第一章 气体和溶液ppt

1、2022-5-131 1无机与分析化学无机与分析化学南京大学第四版南京大学第四版主讲人：主讲人： 谭峰亮谭峰亮 博士博士毕业院校：昆明理工大学毕业院校：昆明理工大学 钢铁研究总院钢铁研究总院研究方向：高强度低合金钢研究方向：高强度低合金钢电电 话：话：mail：2022-5-132 2第一章第一章 气体和溶液气体和溶液 1.1 气气 体体 1.2 溶溶 液液 1.3 胶胶 体体 溶溶 液液第一章第一章 气体和溶液气体和溶液2022-5-133 31.1 气 体 1.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 1.1.2 道尔顿分压定律道尔顿分压定律1.1 1.1 气

2、体气体2022-5-134 41.1.1 理想气体状态方程式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：忽略分子的大小和分子间的作用力 理想气体状态方程：理想气体状态方程：pV= nRT R：摩尔气体常数，：摩尔气体常数，8.315 Pa m3 mol-1 K-1； kPa L mol-1 K-1 ；J mol-1 K-1 实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温（高实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温（高于于273K）的情况下，可以近似地看成理想气体。）的情况下，可以近似地看成理想气体。1.1 1.1 气体气体2022-5-135 5 气体状态方程式的另一些形式气体

3、状态方程式的另一些形式 mpVRTMpMRT m 质量质量(kg) ； M 摩尔质量摩尔质量(kg mol-1)； 密度（密度（kg m-3）。）。1.1 1.1 气体气体2022-5-136 6 例例1(p.2) ：一学生在实验室中，在一学生在实验室中，在73.3kPa和和25下收集得下收集得250mL某气体，在分析天平上称量，得气体净质量为某气体，在分析天平上称量，得气体净质量为0.118g，求气体的相对分子质量。，求气体的相对分子质量。 解：解：333110.118 108.315(25273)73.3250 1016.0 1016.0mpVRTMmRTMpVkg molMg mol相对

4、分子质量为相对分子质量为16.01.1 1.1 气体气体2022-5-137 7 例例2：在在1000和和97kPa压力下，硫蒸气的密度是压力下，硫蒸气的密度是0.5977g L-1。试求：（。试求：（1）硫蒸气的摩尔质量，（）硫蒸气的摩尔质量，（2）硫蒸气的化学式。硫蒸气的化学式。 解解: ( 1 )pMRT113333mol2g.65molkg102 .651097)1000273(315. 810105977. 0pRTM03.232.072 .65)2(硫蒸气的化学式为硫蒸气的化学式为S21.1 1.1 气体气体2022-5-138 8 两大特征：两大特征：扩散性和可压缩性。扩散性和可

5、压缩性。由于在通常条件下，由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的作用力很小，任何气气体分子间的距离大，分子间的作用力很小，任何气体都可以均匀充满它所占据的容器。体都可以均匀充满它所占据的容器。 如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。 分压力：分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单在相同温度下，混合气体中某组分气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力。独占有混合气体的容积时所产生的压力。1.1.2 道尔顿分压定律道尔顿分压定律1.1 1.1

6、气体气体pi V = ni RT2022-5-139 9二二.分压定律分压定律A、B混合气体，混合气体，在在T不变时，且当不变时，且当VA=VB=V总总时时：总VRTnVRTnpAAAA?VRTnVRTnpBBBB总总总总总PVRTnVRTnnpppBABA)(PA：指：指A组分气体在与混合气体组分气体在与混合气体相同温度下，相同温度下，单独占单独占有混合气体有混合气体相同体积相同体积时产生的压力。时产生的压力。2022-5-131010混合气体总压力混合气体总压力=各组分气体分压力之和各组分气体分压力之和?nnppiixnni?总pxpiiiPppp.21总2022-5-131111 例例3

7、（p.3)：在在17 ，99.3kPa的气压下，用排水集气法的气压下，用排水集气法收集氮气收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。积。 解：解：在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压力在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压力和气体压力之和。和气体压力之和。 查表查表1-1，17 时饱和水蒸气压力为时饱和水蒸气压力为1.93kPa22211124.97)93.13.99()(TVpTVpkPakPaNPmLTpTVpV136)27317(3 .1012731504 .971221121.1 1.1 气体气体2022-5-131212 例例

8、4（p.4)： 在在25 下，将下，将0.100mol的的O2和和 0.350molH2装入装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。 解：解：反应前反应前:kPaVRTnOpO6 .8200. 3298315. 8100. 0)(221.1 1.1 气体气体kPaVRTnHpH28900. 3298315. 8350. 0)(22kPap3722896 .822022-5-131313 2H2 + O2 = 2H2O 通电时通电时0.100m

9、ol O2只与只与0.200molH2反应生成反应生成0.200mol H2O。液态水所占体积与容器体积相比可忽略不计，但。液态水所占体积与容器体积相比可忽略不计，但因此产生的饱和水蒸气却必须考虑。因此，反应后：因此产生的饱和水蒸气却必须考虑。因此，反应后：kPapkPaOHpkPaHp17.12717.31241117.3)(12400.3298315.8150.0)(22查得）（由表1.1 1.1 气体气体2022-5-131414 例例5：25时，初始压力相同的时，初始压力相同的5.0L氮和氮和15.0L氧压缩到氧压缩到体积为体积为10.0L的真空容器中，混合气体总压力是的真空容器中，混

10、合气体总压力是150kPa，试求（试求（1）两种气体的初始压力，（）两种气体的初始压力，（2）混合气体中氮和）混合气体中氮和氧的分压，（氧的分压，（3）如果把温度升到）如果把温度升到210 ，容器的总压力。，容器的总压力。 解：解：605mol. 025)273(315. 80 .10150RTpVn) 1 (总310 .150 .5nnVV2222ONON混合前：1.1 1.1 气体气体2022-5-13151575kPa5.0298315. 8151. 0VRTnp222NNN混合前：0.454moln43n0.151moln41n22ON总总所以：1.1 1.1 气体气体2022-5-1

11、31616 ( 3 ) 243kPa0 .10483315. 8605. 0VTnRp483K273210T112.5kPa15043p43p37.5kPa15041p41p 41nnpp)2(2222ONNN总总总总混合气体中：1.1 1.1 气体气体2022-5-1317171.2 溶液溶液 体系体系：所要研究的对象。：所要研究的对象。 环境环境：体系周围与体系有密切关系的部分。：体系周围与体系有密切关系的部分。 相：体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀相：体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀部分。部分。1.1 1.1 溶液溶液一、基本概念一、基本概念2022-5-131818

12、分散质分散介质分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。所形成的体系。 分散质（相）：被分散的物质。分散质（相）：被分散的物质。 分散剂（介质）：容纳分散质的物质分散剂（介质）：容纳分散质的物质2022-5-131919二、分散体系的分类二、分散体系的分类类别类别性质性质直径直径d举例举例分子离分子离子分散子分散系系粒子扩散速度快、能透过滤纸及粒子扩散速度快、能透过滤纸及半透膜，普通显微镜及超显微镜半透膜，普通显微镜及超显微镜都不能看见。都不能看见。 100nm悬浊液、悬浊液、乳浊液乳浊液2022-5-132020溶液的蒸气压下降溶液的蒸

13、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。1.2.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性(通性通性)定义：只与定义：只与溶质粒子的数目溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。依数性依数性2022-5-132121 一、一、溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 纯水的蒸气压示意图纯水的蒸气压示意图蒸发蒸发 H2O(l) H2O(g) 凝聚凝聚 气液两相平衡气液两相平衡 2022-5-1322221）饱和蒸气压）饱和蒸气压 在一定的温度下，当

14、蒸发的速度等于凝聚的速度，在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为液态水与它的蒸气处于动态平衡，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。用符号水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示。表示。 2）蒸气压下降）蒸气压下降 在纯溶剂中加入难挥发的在纯溶剂中加入难挥发的 物质以后，达平衡时，物质以后，达平衡时，p溶液溶液 总是小于同总是小于同 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。 2022-5-132323蒸汽压下降的原因蒸汽压下降的原因 纯溶剂纯溶剂 正正常常 溶液溶液 少少 2022

15、-5-132424 )()(1)()()()(AxBppBxAxBxBpp二、拉乌尔（拉乌尔（Raoult）定律）定律 在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压，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。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：溶液的蒸气压 P(B) ：纯溶剂的蒸气压：纯溶剂的蒸气压 XA ：溶质在溶液中的摩尔分数：溶质在溶液中的摩尔分数2022-5-132525 在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔质量浓度下降与溶质的摩尔质量浓度b(

16、B)成正比。成正比。)()(b5 .55)(kg1*0BbKBApnnpBABABAAnnnnnAxAxBpp)()()(2022-5-132626难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。 TbKb b(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。三、溶液的沸点上升三、溶液的沸点上升-1b( )mol KgB 溶质物质的量（）溶剂的质量原因：溶液的蒸气压下降。原因：溶液的蒸气压下降。解释解释:高山上饭煮不熟。高山上饭煮不熟。注：注：2022-5-132727 溶液的沸点上升示意图溶液的沸点上升示意图Tb* T b

17、溶溶剂剂 溶溶液液温度温度 p p kpa 蒸蒸 气气 压压pTb B101.3kpa101.3kpa AB 2022-5-132828溶液的凝固点溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点Tf* 。0fffTTT)(b BKTff四、溶液的凝固点下降四、溶液的凝固点下降凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同凝固点：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，称为该溶液的凝固点。（固液两相的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）。平衡时的温度）。Kf 为凝固点下降常数为凝固点下降常数凝固点下降凝固点下降解释解释: 海水不易结冰海水

18、不易结冰2022-5-132929 B溶液溶液 纯水纯水A A B C T Tf f p p p (kPa (kPa) ) p p 0.61050.6105 T Tf f T Tf f* *(273K) 373K(273K) 373K T T溶剂的凝固点下降示意图溶剂的凝固点下降示意图 凝固点下降凝固点下降原因：原因：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降2022-5-133030 五、溶液的渗透压 扩散方向：纯水扩散方向：纯水 糖糖水水 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 2022-5-133131 渗透：渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称溶剂分子通过半透膜自

19、动单向扩散的过程称 为渗透。为渗透。当当 v纯水纯水 = v糖水糖水 渗透停止。渗透停止。渗透压：渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。表示。糖水溶液糖水溶液增高增高的这部分水的静压力就是的这部分水的静压力就是糖水溶液的渗透压糖水溶液的渗透压。V = n(B)RT ； = c(B)RT b(B)RT （溶液很稀时，（溶液很稀时， c(B) b(B) ）c(B) 物质的量浓度物质的量浓度2022-5-133232例题例题取取0.817g苯丙氨酸，溶于苯丙氨酸，溶于50.

20、0g水中，测得凝固点为水中，测得凝固点为-0.184，求苯丙氨酸的摩尔质量。，求苯丙氨酸的摩尔质量。解：解：Tf= 0.184K=Kfb 0.184K=1.86(0.817/M)/(510-2)kg M =165g/mol产生渗透压的条件：产生渗透压的条件： （1）半透膜；）半透膜； （2）浓度差）浓度差 。 范特荷夫渗透压公式：范特荷夫渗透压公式： = cBRT 2022-5-1333331.3 胶体溶液胶体溶液 （1）分散系的分类）分散系的分类 分子离子分散系：分子离子分散系：d 1 nm 蔗糖水、食盐蔗糖水、食盐 胶体分散体系：胶体分散体系：1 nm d 100nm 悬浊液、乳浊液悬浊液

21、、乳浊液 （2）基本特征）基本特征 多相性、高分散性和热力学不稳定性多相性、高分散性和热力学不稳定性（3）制备方法）制备方法 分散法；凝聚法分散法；凝聚法 一、一、溶胶简介溶胶简介2022-5-133434 二、二、溶胶的性质溶胶的性质（1）光学性质：丁铎尔效应）光学性质：丁铎尔效应 Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图丁达尔效应示意图 光源光源凸透镜凸透镜光锥光锥现象：在垂直方向上看到现象：在垂直方向上看到发光的圆锥发光的圆锥体体原因：溶胶对光的散射原因：溶胶对光的散射2022-5-133535 现象：超显微镜下看到的无规则的运动。现象：超显微镜下看到的无规则的运动。 布朗运动布朗运动（2）动

22、力学性质（布朗运动）动力学性质（布朗运动）2022-5-133636 布朗运动产生的原因：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。子对分散质粒子的不断撞击。 液体分子对溶液体分子对溶 胶粒子的撞击胶粒子的撞击 粗分散系粗分散系2022-5-133737 电泳管示意图电泳管示意图 直流直流电电Fe(OH)3溶胶向负溶胶向负极移动极移动, As2S3溶溶胶向正极移动。胶向正极移动。（3）电学性质：电泳）电学性质：电泳现象：在外电场作用下的定向移动现象：在外电场作用下的定向移动电泳：在电场中，分散质粒子作定向

23、移动，称为电泳。电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。2022-5-133838 胶粒带电的原因：胶粒带电的原因： 吸附带电吸附带电 吸附吸附一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上的过程。的过程。 吸附剂吸附剂能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。 吸附质吸附质被聚集的物质。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。附某种离子。2022-5-133939ClCl)(FeO)OH(Fe-3xxnnxm胶胶核核电位离子电位离子 反离子反

24、离子 反离反离子子吸附层吸附层 扩散层扩散层胶胶粒粒胶胶团团三、胶团结构三、胶团结构（1）Fe(OH)3的胶团结构的胶团结构2022-5-134040 （2）Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图胶核吸附电位离子的示意图2022-5-134141 HH)(HSSAs:SAs3232xxnnxm溶胶HH)(HSiOSiOH:-332xxnnxm硅酸溶胶KK)(ClAgCl:AgClxxnnxm负溶胶（3）几种常见溶胶的胶团结构）几种常见溶胶的胶团结构注意注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。如粒子带不同的电荷。如AgClAgCl溶胶：溶胶： 202

25、2-5-134242 AgCl溶胶的制备溶胶的制备 AgNO3 + KCl = AgCl +KNO31）当当AgNO3过量时，溶过量时，溶液中有液中有Ag+、NO3- 、K+ ，分散质分散质AgCl 优先吸附优先吸附Ag+而带正电荷。而带正电荷。 Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ 分散质分散质AgCl33NONO)(AgAgCl:AgClxxnnxm正溶胶2022-5-134343 2）KCl过量时，溶液中有过量的过量时，溶液中有过量的K+、Cl-、NO3- ，溶胶，溶胶粒子优先吸附粒子优先吸

26、附Cl- 而带负电荷。而带负电荷。Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl- Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散质分散质AgCl3）若是等物质的量进行反应，若是等物质的量进行反应，则不能形成溶胶。则不能形成溶胶。 KK)(ClAgCl:AgClxxnnxm负溶胶2022-5-134444（1）溶胶的稳定性）溶胶的稳定性 热力学不稳定体系热力学不稳定体系 总趋势是稳定的总趋势是稳定的 动力学稳定体系动力学稳定体系溶胶稳定性的原因溶胶稳定性的原因 胶粒带有同种电荷，相互排斥胶粒带有同种电荷，相互排斥 。 胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。 布朗运动。布朗运动。四、溶胶的稳定性和聚沉四、溶胶的稳定性和聚沉2022-5-134545定义定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分