2 m nHSiO3 n x H x xH 1 3 4溶胶的稳定性和聚沉 1 动力学稳定性 布朗运动使胶粒克服重力不沉降 2 溶剂化作用 使胶粒和反离子周围形成水化膜 3 胶粒带电荷 由于胶粒带有相同电荷 相互排斥 胶粒带电荷是多数溶胶能稳定存在的主要原因 胶体是热力学不稳定性系 为什么却又能长期存在 1 溶胶稳定的原因 聚沉 如果溶胶失去稳定因素 胶粒相互碰撞将导致颗粒聚集变大 最后以沉淀形式析出 1 加入电解质 中和电荷 研究最多应用最广 2 加入带相反电荷的胶体 如明矾净化水3 加热 胶体运动速度加快 碰撞聚沉 促使胶体聚沉的方法 2 影响溶胶聚沉的因素 胶体的聚沉是不可逆的 电解质的聚沉能力 聚沉值聚沉值 使一定的溶胶在一定的时间内开始聚沉所需的电解质的最低浓度称为聚沉值 聚沉能力是聚沉值的倒数 规律 1 起聚沉作用的主要是与胶粒带电符号相反的离子 即反离子 反离子的价数愈高 聚沉能力愈强 聚沉值愈小 2 价态相同的异号离子 聚沉能力略有不同 某些一价阴离子 对正电溶胶的聚沉能力排列顺序为 F Cl Br NO3 I OH 某些一价阳离子对负电溶胶的聚沉能力大致为 H Cs Rb NH4 K Na Li 高分子化合物溶液的特性 2 是单个分子分散的单相体系 是真溶液 溶解过程是自动的 也是可逆的 是热力学的稳定体系 3 无丁达尔效应 因为高分子化合物分子中含有大量的亲水基团 OH COOH NH2 溶剂化作用强 溶质与溶剂间无界面 1 相对分子质量可达104 长度可达几百纳米 但截面积只相当于一个普通分子大小 1 3 5 大分子溶液及凝胶 自学 盐析作用 大量的亲水基团与水有强烈的溶剂化作用 在水中形成很厚的水化膜 对高分子化合物要加入大量的电解质 才能破坏其水化膜而使之凝结出来 叫盐析 盐析的主要原因就是去溶剂化作用 盐析是可逆的 当加入大量水以后 沉淀将溶解 盐析和溶胶的聚沉是两种不同的过程 高分子化合物对溶胶的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 如动物胶 蛋白质等 可以大大地增加溶胶的稳定性 这种作用叫保护作用 例 Fe OH 3溶胶 加入白明胶 高分子化合物溶液 后再加电解质不易聚沉 作业 P164 10 练习题 一 判断1 质量摩尔浓度是指1Kg溶液中含溶质的物质的量 2 葡萄糖与蔗糖的混合水溶液 总的摩尔质量为b 的沸点与质量摩尔浓度为b的尿素水溶液的沸点不同 3 把0 的冰放在0 的NaCl溶液中 因为他们处于相同的温度下 所以冰水两相共存 4 电解质对溶胶的聚沉值越大 其聚沉能力越小 二 选择题1 下列溶液中凝固点最低的是 A0 1mol的糖水B0 01mol的糖水C0 001mol的甲醇水溶液D0 0001mol的甲醇水溶液2 KBr和AgNO3在一定条件下反应可生成AgBr溶胶 如胶团结构为 AgBr m nBr n x K x xK 反应中过量的溶液是 AAgNO3BKBrC都过量D都不过量 3 四份质量相等的水中 分别加入相等质量的下列物质 水溶液凝固点最低的是 A葡萄糖 分子量180 B甘油 分子量92 C核糖 分子量342 D尿素 分子量60 4 相同温度下 0 1 的下列溶液中沸点最高的是 A葡萄糖 C6H12O6 B蔗糖 C12H22O11 C核糖 C5H10O5 D甘油 C3H6O3 5 室温下 0 1mol Kg 1糖溶液的渗透压接近于 KPaA2 5B25C250D0 256 医学上称5 的葡萄糖溶液为等渗溶液 这是因为 A它与