普通化学第一章 气体、溶液和胶体

1、1 1 气体、溶液和胶体气体、溶液和胶体 (Gas 、Solution and Colloidal Solution) 1.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程（Equation of State of Ideal Gas）pV = nRTR = 8.3145 Pa m3 mol-1 K-1 = 8.3145 J mol-1 K-1R: 摩尔气体常数摩尔气体常数1 mol气体，气体，0, 1 atm时的体积时的体积22.4 L1.1 气体（气体（Gas）气体状态参数：气体状态参数： 温度温度 T, 压力压力 p, 体积体积 VExercise 1.1: 已知某碳氢化合物，已知某碳氢化合物，

2、100, 101.325 kPa压力下压力下, = 2.55 gL-1，C: H= 1:1,求：该化合物的分子式。求：该化合物的分子式。解：根据理想气体状态方程解：根据理想气体状态方程M = 2.55 gL-18.315kPaLmol-1K-1373.15 K/101.325 kPa = 78.09 g/mol = pM/RTM = RT/p设该化合物的分子式设该化合物的分子式(CH)x, 则则(12.0 g/mol + 1.01 g/mol)x = 78.09因此，此化合物的分子式为因此，此化合物的分子式为C6H6. .解得解得 x = 6Exercise1.2:淡蓝色氧气钢瓶一个，淡蓝色氧

3、气钢瓶一个，V= 50 dm3, 室温室温 20，当它，当它的压力为的压力为1.5 MPa时，估算钢瓶中所剩氧气的质量。时，估算钢瓶中所剩氧气的质量。1.1.2 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律（Law of partial Pressure) )pB = nBRT/VP总总nAnBnA+nB对于双组分体系，对于双组分体系，T，V一定时一定时pA = nART/Vp总总 = pA+ pB分压力（分压力（1807-J. Dalton)pApBp 总总= (nA+nB)RT/V对于多组分体系对于多组分体系pi = niRT/V 在温度和体积恒定时，混和气体的总压力等在温度和体积恒定时，

4、混和气体的总压力等于各组分气体分压力之和，某组分气体的分压力于各组分气体分压力之和，某组分气体的分压力等于该气体单独占有总体积时所表现的压力。等于该气体单独占有总体积时所表现的压力。 iippppp321道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律p = pi = niRT/V = nRT/VExample 1.1: 在在25, p = 99.43 kPa压力下压力下, 利用利用排水集气法收集氢气排水集气法收集氢气0.4000 L。 计算在同样温度、计算在同样温度、压力下压力下, 得到的干燥氢气的体积及其物质的量。得到的干燥氢气的体积及其物质的量。 已知已知25时时H2O的饱和蒸气压为的饱和蒸

5、气压为3.17 kPa。则则 干燥前，干燥前，H2的分压力，的分压力， p(H2) = p总总-p(H2O) = (99.43-3.17) kPa = 96.26 kPa， V = 0.4 L; 得：得：V = pV/p = 96.26 kPa 0.4 L/ 99.43 kPa = 0.387 Ln (H2)=pV/RT = 96.26 kPa 0.4 L/8.315 kPa L mol-1 K-1 /(25+273.15)K = 1.55 10-2 mol 干燥后，干燥后， p(H2) = 99.43 kPa,由由 pV = p V解：已知解：已知 p总总 = p外压外压99.43 kPa,

6、 V = 0.4 L，T = (25+273.15) K,分体积定律分体积定律（1880-E.H. Amage)p, T 一定时一定时nAnBp, VAp, VBp, V总总nA + nB 在恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分在恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分产生与混合气体相同的压力时所占据的体积。产生与混合气体相同的压力时所占据的体积。VA = nART/pVB = nBRT/pV总总= VA+ VB选学选学V总总= (nA+nB)RT/p1.1.3 实际气体（实际气体（Real Gas）实际气体的状态方程实际气体的状态方程nRTnbVVanp22a, b为校正系数，不同的气体数值不同

7、。为校正系数，不同的气体数值不同。1.2 分散系（分散系（Dispersed System） 1.2.1 1.2.1 基本概念基本概念体系（系统）：体系（系统）： 环境：环境：单相系统单相系统多相系统多相系统H2OH2OOil 相相1.2.2 分散体系分散体系 分散质分散质 分散剂分散剂分散体系分散体系分散体系的种类？分散体系的种类？粗分散系粗分散系胶体胶体分子离子分散系分子离子分散系d 100 nmd = 1-100 nmd 1nm不稳定不稳定溶胶溶胶 高分子高分子 稳定稳定相对稳定相对稳定 稳定稳定多相多相多相多相 单相单相单相单相不能透过紧密滤不能透过紧密滤纸纸可透过滤纸，不可透过滤纸，

8、不能透过半透膜能透过半透膜可透过半透膜可透过半透膜1.2.3 液态分散体系分类液态分散体系分类(Classify)溶液：溶液：气态溶液气态溶液固态溶液固态溶液液态溶液液态溶液1.3 1.3 溶液的浓度溶液的浓度（Concentration of Solution）1.3.1 质量分数质量分数(mass fraction)BBmwm总Bw：SI单位为单位为1B(B)1w对于多组分体系：对于多组分体系：1.3.2 摩尔分数（摩尔分数（mole fraction ）总nnxBBB(B)1x对于多组分体系：对于多组分体系：1.3.3 物质的量浓度物质的量浓度 (Amount of Substance

9、Concentration)特点：特点：方便，最常用方便，最常用；VncBB注注:1.在使用在使用 “mol”时，要指明物质的基本单元。时，要指明物质的基本单元。 2. 指明温度。指明温度。SI单位：单位：mol m-3, Example 1.2: c(KMnO4) = 0.1 molL-1， M KMnO4 = 158 g/mol, 相当于相当于1 L 溶液中含溶液中含 g KMnO4。 c(1/5KMnO4) = 0.1 molL-1，基本单元是，基本单元是1/5 KMnO4, 摩尔质量是摩尔质量是31.6 g/mol, 相当于相当于1 L 溶液中含溶液中含 g KMnO4。 15.83.

10、16已知已知MH2SO4 = 98g/mol,则则1L c(H2SO4) = 0.1 mol/L, c( H2SO4) = 0.1 mol/L溶液中分别含溶液中分别含H2SO4的质的质量是多少？量是多少？ 已知已知1 L水溶液中含水溶液中含H2SO4 98g,则则c(H2SO4) ，c(2H2SO4) c( H2SO4)。 1212Exercise1.31.3.4 质量摩尔浓度质量摩尔浓度（molality)特点：特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。ABBmnb SI单位是单位是 mol/kg1.3.5 质量浓度质量浓度BBmV注注: :区分质量浓

11、度和密度区分质量浓度和密度SI单位：单位：kgm-3a. 物质的量浓度物质的量浓度c与质量分数与质量分数间的换算间的换算 已知混合溶液的密度为已知混合溶液的密度为和质量分数和质量分数B cB = nB/V = mB/MB/V = mB/MB/m = B /MB1.3.6 溶液浓度之间的换算溶液浓度之间的换算Example1.3 : (H2SO4) = 98.0%的浓硫酸，的浓硫酸， = 1.84 g/mL, 求求c(H2SO4), c(1/2H2SO4)解：解： 由由 cB = B /MB c(H2SO4) = 0.981.84103 gL-1/98.0 gmol-1 = 18.4 molL-

12、1 c(1/2H2SO4) = 0.981.84103gL-1/49.0 gmol-1 = 36.8 molL-1b. 物质的量浓度与质量摩尔浓度的换算物质的量浓度与质量摩尔浓度的换算 已知已知, m总总 = m总总/V, cB = nB/V, bB = nB/mAcB = nB/V = nB/m总总若是两组分体系，若是两组分体系，B的量很少的量很少， m总总 mAcB = nB/m总总 nB/mA = bB稀溶液稀溶液 ：cB/ molL-1 bB/ molkg-11.4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 (Cilligative Propeties of DiluteNonel

13、ectrolyte Solution)导电性、酸碱性，氧化还原性导电性、酸碱性，氧化还原性（蒸气压、凝固点、沸点）的变化、渗透压（蒸气压、凝固点、沸点）的变化、渗透压与物质的本性有关与物质的本性有关与溶质的数量有关与溶质的数量有关1.4.1 溶液的蒸气压（溶液的蒸气压（Vapor Pressure）(1)液体的饱和蒸气压液体的饱和蒸气压（Saturated Vapor Pressure) H2O(l)H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚 T 一定，平衡状态时的压力，用一定，平衡状态时的压力，用 p0表示。表示。(2) (2) 影响饱和蒸气压的因素有那些影响饱和蒸气压的因素有那些? ?B 与物质的本性有

14、关；与物质的本性有关； 同一温度下同一温度下, 易挥发液体蒸气压大；易挥发液体蒸气压大；乙醚乙醚乙醇乙醇水水pTA 同一液体同一液体, 温度越高温度越高, 蒸气压越大；蒸气压越大；C 液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。水水为什么水有时表现为蒸发为什么水有时表现为蒸发,有时表现为凝聚有时表现为凝聚? 对于任意状态下液体的蒸气压对于任意状态下液体的蒸气压 p ,饱和状态为最终状态饱和状态为最终状态p p0, 气体凝聚（由过饱和状态到饱和状态）气体凝聚（由过饱和状态到饱和状态）(3) (3) 溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压丙

15、酮丙酮丙酮溶液丙酮溶液压力计压力计解释实验现象解释实验现象水糖水糖水水糖水糖水 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘分数的乘 积。积。 p = pA0 xA 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值降值p与溶质的摩尔分数成正比与溶质的摩尔分数成正比 p = pA0 xB适用范围适用范围: : 非电解质非电解质, ,难挥发难挥发, ,稀溶液稀溶液(4) 拉乌尔定律（拉乌尔定律（F. M. Raoult）Example 1.

16、4 20时水的蒸气压为时水的蒸气压为2.33 kPa, 将将17.1 g 蔗糖蔗糖(C12H22O11) 与与3.00g 尿素尿素CO(NH2)2分别溶于分别溶于100 g 水中水中.计算这两种溶液的蒸气压各是多少计算这两种溶液的蒸气压各是多少?解解: 蔗糖的摩尔质量为蔗糖的摩尔质量为342 gmol-1 , 尿素的摩尔质量为尿素的摩尔质量为60.0 gmol-1 ,n蔗糖蔗糖 = 17.1 g/342 gmol-1 = 0.05 moln尿素尿素 = 3.00g/60.0 gmol-1 = 0.05 moln水水 = 100g/18gmol-1= 5.55 molx水水= 5.55mol/(

17、5.55+0.05)mol = 0.991 p = p*x水水 = 2.33kPa0.991 = 2.31 kPa 定性解释定性解释: 浓溶液浓溶液 电解质溶液电解质溶液 挥发性溶质溶液挥发性溶质溶液半定量计算：半定量计算：0.1 mol/L的蔗糖溶液；的蔗糖溶液； 0.1 mol/L的的NaCl溶液；溶液； 0.1 mol/L的的CaCl2溶液。溶液。估计下列溶液依数性大小：估计下列溶液依数性大小：l 极性相近的两挥发性非电解质溶液极性相近的两挥发性非电解质溶液 服从拉乌尔定律。服从拉乌尔定律。p(A) = p0(A) xAp(B) = p0(B) xBp总总= p(A) + p(B) =

18、p0(A) xA+ p0(B) xB 由摩尔分数分别为由摩尔分数分别为0.33 和和 0.67 的苯和甲苯组的苯和甲苯组成的混合溶液成的混合溶液, 在在20时时, 各物质的分压及气体的各物质的分压及气体的摩尔组成是多少摩尔组成是多少?已知已知20时时, 苯的饱和蒸气压为苯的饱和蒸气压为10 kPa,甲苯的饱和蒸气压为甲苯的饱和蒸气压为2.9 kPa。p(C6H6) = p0(C6H6)0.33 = 100.33kPa = 3.3kPap(C6H5CH3) = p0(C6H5CH3) 0.67 = 2.9 0.67kPa = 1.9 kPaExercise 1.41.4解：解：p总总 = 3.3

19、kPa +1.9 kPa = 5.2 kPax (C6H6,g) = p(C6H6)/p总总 = 3.3/5.2 = 0.63x (C6H5CH3,g) = p(C6H5CH3)/p总总 = 1.9/5.2 = 0.371.4.2 溶液的沸点（溶液的沸点（Boiling Point）a a 液体的沸点液体的沸点 当液体蒸气压力等于外界的压力时，当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。 当外压为当外压为101.3 k Pa时，液体的沸点为时，液体的沸点为正常沸点（正常沸点（normal boiling point）b b 影响沸

20、点高低的因素影响沸点高低的因素u 与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发 的液体沸点低；的液体沸点低；u 对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大， 沸点越高；沸点越高；u 外压一定时，纯净物具有固定的沸点。外压一定时，纯净物具有固定的沸点。c c 溶液的沸点升高（相同压力下）溶液的沸点升高（相同压力下）Tp /kPaTbTb0TfTf0水的蒸气压曲线水的蒸气压曲线冰的蒸气冰的蒸气压曲线压曲线水溶液的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线101.325 kPa 溶液的沸点升高值与溶液中溶质的溶液的沸点升高

21、值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。质量摩尔浓度成正比。Tb = kbbB kb:溶剂沸点升高常数溶剂沸点升高常数,只与溶剂有关只与溶剂有关,与溶质无关与溶质无关, 单位是单位是Kkgmol-1。a 液体的凝固点液体的凝固点 在一定外压下，物质的固相与其液相达成平在一定外压下，物质的固相与其液相达成平 衡时的温度。衡时的温度。正常凝固点正常凝固点: 101 kPa下纯液体和其固相平衡时的温度。下纯液体和其固相平衡时的温度。H2O(l)H2O(S)1.4.3 溶液的凝固点溶液的凝固点(Freezing point）Tp /kPaTbTb0TfTf0水的蒸气压曲线水的蒸气压曲线冰的蒸气冰的蒸气压曲

22、线压曲线水溶液的蒸气压曲线水溶液的蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线AABB101.325b 溶液的凝固点下降：溶液的凝固点下降： Tf = kfbBkf: 摩尔凝固点降低常数摩尔凝固点降低常数, 与溶剂有关与溶剂有关, 与溶质无关与溶质无关, 单位单位 Kkgmol-1。Tf = kfbB= kfnB/mA = kf mB/MBmA测定溶质的摩尔质量测定溶质的摩尔质量想一想？想一想？1. 溶液的沸点和凝固点是否具有一定的值，还是溶液的沸点和凝固点是否具有一定的值，还是 一直在变？一直在变？2. 怎样利用上面的性质来检验物质的纯度？怎样利用上面的性质来检验物质的纯度？l植物的抗旱抗寒的道理；植物的

23、抗旱抗寒的道理；l为什么海水比河水较难结冰？为什么海水比河水较难结冰？l融雪剂使积雪融化的原理是什么？融雪剂使积雪融化的原理是什么？应应 用用1.4.4 渗透压（渗透压（osmotic pressure）a 开始开始b 水分子向糖溶水分子向糖溶液渗透液渗透c 施加最小外压防止施加最小外压防止渗透发生渗透发生理理 解解 渗透方向渗透方向大大等渗溶液等渗溶液 渗透能力相同的溶液渗透能力相同的溶液 反渗透作用反渗透作用小小溶液溶液浓溶液浓溶液溶剂溶剂稀溶液稀溶液渗透压的定量计算渗透压的定量计算 = cBRT：kPa cB = molL-1 R = 8.314 kPaLmol-1K-1解释下列现象：解

24、释下列现象：1.1.施肥过多会引起作物凋萎；施肥过多会引起作物凋萎；2. 2. 海水中生活的鱼类不能在淡水中生存，反海水中生活的鱼类不能在淡水中生存，反之亦然；之亦然；3. 3. 海水中提取盐（两种方法）；海水中提取盐（两种方法）；依数性使用范围依数性使用范围: : 难挥发、非电解质、稀溶液难挥发、非电解质、稀溶液 对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液液, ,这些现象同样存在这些现象同样存在, ,不再符合依数性的定不再符合依数性的定量规律量规律. .1.4.5 应用应用p = pA0 xBTb = kbbBTf = kfbB = cBRTa 测定分子摩尔质量测

25、定分子摩尔质量低分子量低分子量- 沸点升高沸点升高, 凝固点降低凝固点降低 高分子量高分子量-渗透压渗透压b “反渗透技术反渗透技术”应用应用Example 1.5 将将2.67 g 萘溶于萘溶于100 g苯中，测苯中，测得沸点升高了得沸点升高了0.531 K (纯苯的沸点为纯苯的沸点为80.2 )，求萘的摩尔质量。，求萘的摩尔质量。（苯的（苯的kb = 2.55 Kkgmol-1）解：由解：由Tb = kbbB 得得0.531K = 2.55 Kkgmol-12.67 g/M/1001000kg-1M = 128.2 gmol-1Example 1.6：有一种蛋白质，估计它的摩尔：有一种蛋白

26、质，估计它的摩尔质量在质量在12000 gmol-1,试问用哪一种依数性来试问用哪一种依数性来测定摩尔质量较好？测定摩尔质量较好？解：设取解：设取1 g样品溶于样品溶于100 g水中，已知，水的水中，已知，水的Kb为为0.51Kkgmol-1,Kf 为为1.86 Kkgmol-1,那么那么Tb = KbbB = 0.51KKgmol-11 g/12000 gmol-1/100 g1000gKg-1 = 4.310-4 KTf = KbbB =1.86 KKgmol-11 g/12000 gmol-1/100 g1000 gKg-1 = 1.610-3K = cBRT = n/VRT,因为溶液很

27、稀，设它的密度和水相同因为溶液很稀，设它的密度和水相同1.0 g/ml,因此因此n/V = 1.00 g/12000 gmol-1/100 g1000 g/L = 8.310-4 mol/L = 8.310-4 mol/L8.31 kPaLmol-1K-293K = 2.02 kPa 由以上数据得出结论：由以上数据得出结论：Tb,Tf值太小，无法值太小，无法测定，渗透压数值较大，用渗透压法最好。测定，渗透压数值较大，用渗透压法最好。1.5 电解质溶液（电解质溶液（Electrolyte Solution）物物质质非电解质非电解质电解质电解质强电解质强电解质（完全电离）（完全电离）弱电解质弱电解

28、质（不完全电离）（不完全电离）实际离子浓度小于理论值？实际离子浓度小于理论值？1.5.1 1.5.1 离子氛模型离子氛模型德拜休克尔理论德拜休克尔理论1.5.2 活度（活度（Activity） 电解质溶液中实际发挥作用的浓度，也叫做电解质溶液中实际发挥作用的浓度，也叫做有效浓度：有效浓度：B =Bc0B: 活度系数（活度系数（Activity Coefficient），与溶液离子间相互作用有关。），与溶液离子间相互作用有关。l离子浓度越大，离子电荷越高，离子间的离子浓度越大，离子电荷越高，离子间的 相互作用越强，相互作用越强， 值越小；值越小；l溶液无限稀时，溶液无限稀时， 值等于值等于1。1

29、.5.3 1.5.3 离子强度（离子强度（ionic strengthionic strength）iiizI2c21IIzz1509. 0lg21Izz21509. 0lg通常：通常：a.a.电解质浓度很小，忽略离子间的作用，用浓电解质浓度很小，忽略离子间的作用，用浓 度代替活度进行计算；度代替活度进行计算；b.b.在实际测量过程中，通常加入离子强度调节在实际测量过程中，通常加入离子强度调节 剂，保持溶液中离子强度的稳定。剂，保持溶液中离子强度的稳定。1.6 1.6 胶胶 体体1.6.1 溶胶的性质（自学）溶胶的性质（自学）1. 光学性质光学性质 2. 动力学性质动力学性质3. 电学性质电学性质1. 溶胶的光学性质溶胶的光学性质丁达尔现象丁达尔现象光源光源聚光镜聚光镜溶胶溶胶产生原因：光的散射作用产生原因：光的散射作用可见光波长：可见光波长：400-760 nm溶胶分散质直径：溶胶分散质直径：1-100 nm2. 溶胶的动力学性质溶胶的动力学