第章气体和溶液

1、静静的湖泊静静的湖泊浩瀚的大海浩瀚的大海注射液注射液1、溶解了哪些物质？、溶解了哪些物质？2、各物质的浓度是多少？、各物质的浓度是多少？3、具有哪些特殊性质？、具有哪些特殊性质？4、这些性质受什么因素的影响？、这些性质受什么因素的影响？5、如何从分子水平上解释这些性质？、如何从分子水平上解释这些性质？1.1 气气 体体1.1.1 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 用来描述气体状态的物理量用来描述气体状态的物理量压强压强 p 帕斯卡帕斯卡 Pa （Nm2）温度温度 T 开尔文开尔文 K体积体积 V 立方米立方米 m3物质的量物质的量 n 摩尔摩尔 mol （1） 忽略分子本身体积，忽略分子本

2、身体积，将分子看成将分子看成有质量的几何点有质量的几何点。 理想气体模型的两个假设理想气体模型的两个假设 （2） 忽略分子间作用力忽略分子间作用力。 且分子与分子之间、分子与器壁之间的且分子与分子之间、分子与器壁之间的碰撞，是完全弹性碰撞碰撞，是完全弹性碰撞 无动能损失。无动能损失。 高温低压下的实际气体接近于理想气高温低压下的实际气体接近于理想气体。体。 在高温和低压下，实际气体分子间的在高温和低压下，实际气体分子间的距离相当大，气体分子自身的体积远远小距离相当大，气体分子自身的体积远远小于气体占有的体积于气体占有的体积，此时分子间作用力极，此时分子间作用力极弱。弱。玻意耳定律玻意耳定律 当

3、当 n 和和 T 一定时，气体的一定时，气体的 V 与与 p 成反比。成反比。1V p盖盖吕萨克吕萨克定律定律 当当 n 和和 p 一定时，气体的一定时，气体的 V 与与 T 成正比。成正比。 V T V n当当 p 和和 T 一定时，气体的一定时，气体的 V 和和 n 成正比。成正比。 阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律 V nT p 综合以上三个经验公式，得综合以上三个经验公式，得实验测得，其比例系数是实验测得，其比例系数是 R， 则则 V = nRTp即即 pV = n RT 此式称为理想气体状态方程式。此式称为理想气体状态方程式。1V pV T V n nT pV R = 得得由由 pV =

4、 n RT 若压强若压强 p 的单位为的单位为 Pa 体积体积 V 的单位为的单位为 m3 温度温度 T 的单位为的单位为 K 物质的量物质的量 n 的单位为的单位为 mol 则则 R = 8.314 J mol1 K1 若压强用若压强用 Pa 体积用体积用 L 温度用温度用 K 物质的量用物质的量用 mol 为单位，则为单位，则 R = Pa L mol1 K1 8.314 103 nT pV R = 解：解：依据题意可知依据题意可知 V1 = V2 ， n1 = n2 则当温度达到则当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。以上时，烧瓶会炸裂。例例 一玻璃烧瓶可以耐压一玻璃烧瓶可以耐压

5、3.04 105 Pa ，在温度为，在温度为300 K 和压强为和压强为 1.013 105 Pa 时，使其充满气体。时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。 此时此时p1p2T1T2=即即 T2 = p2p1T13.04 105 Pa 300 K1.013 105 Pa= 900 K例例 27 和和 101 kPa下，下，1.0 dm3 某气体质某气体质量为量为 0.65 g。求它的相对分子质量。求它的相对分子质量。 由由 pV = nRT 解：解：设气体的摩尔质量为设气体的摩尔质量为 M，气体的质量为，气体的质量为 m，则该种气体的物质的量为则该种气体的物

6、质的量为 n = mM则则 M = mRTpV得得 RT pV n =即即 = RT pV M m由由 M = mRTpVM = 0.65 g 8.314 J mol 1 K 1 300 K101 103 Pa 1 103 m3= 16 g mol 1所以该气体的相对分子质量为所以该气体的相对分子质量为 16。 理想气体的体积，是指可以任凭气体理想气体的体积，是指可以任凭气体分子在其中运动，且可以无限压缩的理想分子在其中运动，且可以无限压缩的理想空间。空间。 原因是理想气体分子自身无体积。原因是理想气体分子自身无体积。 但实际气体的分子体积不能忽略。但实际气体的分子体积不能忽略。1.1.2 混

7、合气体的分压定律混合气体的分压定律 混合气体：由两种或两种以上的气体混混合气体：由两种或两种以上的气体混合在一起组成的体系。合在一起组成的体系。 组分气体：组分气体： 组成混合气体的每一种气体。组成混合气体的每一种气体。 显然，空气是混合气体，其中的显然，空气是混合气体，其中的 O2，N2，CO2 等，均为空气这种混合气体的组分气体。等，均为空气这种混合气体的组分气体。 设混合气体的物质的量为设混合气体的物质的量为 n，各组分气体，各组分气体的物质的量为的物质的量为 ni ，则，则 n = nii 组分气体组分气体 i 的的摩尔分数摩尔分数用用 xi 表示，则表示，则 xi =nin 总体积与

8、分压总体积与分压 分压分压是指是指当当组分气体组分气体 i 单独存在，且占有单独存在，且占有总体积时，其具有的压总体积时，其具有的压强强，用，用 pi 表示。表示。 总体积是指混合气体的体积，用总体积是指混合气体的体积，用 V总总表示。表示。pi V = ni RT 总压和分体积总压和分体积 分体积分体积是指当组分气体是指当组分气体 i 单独存在，且单独存在，且具有总压时，其所占有的体积，用具有总压时，其所占有的体积，用 Vi 表示表示。 总压是指混合气体所具有的压强，用总压是指混合气体所具有的压强，用 p总总 表示。表示。p总总 Vi = ni R T 组分气体组分气体 i 的分体积的分体积

9、 Vi ，与混合，与混合气体的总体积气体的总体积 V总总 之比之比 ，称为组分，称为组分气体气体 i 的的体积分数体积分数。ViV总总 道尔顿（道尔顿（Dalton） 进行了大量实验，进行了大量实验，提出了混合气体的提出了混合气体的分压定律分压定律 p总总 = pii 混合气体的总压等于各组分气体的分混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。压之和。 理想气体混合时理想气体混合时，由于分子间无相互作，由于分子间无相互作用，故碰撞器壁产生的压力，与独立存在时用，故碰撞器壁产生的压力，与独立存在时是相同的。亦即在混合气体中，组分气体是是相同的。亦即在混合气体中，组分气体是各自独立的。各自独立的。 这

10、是分压定律的实质。这是分压定律的实质。p总总V总总 = n R T pi V总总 = ni R Tp总总 Vi = ni R T（ 1 ）（ 2 ） （ 3 ） （2）/（1） 得得ninpip总总= = xi 故故 pi = p总总xi 即组分气体的分压等于总压与该即组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。组分气体的摩尔分数之积。 又（又（3）/（1） 得得p总总 Vi = ni R T p总总V总总 = n R T（ 3 ）（ 1 ） ViV总总nin= = xi 故故 pi = p总总ViV总总 又有又有 pi = p总总 xi 即组分气体的分压，等于总压与该即组分气体的分压，

11、等于总压与该组分气体的组分气体的体积分数之积体积分数之积。例例 某温度下，将某温度下，将 2 105 Pa 的的 O2 3 dm3 和和 3 105 Pa 的的 N2 6 dm3 充入充入6 dm3 的真空容器的真空容器中。中。求各组分气体的分压及混合气体的总压。求各组分气体的分压及混合气体的总压。 O2 V1 = 3 dm3 ， p1 = 2 105 Pa， V2 = 6 dm3 ， pO = p2 解：解：根据分压的定义求组分气体的分压，根据分压的定义求组分气体的分压，= 1 105 Pa V2 p1V1 pO = =2 105 3 6 同理同理= 3 105 Pa pN =3 105 6

12、 6由道尔顿分压定律由道尔顿分压定律 p总总 = pO + pN = 1 105 Pa + 3 105 Pa = 4 105 Pa故混合气体的总压为故混合气体的总压为 4105 Pa例例 制取氢气时，在制取氢气时，在 22 和和 100 kPa下，用排水集气法收集到气体下，用排水集气法收集到气体 1.26 dm3，在，在此温度下水的蒸气压为此温度下水的蒸气压为 2.7 kPa，求所得氢气，求所得氢气的质量。的质量。解：解： 由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，其中水蒸气的分压气体，其中水蒸气的分压 可得可得 p（H2） 100 kPa 2.7 kPa p（

13、H2O） 2.7 kPa 97.3 kPa由由 pi V总总 ni RT 故所得氢气的质量为故所得氢气的质量为 2g mol -1 0.05 mol 0.1 g = 0.05 mol=97.3 103 1.26 10-3 8.314 295 RT piV总总 ni =例例 制取氢气时，在制取氢气时，在 22 和和 100 kPa下，用排水集气法收集到气体下，用排水集气法收集到气体 1.26 dm3，在，在此温度下水的蒸气压为此温度下水的蒸气压为 2.7 kPa，求所得氢气，求所得氢气的质量。的质量。1.2溶液溶液 1.2.1 分散系分散系分散质（分散相）分散质（分散相） 被分散的物质被分散的物

14、质分散介质分散介质 （分散剂）（分散剂）把物质分散开来的把物质分散开来的物质物质 相相 系统中物理性质和化学性质完全相同系统中物理性质和化学性质完全相同的一部分的一部分 单相系统、多相系统单相系统、多相系统 1.2.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性一、溶液的饱和蒸气压下降一、溶液的饱和蒸气压下降pA*p蒸发蒸发(气气)凝聚凝聚(液）液）1 1、p pA A* * ：定温下，纯溶定温下，纯溶剂的蒸发与凝集达动剂的蒸发与凝集达动态平衡时，饱和蒸气态平衡时，饱和蒸气产生的压力。产生的压力。p-T p-T 关系曲线称关系曲线称饱和饱和蒸气压曲线。蒸气压曲线。2 2、p p：稀溶液的饱和蒸气稀溶液的饱和

15、蒸气压，总是低于同温度下压，总是低于同温度下纯溶剂的饱和蒸气压纯溶剂的饱和蒸气压。3、定量关系：拉乌尔定律。、定量关系：拉乌尔定律。 （1） p = pA* xA （2）p = pA* - pA* xA = pA* (1- xA) = pA*xB （3）p = k bB，? 推导如下推导如下： 对于稀溶液，则有对于稀溶液，则有nAnB , nA + nB nA ，因此，因此 xB=n Bn A + n Bn Bn Ap = pA*n BmA / M A= k bBbB1000 p = k bB 在在一定温度下，难挥发一定温度下，难挥发非电解质非电解质稀溶液稀溶液的蒸气压下降的蒸气压下降值与溶液

16、的值与溶液的质量摩尔浓度质量摩尔浓度成正比。成正比。二、稀溶液沸点升高二、稀溶液沸点升高 1、概念、概念: 沸腾、沸腾、 沸点、沸点、正常沸点正常沸点2、相同外压下，相对纯溶剂，稀溶液沸点上升、相同外压下，相对纯溶剂，稀溶液沸点上升? 3、Tb= kb bB - kb : 沸点上升常数，与溶剂性质有关。沸点上升常数，与溶剂性质有关。三、稀溶液的凝固点下降三、稀溶液的凝固点下降1、基本概念：、基本概念：凝固点：凝固点：S与与l蒸汽蒸汽压相等的温度压相等的温度相同外压下，相相同外压下，相对纯溶剂，稀溶对纯溶剂，稀溶液凝固点下降。液凝固点下降。2、Tf = kf bB kf为凝固点下降常数，与溶剂性

17、质有关。为凝固点下降常数，与溶剂性质有关。n为什么海水比淡水更难结冰？为什么海水比淡水更难结冰？ 冬天在汽车水箱中加甘油为什么可以防止水箱冬天在汽车水箱中加甘油为什么可以防止水箱被冻裂？被冻裂？ 植物抗寒的生植物抗寒的生物学机理之一物学机理之一个方面个方面 雪天往路面和雪天往路面和机翼上撒盐机翼上撒盐四、溶液的渗透压四、溶液的渗透压( )1 1、基本概念：、基本概念：半透膜（水分子透过）、渗透现象（溶剂分子透过半透膜半透膜（水分子透过）、渗透现象（溶剂分子透过半透膜扩散过程）、渗透压（在半透膜两边维持渗透平衡需要施加的压力）、扩散过程）、渗透压（在半透膜两边维持渗透平衡需要施加的压力）、高（低

18、、等）渗溶液、反渗透（高（低、等）渗溶液、反渗透（外加压力大于渗透压水反方向流动外加压力大于渗透压水反方向流动。aB室室(H2O)bdcA室室(溶液溶液b)H2OH2O半透膜半透膜2、定量关系：、定量关系：V=nRT=cBRTbBRT 式中式中cB- mol L-1 ，bB-mol kg 1 T-K，R-8.314 kPa Lmol-1 K 1， -kPabB =nBmAcB10001000对于稀水溶液对于稀水溶液: cBbB。3、生物学意义，植物吸收水分与养分、生物学意义，植物吸收水分与养分、肥料用量、盐碱地的利用问题、动物的肥料用量、盐碱地的利用问题、动物的输液等。输液等。溶剂小分子总是从

19、低渗溶液透过半透膜溶剂小分子总是从低渗溶液透过半透膜进入高渗溶液。进入高渗溶液。红糖水红糖水空心萝卜空心萝卜玻璃管玻璃管纯水纯水h hH2O五、依数性的相互关系及应用五、依数性的相互关系及应用 1 1、后三种性质均因、后三种性质均因溶液饱和蒸气压溶液饱和蒸气压下降下降而引起，知其一则可推算而引起，知其一则可推算出出另另外三个性质（如何算？）。外三个性质（如何算？）。2、非电解质摩尔质量的测定非电解质摩尔质量的测定 称称 mB g 溶质溶质, 溶于溶于 mA kg溶剂中，配成稀溶溶剂中，配成稀溶液，测依数性之一液，测依数性之一,如测定如测定, 因因bBRT 而而 bB=nB/mA=mB/MBmA

20、 得得 MB= mBRT/ mA g mol-1 例 1 某含氮有机物某含氮有机物0.18 g溶于溶于12 g水中，测水中，测得其凝固点比纯水降低了得其凝固点比纯水降低了0.233 K，计算该，计算该化合物的摩尔质量。化合物的摩尔质量。解：解： 设该有机物摩尔质量为设该有机物摩尔质量为M，由，由Tf = kf bBm BmA M B= kf MB=k f m BTf mA kf = 1.86 K/(molkg)；mB = 0.18 gmA = 12 g=0.012kg；Tf = 0.233 K该有机物的摩尔质量为该有机物的摩尔质量为129.8 g mol-1MB = k f mBTf mA =

21、1.860.180.2330.012= 129.8 g mol-1 例例2. 278 K时，时，100ml 溶液中溶解了某种蛋白溶液中溶解了某种蛋白质质1.84 g，测得该溶液的渗透压为，测得该溶液的渗透压为533 Pa，计，计算该蛋白质的摩尔质量。算该蛋白质的摩尔质量。 .4.784molgmRTM/10980.533 2783141.8= = = =V 0.1解：解： MVmRTVnRT= = = 小小 结结1 1、各依数性产生原因、各依数性产生原因( (饱和蒸气压下降饱和蒸气压下降) )；2 2、定量公式及公式使用条件、公式的运用；、定量公式及公式使用条件、公式的运用；3 3、有关现象的

22、解释、有关现象的解释( (依数性原理的应用依数性原理的应用) )。 稀溶液的依数性：稀溶液的依数性： 对于难挥发非电解质的稀溶液来说对于难挥发非电解质的稀溶液来说 饱和蒸气压下降：拉乌尔定律饱和蒸气压下降：拉乌尔定律p = pA* xA p = pA*xB p = k bB 沸点升高沸点升高 Tb= kb bB 凝固点下降凝固点下降 Tf = kf bB 渗透压渗透压V=nRT=cBRTbBRT胶体胶体: :分散质分散质粒子的半径在粒子的半径在1 1nm 100 100 nm之间的体系之间的体系. .它包括溶胶和高分子化合物溶它包括溶胶和高分子化合物溶液两种液两种. .溶胶溶胶是高度分散是高度

23、分散, ,不稳定的多相系不稳定的多相系统统. .由于亲和力不强由于亲和力不强, ,故又称为故又称为疏液溶胶疏液溶胶( (或或憎液溶胶憎液溶胶) ). . 一组概念：一组概念：分散体系、分散质、分散剂分散体系、分散质、分散剂 三类分散体系：三类分散体系：(1) 真溶液真溶液(1nm)：均匀、透明、稳定、粒子扩均匀、透明、稳定、粒子扩散速率快、能透过滤纸散速率快、能透过滤纸。-单相体系。单相体系。(2) 胶体胶体(1-100nm)：均匀、透明、亚稳定、粒子均匀、透明、亚稳定、粒子扩散慢、能透过滤纸扩散慢、能透过滤纸。-多相体系。多相体系。(3) 粗分散系粗分散系(100nm)：不均匀、不透明、不稳

24、不均匀、不透明、不稳定、粒子扩散慢、定、粒子扩散慢、不能透过滤纸不能透过滤纸。-多相体系。多相体系。1.3.1溶胶的制备1.分散法 研磨法 超声波法 胶溶法 电弧法2.凝聚法物理凝聚法化学凝聚法 返回1.3.2 1.3.2 溶胶的性质溶胶的性质1.1.光学性质光学性质丁铎尔效应丁铎尔效应 2.2.动力学性质动力学性质布朗运动布朗运动 3.3.电学性质电学性质电泳和电渗电泳和电渗 光散射现象光散射现象 当光束通过分散体系时当光束通过分散体系时,一部分自由地通过一部分自由地通过,一部分被一部分被吸收、反射或散射吸收、反射或散射.可见光的波长约在可见光的波长约在400400 700700 nm之间之

25、间. （2）当光束通过胶体溶液）当光束通过胶体溶液,由于胶粒直径小于可见由于胶粒直径小于可见光波长光波长,主要发生主要发生散射散射,可以看见可以看见乳白色的光柱乳白色的光柱。 （3）当光束通过分子溶液）当光束通过分子溶液,由于溶液十分均匀由于溶液十分均匀,散散射光因相互干涉而完全抵消射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光，发生光看不见散射光，发生光的的透射透射现象。现象。 （1 1）当光束通过）当光束通过粗分散体系粗分散体系，由于粒子大于入射，由于粒子大于入射光的波长，主要发生光的波长，主要发生反射反射，使体系呈现，使体系呈现混浊混浊。 1.1.光学性质光学性质丁铎尔效应丁铎尔效应 1869年

26、年Tyndall发现发现,若令一束聚光光束通过溶胶若令一束聚光光束通过溶胶,从从侧面侧面(即与光束垂直的方向即与光束垂直的方向)可以看到一个发光的圆锥体可以看到一个发光的圆锥体,这就是这就是Tyndall效应效应.其他其他分散分散体系也会产生一点散射光体系也会产生一点散射光,但远不如溶胶显著但远不如溶胶显著. Tyndall效效应实际上已成应实际上已成为判别溶胶与为判别溶胶与分子溶液的最分子溶液的最简便的方法。简便的方法。2 2. .动力学性质动力学性质布朗运动布朗运动 1903年发明了超显微镜年发明了超显微镜, 用超显微镜可以观察到用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则溶胶粒子不断地作不

27、规则“之之”字形的运动字形的运动.这种现这种现象称为象称为布朗布朗(Brown )运动运动. 布朗运动是溶胶粒子本身布朗运动是溶胶粒子本身热运动热运动和和分散介质对它撞击分散介质对它撞击的总结果。的总结果。 布朗运动的作用布朗运动的作用：扩散作用扩散作用( (可以自发地使粒子浓度大的区域向粒子浓可以自发地使粒子浓度大的区域向粒子浓度小的区域扩散度小的区域扩散) ) 动力学稳定性动力学稳定性( (在一定程度上抵消了由于溶胶粒子的在一定程度上抵消了由于溶胶粒子的重力作用而引起的沉降重力作用而引起的沉降) )3. 3. 电学性质电学性质电泳和电渗电泳和电渗 （1 1）电动现象：分散质和分散剂在外电场

28、的作用下）电动现象：分散质和分散剂在外电场的作用下发生定向移动的现象。发生定向移动的现象。（2 2）电泳：在外电场作用下，胶粒在分散剂中的定）电泳：在外电场作用下，胶粒在分散剂中的定向移动。向移动。（3 3）电渗：将胶体粒子）电渗：将胶体粒子(分散质分散质)固定不动，分散剂固定不动，分散剂在电场中定向移动。在电场中定向移动。 在外电场作用下，溶胶粒子定向移动在外电场作用下，溶胶粒子定向移动. 通过电泳通过电泳实验实验,可以判断溶胶粒子所带的电性。如：氢氧化铁溶可以判断溶胶粒子所带的电性。如：氢氧化铁溶胶粒子向负极移动，说明胶粒子向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶粒子带正电。溶胶粒子带正电。(1

29、)(1)电电 泳泳(2) 电 渗分散质粒子固定，在外电场作用下，分散剂的定向移动。分散质粒子固定，在外电场作用下，分散剂的定向移动。通过电渗实验测定分通过电渗实验测定分散剂所带电荷的电性散剂所带电荷的电性, ,判断溶胶粒子所带电判断溶胶粒子所带电荷的电性荷的电性. . 负极负极正极正极U U形管上方形管上方用少量导电用少量导电液使电极与液使电极与胶体分开，胶体分开，以免胶体被以免胶体被破坏破坏图中图中,3,3为隔为隔膜膜, ,可以用可以用素瓷素瓷片、凝片、凝胶、玻璃纤胶、玻璃纤维等多孔性维等多孔性物质制成物质制成. . 如果隔膜吸附阴离子如果隔膜吸附阴离子, ,则介质带正电则介质带正电, ,通

30、电时向阴极移通电时向阴极移动动; ;反之反之, ,隔膜吸附阳离子隔膜吸附阳离子, ,带负电的介质向阳极移动带负电的介质向阳极移动.返回1.3.21.3.2溶胶粒子带电的原因溶胶粒子带电的原因1.吸 附 一种物质自动聚集到另一种物质表面上的过一种物质自动聚集到另一种物质表面上的过程称为吸附程称为吸附. .能够将其他物质聚集到自己表面上能够将其他物质聚集到自己表面上的物质称为的物质称为吸附剂吸附剂, ,被聚集的物质称为被聚集的物质称为吸附质吸附质. . 固体在溶液中的吸附分为固体在溶液中的吸附分为分子吸附分子吸附和和离子吸附离子吸附两类两类. . 分子吸附分子吸附: :固体吸附剂在非电解质或弱电解

31、质溶液固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中的吸附主要是分子吸附中的吸附主要是分子吸附, ,吸附规律是吸附规律是: :极性吸附极性吸附剂剂离子吸附离子吸附: :固体吸附剂在强电解质溶液中固体吸附剂在强电解质溶液中的吸附主要是离子吸附的吸附主要是离子吸附. .离子吸附分为离离子吸附分为离子选择吸附和离子交换吸附子选择吸附和离子交换吸附容易吸附极性的溶质或溶剂容易吸附极性的溶质或溶剂, ,非极性吸附剂容易吸非极性吸附剂容易吸附非极性的溶质或溶剂附非极性的溶质或溶剂, ,即即“相似相吸相似相吸” （）离子选择吸附离子选择吸附: : 固体吸附剂从溶液中选择吸固体吸附剂从溶液中选择吸附某种离子的现象称为离子选择吸附附某种离子的现象称为离子选择吸附 吸附原则是吸附原则是: :固体优先选择吸附与自身组固体优先选择吸附与自身组成相关或性质相似且在溶液中浓度较大成相关或性质相似且在溶液中浓度较大的离子的离子 。 例如例如: : 在在AgI溶胶的制备过程中溶胶的制备过程中, ,如果如果AgNO3过量过量, ,则胶核优先吸附则胶核优先吸附AgAg+ +离子离子, ,使胶粒带正电使胶粒带正