无机及分析化学

1、无机及分析化学无机及分析化学Inorganic and analytical Chemistry2 孙鹏QQ:2870392485 (swx123) research area: 1.extraction、isolation and purification of polysaccharides from marine biology2.Natural product chemistry绪论在科学的入口处，正像在地狱的入口处一样，必须提出这样的要求：“这里必须根绝一切犹豫，这里任何怯懦都无济于事。” 马克思7四大化学四大化学生物化学生物化学分子生物分子生物学（基因学（

2、基因工程）工程）一个一个现象现象89近年来的化学近年来的化学诺奖的研究方诺奖的研究方向均有关生物向均有关生物10课程简介课程简介1112131416大学学习注意广度兼顾深度大学学习注意广度兼顾深度不要有应试的想法不要有应试的想法授之以鱼不如授之以渔，进一步培养自授之以鱼不如授之以渔，进一步培养自己的自学能力己的自学能力*18 1.1 理想气体理想气体 1.4 胶体溶液胶体溶液 1.2 1.3 溶液及稀溶液的依数性溶液及稀溶液的依数性第一章 分散系*201.1 理想气体*21气体的最基本特征：气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。具有可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程式的气体，人

3、们将符合理想气体状态方程式的气体，称为称为理想气体。理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。可以忽略。*22pV = nRT R- 摩尔气体常量摩尔气体常量在在STP下，下，p =101.325kPa, T=273.15Kn=1.0 mol时时, Vm=22.414L=22.41410-3m3nTpVR R=8.314 kPa L K-1 mol-1理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：118.314J molK33101325Pa22.414 10 m1.0mo

4、l 273.15K*231. 计算计算p，V，T，n四个物理量之一。四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算mnMM = Mr g mol-1mRTMpVmpVRTMpVnRT用于用于温度不太低，压力不太高的真实气体。温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT*24 =RTpMmRTMpV = m / VRTMp3.气体密度的计算气体密度的计算*25组分气体：组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分气体。分压：分压： 组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体相同体

5、积时所产生的压力，叫做组分气体气体B的分压。的分压。BBn RTpV*26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混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。气体分压之和。 p = p1 + p2 + pi 或或 p = pB VnRTp ,2211VRTnpVRTnp1212iin RTn RTn RTRTpnnnVVVV n =n1+ n2+ni *27分压的求解：分压的求解：x B B的摩尔分数的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTp BBBnppx pn*28 例题：例题：某容器中含有某容器中含有NH3、O2 、N2等气等气体 的 混 合 物 。 取 样

6、分 析 后 ， 其 中体 的 混 合 物 。 取 样 分 析 后 ， 其 中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n ( N2) = 0 . 7 0 0 m o l 。 混 合 气 体 的 总 压。 混 合 气 体 的 总 压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。解：解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol0.320133.0kPa35.5kPa1.20033()()n NHp NHpn*29p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35

7、.5-20.0)kPa =77.5kPa22(O )(O )nppn0.18035.5kPa20.0kPa0.320*30*31 例题例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法制可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：取纯氮气。反应如下： NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在如果在19、97.8kPa下，以排水集气法下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。耗掉的亚硝酸铵的质量。解：解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L292K 时，时，p(H2O)=2

8、.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04*32NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=? 0.164mol K292molKJ31484.16L)kPa202897(1 -1 -.n(N2) =mol1mol164. 0g04.64m(NH4NO2) =10.5g=0.164mol*331.2 溶液溶液*34溶液：定义？溶液：定义？ 广义地说，两种或两种以上的物质广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为状态分布者均称为溶液溶液。溶溶 液液气态溶液气态溶液(空气空

9、气)液态溶液：液态溶液：(酸、碱酸、碱)固态溶液固态溶液 (合金合金)溶质溶质溶剂溶剂*35*361.2.1 物质的量及其单位物质的量及其单位nB=mB/MB ( mol)2）基本单元：系统中组成物质的基本组分，）基本单元：系统中组成物质的基本组分，可以是分子、离子、电子等及其这些粒子的可以是分子、离子、电子等及其这些粒子的特定组合。如特定组合。如O2、(H2SO4)、（、（H2+ O2）1）物质的量是表示组成物质的基本单元数目）物质的量是表示组成物质的基本单元数目的多少的物理量。物系所含的基本单元数与的多少的物理量。物系所含的基本单元数与0.12kgC12的原子数目相等的原子数目相等(6.0

10、231023阿阿伏加德罗常数伏加德罗常数L)，则为，则为1mol。*371.2.2 物质的量浓度物质的量浓度 定义：一升溶液中所含溶质的物质的量称为定义：一升溶液中所含溶质的物质的量称为物质的量浓度，用符号物质的量浓度，用符号c表示，单位是表示，单位是mol/Lc(B) = nBV %1000()BWc BM【例例】1molH3PO4与与3mol(1/3 H3PO4 )的基本单的基本单元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？摩尔质量比是多少？摩尔质量比是多少？*38解：解： n(H2SO4) = 1.8410000.956/98.08 = 17.9 mo

11、l n(1/2H2SO4) = 1.8410000.956/49.04 = 35.9 mol 【例例】：已知浓硫酸的密度：已知浓硫酸的密度为为1.84g/ml，其质量分数为其质量分数为95.6%，一升浓硫酸中含有的，一升浓硫酸中含有的n(H2SO4)、n(1/2H2SO4)、c(H2SO4)、c(1/2 H2SO4)各为多少？各为多少？c(H2SO4)= 17.9/1 = 17.9 mol/L c(1/2 H2SO4) = 35.9/1 = 35.9 mol/L*391.2.3 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 定义：指定义：指1 kg 溶剂溶剂中所含中所含溶质的物质的量溶质的物质的量表示表示为质量摩

12、尔浓度，符号为质量摩尔浓度，符号b(B) ，单位为：，单位为：mol/kg【例例】：250克溶液中含有克溶液中含有40克克NaCl，计算此，计算此溶液的质量摩尔浓度。溶液的质量摩尔浓度。解：解： 水的质量水的质量250-40 = 210（克）（克） b(NaCl) = 40/(58.5210) 1000 = 3.26 mol/kgb(B) = nBmA=mB/(MB mA) *401.2.4 物质的量分数物质的量分数 （简称摩尔分数）（简称摩尔分数） 定义：某组分的物质的量与溶液的总物质的量定义：某组分的物质的量与溶液的总物质的量之比称为物质的量分数，符号，之比称为物质的量分数，符号，量纲为量

13、纲为1。【例例】：将：将10克克NaOH溶于溶于90克水中，求此溶克水中，求此溶液的物质的量分数浓度。液的物质的量分数浓度。 nB XB = nB + nA 解：解： n（NaOH） =10/40 = 0.25 (mol) n（H2O） = 90/18 = 5(mol) X(NaOH) = 0.25 /(0.25+5) = 0.048 nB：溶质的物质的量：溶质的物质的量nA：溶剂的物质的量：溶剂的物质的量iinxn*41【例例】：在：在100ml水中溶解水中溶解17.1g蔗糖蔗糖(C12H22O11),溶液的密度为溶液的密度为1.0638g/ml，求蔗糖的物质的量浓，求蔗糖的物质的量浓度，质

14、量摩尔浓度，物质的量分数浓度。度，质量摩尔浓度，物质的量分数浓度。解：解：(1)M蔗糖蔗糖342(g/mol) n蔗糖蔗糖=17.1/342=0.05(mol) V = (100+17.1)/1.0638 = 110.0 (ml)=0.11(L) （1） c(蔗糖蔗糖) = 0.05/0.11 = 0.454 (mol/L) （2） b(蔗糖蔗糖) = 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg) （3） n水水 100/18.02 = 5.55 (mol) X(蔗糖蔗糖) = 0.05/(0.05+5.55) = 0.0089*421.3 稀溶液的依数性稀溶液的依数性*43与溶质本性有关，

15、如酸碱性、导电性、颜色等。与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。 依数性依数性：只与溶质只与溶质粒子的数目粒子的数目有关而与溶有关而与溶质本性无关的性质称为质本性无关的性质称为溶液的依数性溶液的依数性，又叫，又叫溶液溶液的通性。的通性。 依数性是指：依数性是指：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升溶液的沸点上升溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压溶液具有渗透压粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。 溶液的性质溶液的性质*44初始：初始： V蒸发蒸发 V凝聚凝聚平

16、衡：平衡： V蒸发蒸发 = V凝聚凝聚纯水的蒸气压示意图纯水的蒸气压示意图气液两相平衡 1.3.1溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 蒸发蒸发 H2O(l) H2O(g) 凝聚凝聚 *45饱和蒸气压饱和蒸气压：在在一定的温度一定的温度下，当蒸发的速度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态动态平衡平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和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。用符号蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示表示 对同一溶剂蒸气压越大，其能量越高。能对同一溶剂蒸气压越大，其能量越高。能 量高的状态会自动变化为能量低的状态量

17、高的状态会自动变化为能量低的状态H2O（100，101kPa） H2O（25，3.17kPa)冰（冰（0，0.6105kPa） 水（水（-4， 0.4373 kPa)*46 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，达平衡时，p溶液溶液总是小于同总是小于同 T T 下的下的p纯溶剂纯溶剂 ，即溶液的蒸气压下降。即溶液的蒸气压下降。*47*48p=p纯纯p液液蒸汽压下降的原因：蒸汽压下降的原因：纯溶剂纯溶剂正常正常溶液溶液少少*49 拉乌尔定律：拉乌尔定律：在在一定一定的温度下，的温度下，难难挥发的挥发的非非电电解质解质稀稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘溶液的

18、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。该溶剂在溶液中的摩尔分数。 p ：溶液的蒸气压：溶液的蒸气压 p*：纯溶剂的蒸气压：纯溶剂的蒸气压nA ：溶剂的物质的量：溶剂的物质的量 nB ：溶质的物质的量：溶质的物质的量 nA p= p* nA + nBp液液 nB nA + nB nA*51 nB p p * nA nAmA/MA nB nB p p * p * MA nA mA nB p p * MA Kb(B ) mA式中，式中，MA ： kg/mol mA： kg*52 K蒸蒸 =p* MA p = K蒸蒸 b(B) 拉乌尔定律的拉乌尔定律的另一种表述。另一种表述。 K蒸蒸与

19、溶剂、与溶剂、T有关的常数有关的常数同一温度，溶剂不同，其同一温度，溶剂不同，其K蒸蒸不同；不同；同一溶剂，温度不同，其同一溶剂，温度不同，其K蒸蒸也不同也不同溶剂溶剂温度温度/K p*/kpaMakg/molK(kPakg/mol)H2O2983.170.0180.057H2O2932.330.0180.042C6H629913.30.0781.04*53【例例】若某溶液的溶剂水为若某溶液的溶剂水为30mol，溶质蔗糖，溶质蔗糖是是0.054mol，则其质量摩尔浓度，则其质量摩尔浓度b(B)是多少？是多少？30 0.0541000/18.01 b(B)30 18.01 0.0541000 b

20、(B)0.054()( )30()1000 18.01BAnb Bn0.054( )30 18.011000b B10.054 100018.010.054 55.52( )0.103030b Bmol kg*54代入代入: p = K蒸蒸b(B) 0.11 = 0.0571131000/(MB87) MB = 77.56 (g/mol)【例例】 在在25时时,w=13%的某难挥发的非电解的某难挥发的非电解质水溶液的蒸气压质水溶液的蒸气压p=3.06kpa,已知同温度下水的已知同温度下水的蒸气压蒸气压p*= 3.17kpa ，计算溶质的摩尔质量。，计算溶质的摩尔质量。解解: K蒸蒸 = 3.1

21、70.018 = 0.0571 131000()(/)87Bb Bkgm olMp = 3.17- 3.06 = 0.11（kPa）*551.3.2 溶液的沸点上升溶液的沸点上升 沸点沸点:溶液的蒸气压（溶液的蒸气压（p溶液溶液）与外压（）与外压（p外压外压）相等时的温度称为该溶液的沸点。相等时的温度称为该溶液的沸点。 纯水：纯水：p外外 = 101.3kPa，t纯水纯水 = 100. 实验证明实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。溶剂的沸点。原因：溶液的蒸气压下降。见下图原因：溶液的蒸气压下降。见下图*56根本原因：根本原因：蒸汽压下降蒸汽压下降

22、p p溶液溶液pp纯溶剂纯溶剂, ,溶液的沸点上升示意图溶液的沸点上升示意图Tb*T b溶溶剂剂溶溶液液温度温度 p po okpa 蒸蒸 气气 压压pTbB101.3kpa101.3kpaAB*57 Tb- Tb* = Tb = Kbb(B)Kb 为沸点上升常数，与溶剂的本性有关，为沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。 见见p7 表表1-2根据拉乌尔定律，根据拉乌尔定律，p与与b(B)成正比，而成正比，而Tb 与与 p成正比，成正比， Tb亦应与亦应与 b(B)成正比，成正比，p越大，越大，Tb也越大。也越大。*5829.8250.25.03349.7四氯

23、化碳四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸乙酸CH3COOH5.12278.52.53353.15 苯苯1.86273.150.512373.15水水H2OKfTfKb沸点沸点/K溶剂溶剂*59【例例】：将：将12.0g尿素尿素CO(NH2)2和和34.2g蔗糖蔗糖（C12H22O11)分别溶于分别溶于2000g水中水中,计算此两种溶液计算此两种溶液的沸点的沸点(Kb=0.52Kkgmol-1）解解：M尿素尿素 = 60 gmol-1 b(B) = 12.0/(602000) 1000 = 0.1molkg-1 Tb尿尿 = 0.52 0.1 = 0.052 (K) Tb尿尿

24、 = 373.15 + 0.052 373.2 (K)*60 同理，蔗糖的同理，蔗糖的M = 342 gmol-1 b(蔗糖蔗糖) = 34.2/(3422000) 1000 = 0.05molkg-1 Tb蔗蔗 = 0.52 0.05 = 0.026(K) Tb蔗蔗 = 373.15 + 0.026 373.18 (K)【例例】：若将：若将12.0g尿素尿素CO(NH2)2和和34.2g蔗糖蔗糖 （C12H22O11)都加于都加于2000g水中水中,计算此溶液的沸点计算此溶液的沸点 (Kb=0.52Kkgmol-1） Tb=0.52 (0.1+0.05)=Tb尿尿+Tb蔗蔗=0.078K结论

25、：依数性存在加和性结论：依数性存在加和性*61 凝固点凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）液的凝固点。（固液两相平衡时的温度） Tf = Kf b(B) = Tf* - Tf1.3.3 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降溶液的凝固点溶液的凝固点T Tf f总是低于纯溶剂的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点T Tf f* 。同理，根据拉乌尔定律，可得同理，根据拉乌尔定律，可得原因：溶液的蒸气压下降。见下表和图原因：溶液的蒸气压下降。见下表和图温度温度/p*/kPa温

26、度温度/p*/kPa00.6105-100.2600-20.5173-120.2176-40.4373-140.1814-80.3101-150.1654*62*63B溶液溶液纯水纯水AABCT Tf fp p p (kPa) (kPa) p p 0.61050.6105 T Tf f T Tf f* *(273K) 373K T(273K) 373K T溶剂的凝固点下降示意图溶剂的凝固点下降示意图*64凝固点时：凝固点时： p pl l = p = ps s 否则蒸汽压较大的一相就会消失，不能保持否则蒸汽压较大的一相就会消失，不能保持固液两相平衡共存的状态。固液两相平衡共存的状态。冰冰水水p冰冰 V V糖水糖水扩散方向：纯水扩散方向：纯水 糖水糖水半透膜半透膜液面上升液面上升液面下降液面下降纯水纯水糖水糖水*68渗透渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。过程称为渗透。当当v纯水纯水 = = v糖水糖水渗透停止。渗透停止。糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水溶液的溶液的渗透压渗透压。渗透压渗透压：在一定的