《普通化学》--1气体和溶液.ppt

1,普通化学网络课件,授课教师：张大伟单位：化学教研室,第一章气体和溶液,Chapter1GasandSolution,2,1.1理想气体状态方程式,1.2理想气体状态方程式的应用,1.3道尔顿理想气体分压定律,1.4道尔顿理想气体分压定律的应用,第一节气体,3,式中：p:气体的压力，单位是Pa或kPa;V:气体体积，单位L(m3);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，R8.314kPaLmol-1K-1。,在通常温度（如不低于273K）和压力（不高于数百千帕）的条件下，理想气体的状态方程对大多数气体都适用。,1.1理想气体状态方程式,4,人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。,特点：1.理想气体分子之间没有相互吸引和排斥作用；2.分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。3.理想气体是人为的气体模型，实际并不存在。低压、高温下的真实气体可近似看作理想气体,5,理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。,产生偏差的主要原因：气体分子本身的体积的影响；分子间力的影响。,真实气体与理想气体的偏差,6,2.气体摩尔质量的计算,1.2理想气体状态方程式的应用,7,=m/V,3.气体密度的计算,8,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。,1.3道尔顿理想气体分压定律,9,道尔顿理想气体分压定律,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+或p=pB,n=n1+n2+,10,B组分气体分压的求解：,xBB的摩尔分数,11,1.4分压定律的实际应用,计算气体混合物中各组分气体分压,12,例题:在25、99.43kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氢气体积为0.4006L，计算在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V和N。已知25时水的饱和蒸气压为3.17kPa,解：T=(273+25)K=298Kp=99.438kPaV=4.16L298K时，p(H2O)=3.17kPaP（H2）=P（总）-P（H2O）=96.26kPa,13,一、液体的蒸气压,第二节液体,液体在一定的温度、压力下，可以转变为气体，液体转变为气体的过程称为液体的气化，蒸发和沸腾是液体气化的两种形式。,液体分子脱离液体表面变为气体的过程叫做蒸发；,当温度增加到蒸气压等于外界压力时，气化不仅在液面上进行，并且也在液体的内部发生。内部液体的气化产生了大量气泡上升到液面，气泡破裂，逸出液体，这种现象叫做沸腾。,14,在一定温度下，当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时，液面上方的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。,液体分子脱离其表面的汽化速度,气体分子回到液体中的凝结速度,15,液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点。液体的沸点与外压有关，外压越大，沸点就越高。液体在101.325kPa下的沸点称为正常沸点。,固体物质也具有一定的蒸气压（固体饱和蒸气压）。但一般情况下，固体的蒸气压较小。固态物质与液态物质达于平衡状态时的的温度称为液体的凝固点（液体的冰点或固体的的熔点）。,16,1.蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压，不同的物质有不同的蒸气压。,2.蒸气压与温度有关。温度升高，蒸气压增大。,3.固体也具有一定的蒸气压，温度升高，固体的蒸气压增大。,4.蒸气压大的称为易挥发性物质，蒸气压小的称为难挥发性物质。,说明：,17,表11不同温度下水的蒸汽压,18,图11不同温度下液体的蒸汽压,19,表12不同温度下冰的蒸汽压,20,为表示水的气、液、固三态之间的平衡关系，以P为纵坐标，T为横坐标，给出体系状态与T、P之间的关系图，这种图称相图或状态图。,OA线水的蒸汽压曲线。OB线固液平衡线。OC线冰的蒸汽压曲线。O点三相点，水的三相点T=100,P=611Pa。,液相区,气相区,固相区,水的相变和相图,21,3.1分散系基本概念,3.2分散系的分类,第三节分散系,22,分散系基本概念,分散系：由一种或多种物质分散在其它一种物质中所构成的系统。,分散质：被分散的物质，处于分割成粒子的不连续状态。分散剂：分散其它物质的物质，处于连续状态。,23,分散系的分类,在分散系内，分散质和分散剂可以是s，l，g，1.按分散质和分散剂的聚集状态，可以分为9类：,24,2.按分散质粒子大小分类的分散系,25,相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。,26,相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。,27,2.按分散质粒子大小分类的分散系,28,4.1物质的量浓度,4.2质量摩尔浓度,第四节溶液的组成标度,4.3摩尔分数,4.4质量分数,4.5质量浓度,4.6几种溶液的组成标度间的换算,29,Amountofsubstanceconcentration定义：溶质B的物质的量除以混合物体积。单位：molL1；mmolL1;molL1;nmolL1表示式：cB=nB/V注意事项：需要指明基本单元使用范围：已知(相对)分子量的物质,1.物质的量浓度,30,2.质量摩尔浓度（molality）,定义：溶液中所含溶质B的物质的量除以溶剂的质量。单位：molkg1表示式：bB=nB/mA使用优点：不受温度影响使用局限：不易称量,31,3.摩尔分数（molefraction）,定义：B物质的量与混合物的物质的量之比。单位：1常用符号：xA=nA/(nA+nB)xB=nB/(nA+nB)nA+nB=1,32,4.质量分数,定义：B物质的质量与混合物质量之比，表示相同质量单位物质的相对含量。单位：1表示式：B=mB/（mA+mB）表示方法：分数或者小数举例：硫酸=98%or0.98,33,5.质量浓度,定义:B物质的质量与混合物体积之比。符号:B单位：Kg/m3;gL1；mgL1;gL1表示式：B=mB/V表示方法：分数或者小数举例：NaCl=9gL1,34,体积分数,35,6.几种溶液的组成标度间的换算,（1）.cB与B间的换算,cB=nB/V=mB/MBV=mB/MBm=B/MB,（2）.cB与bB间的换算,cB=nB/V=nB/m.=bB,36,5.1稀溶液蒸气压下降,第五节溶液的依数性,5.4溶液的渗透压,5.2稀溶液沸点升高,5.3稀溶液凝固点下降,37,1.稀溶液蒸气压下降,(1)水的蒸汽压vaporpressure,38,(1)水的蒸汽压vaporpressure(2)稀溶液的蒸汽压下降pressurelowering,39,溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为：1）溶液表面被溶质微粒所占据，减少溶剂蒸发的机会。2）溶质分子与溶剂分子发生的溶剂化作用，也减少溶剂蒸发的机会。,40,结果：稀溶液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中气相分子数目少，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。,PP,P0P=P=P0 xB,P表示溶液的蒸汽压下降。,44,在稀溶液中：,（nAnB）,若取mA溶剂，则,按质量摩尔浓度定义，在数值上,P=KbB,bB=nB/mA,nA=mA/MA,P=P0 xB=P0MAbB,K:质量摩尔蒸汽压下降常数，仅与溶剂种类有关。,45,适用条件：难挥发非电解质的稀溶液。,?易挥发非电解质的稀溶液。?难挥发电解质的稀溶液。?难挥发非电解质的浓溶液。,46,2.稀溶液的沸点升高(Boilingpointelevation),47,2.稀溶液的沸点升高(Boilingpointelevation),沸点升高与质量摩尔浓度的关系,b=KbbB,48,3.稀溶液的凝固点下降(freezingpointdepression),凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。,纯水的凝固点（273.15K）又称为冰点。,溶液的凝固点：指刚有溶剂固体析出时的温度。,49,3.稀溶液的凝固点下降(freezingpointdepression),50,3.稀溶液的凝固点下降(freezingpointdepression),凝固点下降与质量摩尔浓度的关系,f=KfbB,51,4稀溶液的渗透压（Osmoticpressureofdilutesolution）,4.1渗透现象（Osmosis）,52,4.1渗透现象（Osmosis）,稀糖水,4稀溶液的渗透压（Osmoticpressureofdilutesolution）,53,4.1渗透现象（Osmosis）,可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。,54,4.1渗透现象（Osmosis）,液面下降,液面上升,55,4.1渗透现象（Osmosis）,56,4稀溶液的渗透压（Osmoticpressureofdilutesolution）,4.1渗透现象（Osmosis）,（1）定义：一种通过半透膜进行的扩散现象。,57,4.1渗透现象（Osmosis）,可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。,58,59,4.2渗透压（OsmoticPressure）,（1）定义:使渗透作用达到平衡所需施加的最小压力。,60,（2）渗透压的影响因素,61,蒸汽压下降：p=KbB沸点升高：Tb=KbbB凝固点下降：Tf=KfbB,62,例题：有一蛋白质的饱和溶液，每升含有蛋白质5.18g。已知在293.15K时，溶液的渗透压为0413kPa。求算此蛋白质的摩尔质量。,4.3渗透压的实际应用,（1）在科研中的应用,63,医学上，正常人血浆的渗透压为721824kPa,（1）在科研中的应用,4.3渗透压的实际应用,（2）在生物体中的应用,64,65,（3）在工业上的应用,反渗透技术：在浓度较大溶液一侧加上比其渗透压还要大的压力，迫使溶剂从高浓度溶液向低浓度溶液扩散，从而达到浓缩溶液目的的方法。,4.3渗透压的实际应用,（2）在生物体中的应用,（1）在科研中的应用,66,67,68,6.1胶体溶液,6.2表面吸附,第六节胶体溶液,6.3溶胶的制备与性质,6.5溶胶的稳定性和聚沉,6.4胶团的结构,69,按分散质粒子大小分类的分散系,6.1胶体溶液,70,S（总表面积）s=V（总体积）,比表面积：单位体积的表面积，用符号s表示。,6.1胶体溶液,71,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。,6.2表面吸附,凝聚和吸附是两种降低表面能的途径。,一种物质自动浓集到另一物质表面上的过程叫吸附。其中有吸附能力的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质。,72,对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，其表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。一般可采用两种途径：一是减小表面积使表面能减小，如小液滴可自发聚集成大液滴；二是通过表面吸附其它质点来降低其表面能。,为什么存在表面吸附？,73,举例：土壤中的表面吸附过程：施氮肥：根系分泌出H+：NH4+进入土壤溶液作为养分。,74,6.3溶胶的制备与性质,6.3.1溶胶的制备,（1）分散法研磨法是用胶体磨把大颗粒固体磨细，在研磨的同时加入丹宁或明胶做稳定剂。工业用的胶体石墨、颜料、医用硫溶胶等都是用胶体磨磨制成的。,75,1869年，英国物理学家Tyndall发现：在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，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Tyndall现象。,（1）溶胶的光学性质Tyndall现象,6.3.2溶胶的性质,76,光学原理：溶胶的分散质粒子的直径在1100nm之间，小于可见光的波长（400760nm)，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生Tyndall现象。,在溶液中，溶质颗粒太小（10-9m）,光的散射极弱，看不到丁达尔效应。,77,78,（2）溶胶的动力学性质Brown运动,在超显微镜下观察时，可以看到溶胶的分散质粒子在分散剂中不停地做不规则的折线运动，这种运动称为Brown运动。,79,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，其合力不为零而引起的。,溶胶的分散质粒子由于Brown运动，能自动地从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩散。在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通过细胞膜的推动力之一。,80,（3）溶胶的电学性质电泳和电渗,A：电泳：,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。,在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。,81,电泳时，不仅胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒对应带相反电荷的离子向另一电极移动。,胶体微粒的移动说明胶粒是带电的，且有正负之分。胶粒带正电称为正溶胶,如：一般金属氢氧化物的溶胶，向直流电源负极（阴）移动；胶粒带负电称为负溶胶,如：土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶，则向直流电源正极（阳）移动；,由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。,82,胶粒带电的原因：1、吸附作用：胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的离子优先被吸附。2、离解作用：胶粒与溶液中的分散剂接触时，表面分子发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶粒带电。例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多xSiO2yH2O分子组成的，表面上的H2SiO3分子在水分子作用下发生解离：,如Fe(OH)3溶胶：Fe(OH)3mnFeO+,FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HClFe(OH)3+HCl=FeOCl+2H2OFeOCl=FeO+Cl-,83,电泳是介质不动，胶粒运动。,B：电渗：,胶粒设法固定不动，分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。,84,6.4胶团的结构,以AgI为例：AgNO3+KI=AgI+KNO3当KI过量时，胶粒带负电荷，胶团结构如下：,85,86,当AgNO3过量时，分散质带正电荷，胶团结构如下：（AgI)mnAg+(n-x)NO3-x+xNO3-,87,Fe(OH)3溶胶：Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-,As2S3溶胶：（As2S3）mnHS-(n-x)H+x-xH+,硅酸溶胶：（SiO2)mnHSiO3-(n-x)H+x-xH+,胶粒带电，胶团不带电（电中性）,88,6.5溶胶的稳定性和聚沉,溶胶具有一定的稳定性，其原因如下：(1)动力学稳定性：Brown运动：溶胶的胶粒的直径很小，Brown运动剧烈，能克服重力引起的沉降作用。(2)聚集稳定性：同一种溶胶的胶粒带有相同电荷，当彼此接近时，由于静电作用相互排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶粒之间静电斥力就越大，溶胶就越稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳定存在的主要原因。,6.5.1溶胶的稳定性,89,（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都是水化的（如为非水溶剂，则是溶剂化的），在水化膜保护下，胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。水化膜越厚，胶粒就越稳定。,90,6.5.2溶胶的聚沉和保护,电解质对溶胶的聚沉作用,（1）溶胶的聚沉（注意：胶体的聚沉是不可逆的）。,在溶胶中加入易溶强电解