第一章--溶液和胶体.ppt

,第一章溶液和胶体,溶液的浓度,分散系,乳浊液,第一节溶液,一、溶液浓度的表示方法,2、质量摩尔浓度(mol/kg),1、物质的量浓度(moldm-3),例1:计算由1.00gCO(NH2)2尿素溶于50.0mL水所配成溶液的物质的量浓度？,解：CO(NH2)2摩尔质量M=60.0g/mol,物质的量浓度(moldm-3),例2:已知80%的硫酸溶液的密度为1.74gmL-1，求该硫酸溶液的物质的量浓度c(H2SO4)和c(1/2H2SO4)?,例题,质量摩尔浓度（mol/kg）,溶液中溶质B的物质的量n除以溶剂的质量m，单位为kg，称为溶质B的质量摩尔浓度，用符号bB表示，单位是molkg-1。表达式为：,在1000g溶剂中含溶质的物质的量；质量摩尔浓度与体积无关，故不受温度改变的影响。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液，不受温度影响。,若溶液是稀的水溶液，则：,why？,例4:计算由1.00gCO(NH2)2尿素溶于48.0g水所配成溶液的质量摩尔浓度？,解：CO(NH2)2摩尔质量M=60.0g/molnB=1.00g/60.0(g/mol)=0.167mol,例题,二、理想气体状态方程式,理想气体：忽略分子的大小和分子间的作用力理想气体状态方程：pV=nRTR：摩尔气体常数，8.315Pam3mol-1K-1；kPaLmol-1K-1；Jmol-1K-1实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温（高于273K）的情况下，可以近似地看成理想气体。,气体状态方程式的另一些形式：,m质量(kg)；M摩尔质量(kgmol-1)；密度（kgm-3）,第二节非电解质稀溶液的依数性,稀溶液的依数性：只与溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。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。,电介质与非电解质,举例：NaCl溶液（强电解质）、HAC（弱电解质）、甘油溶液（非电解质）挥发性：甘油（难挥发）、酒精（易挥发）,1、饱和蒸气压：将液体放在密闭容器中，液体能不断蒸发，同时，生成的蒸气也在不断凝聚，当单位时间内由液面蒸发的分子数和由气相中回到液体中的分子数相等时，气液两相处于平衡状态，这时蒸气的压力称为该液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。蒸气压的大小表示液体分子向外逸出的趋势，它只与液体的本性和温度有关，而与液体的量无关。液体越容易挥发，蒸气压越大；温度越高，蒸气压越大。通常蒸气压大的物质为易挥发物质，蒸气压小的称为难挥发物质。液体蒸发是吸热过程，所以温度升高，蒸气压增大。,一、蒸气压下降,数年,纯溶剂xA=1,溶液xA=0.9,液体中溶解有少量难挥发性的溶质时，液体的蒸气压下降，溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之间的差，称为溶液的蒸气压下降。,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蒸气压乘以溶剂的摩尔分数:,P:溶液的蒸气压；p*:纯溶剂的蒸气压；x：溶剂的摩尔分数,设溶质的摩尔分数为XB,对于稀溶液:,结论：难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值只取决于溶剂的本性(K)及溶液的质量摩尔浓度b,例1:计算293K时，17.1g蔗糖溶于1000g水中，溶液的蒸汽压下降值。,解：293K时，P*(H2O)=2.33kPa,M(B)=342g.mol-1,例题,例题例2：在298k，纯水的蒸汽压为3167.73Pa，若100g水中溶解了3.3g尿素(CO(NH2)2)，求溶液的蒸汽压？解：P*=3167.73pam(H2O)=100gm(CO(NH2)2)=3.3gM(CO(NH2)2)=60g/mol求：pn(H2O)=3.3/60.0=0.055moln(CO(NH2)2)=100/18.0=5.55molp=0.055/(0.055+5.55)3167.37=31.08（pa）所以溶液的蒸汽压为：p=3167.37-31.8=3136.65（pa）,1、沸点定义：液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度。2、特点：液体的沸点与外界压力有关，外界压力降低，液体的沸点将下降，溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，要使溶液的蒸气压和外界大气压相等，就必须升高溶液的温度，所以溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。Tb*为纯溶剂的沸点；Tb为溶液的沸点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=1molkg-1时的溶液沸点升高值，其单位是kgmol-1或Kkgmol-1。,二、沸点上升,从蒸气压曲线上看沸点升高,例题,例3：在500g水中溶解46g甘油(C3H8O3)，试该溶液的沸点？解：已知m(C3H8O3)=46gm(H2O)=500gM(C3H8O3)=92g/mol求:T,所以溶液的沸点为373.52K。,例题（测定难挥发非电解质的分子量）,例4：尼古丁的实验式（最简式）为C5H7N，将0.496g该物溶于10g水中溶液的沸点为373.307K，求其分子式。,解：,=373.307-373.15=0.157K,MB=162g.mol-1实验式量=81查表：水的kb=0.512Kkgmol-1,故分子式为：C10H14N2,1、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为该液体的凝固点。溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，溶液凝固点会下降。2、凝固点下降：含有少量溶质的溶液，凝固点的温度低于纯溶剂的凝固点温度，叫。Tf是稀溶液的凝固点，Tf*为纯溶剂的凝固点；Kf：溶剂凝固点降低系数；它只与溶剂的性质有关；其物理意义为1000g溶剂中加入1mol(化学式)难挥发非电解质所引起的溶液凝固点的下降度数；其单位是kgmol-1或Kkgmol-1。b：溶质的质量摩尔浓度。,三、凝固点下降,从蒸气压曲线上看沸点和凝固点,例题,例4：取0.749g某氨基酸溶于50.0g水中，测得其凝固点为-0.188，试求该氨基酸的摩尔质量？解：已知Tf=0.188m(H2O)=50.0gmB=0.749g求：MB查表：Kf=1.86kgmol-1MB=1.860.749/0.18850.0=148.2(g/mol),解：醋酸的质量摩尔浓度,例5:0.90g醋酸溶解于50.0g水中，实验测得此溶液的冰点为272.59K，求醋酸的摩尔质量M(CH3COOH)?,例题,例6：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=5.10Kmol-1kg,练习题,例7：为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点降到253K，即Tf=20.0K，则在每1000g水中应加入甘油多少克？甘油的分子式为C3H8O3,M(C3H8O3)=92gmol-1,练习题,凝固点下降的实用意义,防冻剂：制冷剂：30gNaCl+100g冰T最低=250.6K42.5gCaCl2+100g冰T最低=218K植物的耐寒性冬天时淀粉淀粉酶水解麦芽糖麦芽酶葡萄糖溶质增多，凝固点下降。,四、溶液的渗透压,物质（溶剂）粒子通过半透膜单向扩散的现象，称为渗透。产生渗透的必备条件：一是有半透膜存在；二是半透膜两边单位体积内溶剂分子数目不同。,渗透平衡,半透膜:可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度大，渗透趋向大。渗透平衡:单位时间内水分子从纯水进入溶液数目与从溶液进入纯水数目相等，体系建立动态平衡，称为渗透平衡。渗透压:由于半透膜两边的溶液单位体积内水分子数目不同而引起稀溶液溶剂分子渗透到浓溶液中的倾向。为了阻止发生渗透所需施加的压力，叫溶液的渗透压。等渗溶液:当半透膜两侧溶液浓度相等时，渗透作用达到平衡，这种溶液称为等渗溶液。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。,几个概念,在一定温度下，非电解质稀溶液的渗透压与溶质的质量摩尔浓度、绝对温度成正比，而与溶质的本性没有关系。通过对溶液渗透压的测定，也能估算出溶质的摩尔质量。：渗透压(kPa)；V：溶液体积（dm3orL）；R：气体常数；n：溶质物质的量（mol）c：物质的量浓度（mol/L）；T：热力学温度（K）；R=8.314kPadm3mol-1K-1,结论：蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。,VantHoff(范特霍夫),例6：有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18g。已知在298.15K时，溶液的渗透压为0.413kPa。求此蛋白质的摩尔质量。,解：,练习题,例：测得人体血液的冰点降低值Tf=0.56，求体液在37时的渗透压。,例：已知血液的渗透压为780KPa，若用葡萄糖溶液做为临床输液的营养液，该葡萄糖溶液浓度为多大？,浓度=,是稀溶液,例：已知某水溶液的凝固点为272.15K。试求此溶液的沸点、296.15K时的蒸气压和渗透压。,（1）Tf=KfbB=1.86bB=1.00,bB=1.00/1.86=0.538,Tb=KbbB=0.520.538=0.28K,故此溶液沸点为373.15+0.28=373.43K,（2）此溶液中溶剂水的物质的量分数：,p=p*x(H2O)=3.170.990=3.14kPa,故此溶液的蒸气压为3.14kPa。,（3）因为=cBRTbBRT,所以=0.5388.314298=1333kPa,故此溶液的渗透压为1333kPa。,查表得298.15K是水的饱和蒸气压为3.17kPa。,第三节胶体溶液,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。,分子分体散系1nm,胶态分体散系1nm-1m,粗分体散系1m-100m,分散系分类(从直径分),一、胶体溶液（溶胶）,胶体溶液：固体分散在液体中的一种胶态体系溶胶的制备,A.分散法研磨法；超声波法；电弧法；胶溶法B.凝聚法,2、复分解反应：三氧化二砷的饱和溶液中，通入H2S气体生成硫化砷溶胶。,3、氧化还原反应用甲醛还原金盐制得金溶胶。,4、改变溶剂法：利用突然改变溶质的溶解度，是溶质不形成晶体而聚集成溶胶粒子。,1、水解反应FeCl3水解生成Fe(OH)3溶胶,化学方法制备溶胶,二、溶胶的性质,1、溶胶的光学性质丁达尔现象,当一束光照射到透明的溶胶上时，在与光线垂直方向观察，可以清楚地看见在光的通路上出现一条发亮的光柱，这种现象叫着丁达尔效应。,2、溶胶的动力学性质-布朗运动,在超显微镜下观察溶胶时，可以看到溶胶粒子作永不停息的无规则的运动，这就是布朗运动。产生布朗运动的原因，是由于溶胶粒子周围的分散剂分子处于热运动状态，不断撞击这些溶胶粒子的结果。溶胶粒子的颗粒比粗分散系粒子小，而比溶剂分子大，它每瞬间受到分散剂分子撞击的次数比大粒子少得多，各个方向上都溶胶粒子的撞击力不易完全抵消。它在某一瞬间，从某一方向受到较大的冲击力，因此溶胶粒子受到撞击后，会不断改变方向、改变速度，作不规则的布郎运动。溶胶粒子有布郎运动，能扩散，因而溶胶离子能保持悬浮状态，不易沉降到容器底部。,3、溶胶的电学性质-电泳和电渗,溶胶的电动现象：溶胶中分散质与分散剂在外电场的作用下发生定向移动的现象称为溶胶的电动现象。,电泳：在电场中分散质粒子在分散剂中的定向移动称为电泳。,电渗：若在外电场作用下固相被限制不能移动，而液体在固体孔隙间流动，即分散剂在电场作用下定向移动，这种现象称为电渗。,1、吸附带电：吸附：一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上的过程。吸附剂：能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。吸附质：被聚集的物质。注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的吸附某种离子。,胶粒带电的原因：,2、电离作用,胶粒带电的另一个原因是胶粒表面基团的电离作用。例如，硅酸溶胶的粒子是由许多硅酸分子组成的，在粒子表面上的H2SiO3分子可以电离出H+进入溶液，从而SiO32-和HSiO3-留在表面，使胶粒带负电荷。,三、胶团结构,胶体性质取决于胶体的结构。,以AgI溶胶为例说明。,制备AgI溶胶时如果KI过量，就可制成AgI负溶胶。大量的AgI分子聚集在一起，形成直径在1100nm之间的晶粒作为胶体的核心，称为胶核。,(AgI)mnI-(n-x)K+x-xK+,过量的KI作稳定剂，胶团的结构表达式：,胶团构造示意图,式中m为胶核中AgI的分子数，n为胶核表面吸附的电位离子数，（n-x）为吸附层中的反离子数，x为扩散层中的反离子数，也是胶粒所带的电荷数。m、n、x都是不确定的数字。可见书写胶团结构的关键在于确定电位离子和反离子。,氢氧化铁的胶体结构,胶团胶粒Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-胶核电位离子反电位离子吸附层扩散层扩散双电层,Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图,FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HCl反应中有副反应：FeCl3+2H2O=Fe(OH)2Cl+HClFe(OH)2Cl=FeO+Cl-+H2O,几种常见溶胶的胶团结构,注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。如AgCl溶胶：,AgCl溶胶的制备：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。,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。,若是等物质的量进行反应，则不能形成溶胶。,练习题：,请写出土壤中硅酸盐的胶团结构？浓度分别为0.02mol/L和0.005mol/L的AgNO3、KI溶液等体积混合制得胶体溶液，请写出胶团结构。请指出由下面这样一个实验制备胶体是采用的什么方法？并写出胶团结构。实验内容：,向H3AsO3溶液中通入H2S气体于中而制备硫化砷(As2S3)溶胶,Key：,1、土壤中的硅酸盐的溶胶结构：,(ySiO2xH2O)mnSiO32-2(n-x)H+2x-2xH+,2、(AgCl)mnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-,Key：,(As2S3)mnHS-(n-x)H+x-xH+,若H2S过量，溶胶的胶团中电位离子和反离子分别为（HS-，H+）。,扩散层,（一）、溶胶的稳定性：,动力学稳定性：强烈的布朗运动，促使它在分散剂中均匀分布，阻止了粒子由于重力的下沉。热力学上的稳定性：热力学角度上看，高度分散的的溶胶粒子具有巨大的表面能，应是稳定体系。其他因素：双电层的稳定性：由于溶胶粒子的双电层结构，带有同号电荷的胶粒不聚沉。溶剂化膜：有一定强度，阻止粒子合并。,四、溶胶的聚沉和稳定性,（二）、胶体的聚沉,1.电解质对聚沉的影响（1）聚沉值：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（单位为mmolL-1）。（2）舒尔采-哈迪规则：聚沉值与反离子价数有关，即聚沉值与反离子价数的6次方成反比。（3)电解质对溶胶起聚沉作用的主要是与胶粒所带电荷相反的离子（异电荷作用)，而且与其所带电荷多少有关。离子价数越高，水化半径越小，聚沉能力就越大；价数相同的离子，其聚沉能力虽相差不大，但也有一定的规律。对碱金属、碱土金属离子，如阴离子相同时，则：离子半径：Cs+Rb+K+Na+Li+聚沉能力：Cs+Rb+K+Na+Li+离子半径：Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+聚沉能力：Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+,（4）不同电荷离子的影响,电荷数越高，聚沉能力越强例如：Na+Mg2+Al3+Sn2+Cl-SO42-PO43-电解质混合物的聚沉作用相互聚沉