无机及分析化学[全](南京大学第五版)ppt课件

无机及分析化学 林政 第一章分散系 1 5高分子溶液 1 3溶液 1 2分散系 1 4胶体溶液 1 1物质的量及其单位 1 1 1物质的量及其单位 物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一 其符号为n 单位为摩尔 mol 简称摩 物质的量是表示物质所含微粒数 N 与阿伏加德罗常数 NA 之比 即n N NA 它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量 其表示物质所含粒子数目的多少 物质的量的单位是摩 尔 符号 mol 物质的量 n粒子数 N阿伏加德罗常数 NA物质的量 mol 物质的质量 g 物质的摩尔质量 g mol 阿伏加德罗常数 NA 以0 012kg12C所含的碳原子数作基准 其近似值为6 02 1023mol 1 1 1 2物质的量及其单位 满足上述关系的粒子是构成物质的基本粒子 如分子 原子 离子 质子 中子 电子数 或它们的特定组合 如 1molCaCl2与阿伏加德罗常数相等的粒子是CaCl2粒子 其中Ca2 为1mol Cl 为2mol 阴阳离子之和为3mol或原子数为3mol 在使用摩尔表示物质的量时 应该用化学式指明粒子的种类 而不使用该粒子的中文名称 1 1 3物质的量及其单位 摩尔 mol 毫摩尔 mmol 微摩尔 mol 纳摩尔 nmol 皮摩尔 pmol 1mol 1 103mmol 1 106 mol 1 109nmol 1 1012pmol 1 1 4物质的量及其单位 以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量 叫做溶质B的物质的量浓度 一般使用单位 mol L物质的量浓度 mol L 溶质的物质的量 mol 溶液的体积 L cB nB V注意 体积是指溶液的体积 而不是溶剂的体积 1 1 5物质的量浓度 1 1 6物质的量浓度 浓度只是物质的量浓度的简称 其它溶液组分含量的表示法中 若使用浓度二字时 前面应有特定的定语 如质量浓度 质量摩尔浓度 1 1 7质量摩尔浓度 溶液中某溶质B的物质的量除以溶剂的质量 称为该溶质的质量摩尔浓度 单位为mol kg 1 符号为bB bB nB W式中W为该溶剂的质量 以千克 kg 作单位 nB是溶质B的物质的量 以摩尔 mol 作单位 1 1 8质量浓度 单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度 以符号 表示 单位为kg m3 组分B的质量浓度定义式为 mB V式中mB 混合物中组分B的质量 kg V 混合物的体积 m3 常用单位是 g L 1 1 9质量分数 溶液中溶质B的质量分数是溶质B的质量mB与溶液质量m之比 符号是 B 量纲为一 B mB m如 100gNaCl溶液中含10gNaCl 可表示为 NaCl 10 1 1 10体积分数 纯物质B在某温度和压力下的体积 除以在相同温度和压力下的溶液的总体积 符号为 量纲为一 体积分数常用于溶质为液体的溶液 如果混合过程中产生的体积变化很小 可近似地认为等于溶质的体积溶液的总体积 例 已知浓硫酸的密度 为1 84g ml 其质量分数为95 6 一升浓硫酸中含有的n H2SO4 n 1 2H2SO4 c H2SO4 c 1 2H2SO4 各为多少 解 n H2SO4 1 84 1000 0 956 98 08 17 9moln 1 2H2SO4 1 84 1000 0 956 49 04 35 9mol c H2SO4 17 9 1 17 9mol L c 1 2H2SO4 35 9 1 35 9mol L 例 250克溶液中含有40克NaCl 计算此溶液的质量摩尔浓度 解 水的质量 250 40 210 克 b NaCl 40 58 5 210 1000 3 26mol kg 例 在100ml水中溶解17 1g蔗糖 C12H22O11 溶液的密度为1 0638g ml 求蔗糖的物质的量浓度 质量摩尔浓度 解 M蔗糖 342 g mol n蔗糖 17 1 342 0 05 mol V 100 17 1 1 0638 110 0 ml 0 11 L 1 c 蔗糖 0 05 0 11 0 454 mol L 2 b 蔗糖 0 05 0 1 0 5 mol kg 分散系 分散质 分散剂 1 2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系统称分散系 如 糖水和泥水等等 按聚集状态分气 气 空气 气 液 汽水 气 固 浮石 液 气 云 雾 液 液 酒精 液 固 肉冻 固 气 烟 尘 固 液 溶液 固 固 合金 1 2 1分散系的分类 按分散质粒子的大小分100nm粗分散系 悬浊液 乳状液 1 2 1分散系的分类 1 2 2相 1 相 体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分 2 相的特点A任何部分的物理性质和化学性质相同 B一个相并不一定是一种单质 如食盐溶液 NaCl和H2O C单相体系分子分散系 如饱和食盐水 糖水等 溶质与溶剂已成一体 组分间没有界面 D多相体系胶体分散系和粗分散系 如溶胶 悬浊液等 各组分的物理性质和化学性质不同 并具有明显的界面 1 2 3理想气体 pV nRTR 摩尔气体常量 理想气体状态方程式 在STP下 p 101 325kPa T 273 15Kn 1 0mol时 Vm 22 414L 22 414 10 3m3 R 8 314kPa L K 1 mol 1 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B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 2 4分压定律 分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和 p p1 p2 pi或p pB n n1 n2 ni 分散质以分子或者比分子更小的质点 如原子或离子 均匀地分散在分散剂中的分散系称为溶液 溶液 1 3溶液 通性 只与浓度 溶质粒子的数目 有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的通性 又叫溶液的依数性 1 3 1溶液的通性 蒸气压下降沸点上升凝固点下降具有渗透压 初始 V蒸发 V凝聚平衡 V蒸发 V凝聚 气液两相平衡 蒸发H2O l H2O g 凝聚 1 3 1 1溶液的蒸气压下降 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后 达平衡时 p溶液总是小于同温度下的p纯溶剂 即溶液的蒸气压下降 p p纯 p液蒸汽压下降的原因 拉乌尔定律 在一定的温度下 难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压 等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数 p 溶液的蒸气压p 纯溶剂的蒸气压nA 溶剂的物质的量nB 溶质的物质的量 nAp p nA nB p液 p纯剂 c液越大 p液越小 p纯 p液的差值也越大 沸点 溶液的蒸气压 p溶液 与外压 p外压 相等时的温度称为该溶液的沸点 纯水 p外 101 3kPa t纯水 100 难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点 1 3 1 2溶液的沸点上升 p溶液 p纯溶剂 而且 p K蒸b B 溶液的沸点上升示意图 溶液的沸点上升的原因 溶液的蒸气压下降 凝固点 某物质的固 液两相平衡时的温度 液相蒸气压与固相蒸气压相同时的温度 若固相蒸气压小于液相蒸气压时 液相向固相转化 反之亦然 1 3 3 3溶液的凝固点下降 溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf 原因 溶液的蒸气压下降 溶剂的凝固点下降示意图 溶液的凝固点下降的原因 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升和凝固点下降的原因都是溶液的蒸气压下降 而溶液的蒸气压下降服从拉乌尔定律 那么这两种特性也服从拉乌尔定律与溶液的质量摩尔浓度成正比 Tb Kb b B Tf Kf b B 小结 1 3 1 4溶液的渗透压 渗透作用产生的条件 半透膜存在 膜两侧溶液的浓度不相等 半透膜的作用 只许溶剂分子通过 溶质分子不能通过 初始 溶剂分子扩散速度V纯水 V糖水 渗透 溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透 当v纯水 v糖水渗透停止 糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水溶液的渗透压 渗透压 在一定的温度下 在半透膜两边维持渗透平衡所需施加的外压力 称为该溶液的渗透压 用符号 表示 1 医学上输液必需输等渗溶液 2 动物体内水份的输送 3 植物从土壤中吸收水份和营养 4 求算溶质的分子量 渗透现象在生命过程中的重要作用 低渗溶液 高渗溶液 1 同一温度下 溶液的渗透压与浓度成正比 2 相同浓度时 渗透压与热力学温度成正比 V n B RT c B RT b B RT 溶液很稀时 c B b B R 气体常数8 314kPa L mol 1 K 1T 热力学温度 绝对温度 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的质量分数是多少 设葡萄糖溶液密度是1 01g ml 1 葡萄糖的分子摩尔质量M为180g mol 1 解 c 葡 RT c RTc 葡 709 275 8 314 273 15 37 0 28mol L 1AW c 葡 M 1000 0 28 180 1000 1 01 100 5 0 当施加在膜溶液侧的压力大于渗透压力时 水的流向就会逆转 此时 溶液中的水将流入纯水侧 上述现象就是水的反渗透 反渗透 反渗透膜孔径小至纳米级 在一定的压力下 H2O分子可以通过膜 水中的无机盐 重金属离子 有机物 胶体 细菌 病毒等杂质无法通过膜 从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来 例 海水在298K时的渗透压为1479kPa 采用反渗透法制取纯水 试确定用1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜 提取100cm3的纯水 所需要的最小外加压力是多少 解 随着反渗透的进行 海水中盐的浓度增大 当得到100cm3纯水时 最终海水的渗透压 2和初始海水的渗透压 1的比值为 c1 nmol 1000cm3c2 nmol 1000 100 cm3 因为渗透前后溶质的物质的量未减少 高浓度溶液和强电解质溶液也有依数性 但不遵守拉乌尔定律 故不可用稀溶液依数性的公式进行计算 对于难挥发 非电解质稀溶液c b B 几种通性可以互相联系起来 可以互相换算 胶体是一种高度分散的多相体系 分散质为固相 1 100nm 分散剂为液相 1 4胶体溶液 1 动力学性质 布朗运动 1 4 1胶体溶液的性质 胶粒因布朗运动而具有一定的扩散作用 布朗运动产生的原因 分散质粒子本身处于不断的热运动中 分散剂分子对分散质粒子的不断撞击 液体分子对溶胶粒子的撞击 粗分散系 2 光学性质 丁铎尔效应 光学原理 强光照到分散质粒子上 若粒子直径大于入射光波长 则发生反射或折射 如粗分散系 若粒子直径与入射光波长相比拟 则发生散射 散射光称为乳光 溶胶中分散质粒子直径 1 100nm可见光波长 400 700nm 在真溶液中 溶质颗粒太小 10 9m 光的散射极弱 看不到丁铎尔效应 阳光从狭缝射进室内形成光柱也是丁铎尔效应 3 溶胶的电学性质 电泳 在电场中 分散质粒子作定向移动 电泳管示意图 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 胶体粒子带电的主要原因 1 电离作用 H2SiO3SiO2 H2OH HSiO3 2 吸附作用 固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的离子 或者能够在固体表面上形成难电离或难溶解物质的离子 例如 Fe OH 3胶体粒子很容易吸附与它结构相似的FeO 离子 而带正电荷 Fe OH 3 m nFeO FeCl3 3H2O Fe OH 3 3HClFe OH 3 HCl FeOCl 2H2OFeOCl FeO Cl 1 4 2胶团结构 以AgI为例 AgNO3 KI AgI KNO3当AgNO3过量时 分散质带正电荷 胶团结构如下 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 Fe OH 3胶核吸附电位离子的示意图 若是等物质的量进行反应 则不能形成溶胶 注意 因制备溶胶的条件不同 可使胶体粒子带不同的电荷 制备AgCl溶胶 AgNO3 KCl AgCl KNO3 当AgNO3过量时 溶液中有Ag NO3 K 分散质AgCl优先吸附Ag 而带正电荷 由于溶液中存在的Ag 和Cl 都是胶体的组成离子 它们都有可能被吸附 若制备过程中 KCl过量时 溶液中有过量的K Cl NO3 溶胶粒子优先吸附Cl 而带负电荷 1 4 3电动电势 胶粒与介质之间的双电层及电势差 在电场的作用下 胶粒和介质作相对移动时表现出来的胶粒固相表面与液体内部之间的电势差 1 4 4溶胶的稳定性 1 动力学稳定性 布朗运动使胶粒不沉降 2 溶剂化作用 使胶粒和反离子周围形成溶剂化膜 3 电势稳定性 溶胶能稳定存在的最重要的原因是胶粒之间存在静电排斥力 而阻止胶粒的聚沉 电势越大 静电排斥力越大 所以 电势的数值可以衡量溶胶的稳定性 越大 表明溶胶越稳定 胶粒表面积大 表面能大 体系可自动聚集降低表面能 溶胶是热力学的不稳定体系 1 4 5溶胶的不稳定性 表面能 液体或固体表面粒子比内部粒子能量高 多出的这部分能量称为体系的表面能 1 4 5溶胶的不稳定性 1g水滴分散成直径2nm的小水滴 总面积为原来的625万倍 增加的能量可将这1g水的温度升高50 同一体系 其分散度越大 其表面能越大 胶体是一种高度分散的多相体系 具有很大的比表面 因此表面能很大 能量越高 体系越不稳定 胶体是热力学的不稳定体系 离子交换吸附 当固体从溶液中吸附某