第一章 分散体系

1、 Inorganic & Analytical Chemistry 无机及化学分析无机及化学分析第一章第一章 分散体系分散体系 Dispersed System1、了解分散体系的分类、了解分散体系的分类；本章学习要求5、掌握溶液的稳定性与凝结、掌握溶液的稳定性与凝结。4、掌握胶体的特性及胶团结构式的书写、掌握胶体的特性及胶团结构式的书写；3、掌握稀溶液的依数性及其计算、掌握稀溶液的依数性及其计算；2、掌握溶液浓度的定义及其相互换算、掌握溶液浓度的定义及其相互换算； 由由一种或几种物质分散在另一种或几种物质分散在另一种物质中一种物质中分散质分散质（相相）（dispersion phase

2、)被分散的物质被分散的物质 分散剂分散剂 （dispersed medium）起分散作用的物质起分散作用的物质 1.1 分散系分类所形成的体系。所形成的体系。 1.分散系的定义细小水滴细小水滴 + + 空气空气云雾云雾相相 在体系内部物理性质和化学性在体系内部物理性质和化学性 质完全均匀的部分称为相质完全均匀的部分称为相。分散系在自然界中广为存在分散系在自然界中广为存在: :金属化合物金属化合物 + + 岩石岩石 矿石矿石二氧化碳二氧化碳 + + 水水 汽水汽水1) 按物质的聚集状态分类按物质的聚集状态分类：分散质分散质分散剂分散剂实实 例例气气气气 空气、空气、液液气气 云云 、雾、雾固固气

3、气 烟烟 、尘、尘气气液液 汽水、泡沫汽水、泡沫液液液液 牛奶、豆浆、牛奶、豆浆、固固液液 泥浆、溶液、泥浆、溶液、气气固固 泡沫塑料、馒头泡沫塑料、馒头液液固固 珍珠、肉冻、珍珠、肉冻、固固固固 合金、有色玻璃合金、有色玻璃2.分散系的分类2) 按分散质粒子直径大小分类按分散质粒子直径大小分类：分分 散散 系系直径直径/nm/nm实实 例例特征特征相系相系溶溶 液液1蔗蔗 糖糖 水水食食 盐盐 水水 最稳定最稳定, ,不沉降、不沉降、 能透过滤纸能透过滤纸单单胶胶 体体1-100血血 液液AgI 溶溶 胶胶微浑浊微浑浊 半透明半透明 或不浑浊透明或不浑浊透明, , 有有TyndalTynda

4、l尔现象尔现象多多粗粗100牛牛 奶奶泥泥 浆浆不透明、不稳定不透明、不稳定不不透透过滤纸过滤纸 多多1.2 溶液 1.溶液 (Solutions) 物质的量及其单位物质的量及其单位：1) 1) 物质的量物质的量n：表示物质基本单元数目多表示物质基本单元数目多少的物理量少的物理量。2) 2) 单位单位： mol分散质以小分子、离子或原子为质点均分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散在分散剂中所形成的分散系匀地分散在分散剂中所形成的分散系。V/)B(n)B(c 一升溶液中所含溶质一升溶液中所含溶质B B的物质的量的物质的量 2. 溶液浓度的表示方法电电子子及及其它粒子的特定组合其它粒子的特定

5、组合。4) 4) 摩尔质量摩尔质量：MB = mB /nB1) 物质的量浓度物质的量浓度 c(B) 定义定义: 公式公式: : 单位单位: : mol dm-3 (molL-1)系统中组成物质的基本组系统中组成物质的基本组分分, ,可是分子可是分子、原子原子、离子离子、3) 3) 基本单元基本单元： 一千克溶剂中所含溶质一千克溶剂中所含溶质B B的物质的量的物质的量 )(1)()(kgBnBb 2) 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 b(B) 定义定义: : 公式公式: 单位单位: :molkg-1 与温度无关与温度无关。在极稀的水溶液中在极稀的水溶液中. .优点优点: :c(B) b(B) 例例1.

6、 500克水中溶解克水中溶解17.1克蔗糖克蔗糖, 求蔗糖求蔗糖 溶液的质量摩尔浓度溶液的质量摩尔浓度。 解解:11.050034210001.17)(1)()(kgmolkgBnBb 某组分的物质的量与全部溶液的某组分的物质的量与全部溶液的 物质的量之比物质的量之比 。BABBBAAAnnnxnnnx 3) 摩尔分数摩尔分数 xi 定义定义: : 公式公式: 量纲量纲： 14) 质量质量分数分数 用溶质的质量除以溶液的质量表用溶质的质量除以溶液的质量表 示浓度称为质量分数，用示浓度称为质量分数，用表示表示。%100)()()( 液液mBmB 定义定义: : 公式公式: 例例2. 48%的硫酸

7、溶液的密度为的硫酸溶液的密度为1.38gml-1, 计算此溶液的计算此溶液的 （1） 物质的量浓度物质的量浓度; （2） 质量摩尔浓度质量摩尔浓度; （3） 摩尔分数摩尔分数； 5) ) 浓度的相互换算浓度的相互换算解解: : 13)(76. 6981038. 1%48% LmolLVMmlVBcB (1) 176. 638. 1/100100098/48 LmolVnBc0.8510.1552/1848/9848/98BABxxx（3） 1)()(42. 910005298/481000 kgmolWnBbAB（2 2） 1.3. 稀溶液的依数性 (colligative propertie

8、s)2) 沸点升高沸点升高 Boiling point elevation 1) 蒸气压下降蒸气压下降 Decrease of vapor pressure 3) 凝固点下降凝固点下降 Freezing point lowering 4) 渗透压渗透压 Osmotic pressure1. 依数性： 只与溶质所含粒子的数目有关，而与只与溶质所含粒子的数目有关，而与溶质的本性无关溶质的本性无关。（。（稀溶液的通性）稀溶液的通性）2. 溶液的蒸气压下降1)1) 蒸气压蒸气压 vapor pressure当蒸发速率与凝结速当蒸发速率与凝结速率相等时，液体上方率相等时，液体上方的蒸气所具有的压力的蒸气

9、所具有的压力称为液体的饱和蒸气称为液体的饱和蒸气压（简压（简称称蒸气压）蒸气压）。 ppp *蒸蒸发发凝凝聚聚2) 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 在一定温度下在一定温度下, ,溶液的蒸溶液的蒸 气压总气压总是是低于纯溶剂低于纯溶剂的的 蒸气压，称为溶液的蒸蒸气压，称为溶液的蒸 气压下降气压下降。. . Decrease of solution vapor pressure溶液蒸气压下降的原因溶液蒸气压下降的原因：A.A.溶液表面溶剂分子数减少溶液表面溶剂分子数减少；B.B.形成溶剂化分子形成溶剂化分子；pT0.1molkg-10.2molkg-1纯水纯水3) Raoult (拉乌尔拉乌尔)

10、 定理定理 在一定温度下在一定温度下，稀溶液的蒸气压稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂与溶液中溶剂的的摩尔分数成正比摩尔分数成正比. .Axpp *1 BAxx对于两组分溶液对于两组分溶液BBxppxpp *)1 (*Bxpppp *)(*)()(BbKmnMPPABA Raoult 定律又可表述为定律又可表述为：在一定温度下，在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降, ,近近似地与溶质似地与溶质B B的质量摩尔浓度成正比的质量摩尔浓度成正比, ,而与而与溶质的本性无关。溶质的本性无关。例例3.计算计算293K时，时，17.1g蔗糖溶于蔗糖溶于1000 g水中，溶

11、液的蒸汽压下降值水中，溶液的蒸汽压下降值。 解：解：293K时时，P*(H2O)=2.33kPa4100 .9)( BxkPaxPPB3*101 . 2 或或 kPaBbKP3101 . 2)( M(B)=342g.mol-1 只只适用于难挥发非电解质适用于难挥发非电解质的的稀溶液稀溶液3. 溶液的沸点升高 boiling point elevationTbpTTb*P外 1)1) 沸点沸点 boiling point液体的沸点是该液体液体的沸点是该液体的蒸气压等于外界大的蒸气压等于外界大气压时的温度气压时的温度Tb纯水纯水蔗糖蔗糖 Kb 为沸点升高常数为沸点升高常数 Ebullioscopi

12、c constant(1).(1).计算溶液的沸点计算溶液的沸点 2) 溶液的沸点升高：溶液的沸点升高：3)3)沸点升高的应用沸点升高的应用*(B)bbbbTTTK b溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差 它只它只与溶质的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。例例4. 在在100克水中溶解克水中溶解4.56克尿素克尿素, 计计算此溶液的沸点算此溶液的沸点.0.76mol/kg10060.010004.56(B)b解：bbbTTT *KTb39. 076. 0512. 0 K39.37339.0373 例例5. 将将0.40

13、g葡萄糖溶于葡萄糖溶于20.0g水中水中,测得测得 溶液溶液的沸点为的沸点为100.056 ,计算葡萄糖的摩尔质量计算葡萄糖的摩尔质量.解解： 0.40/M 葡萄糖葡萄糖20/1000b 葡萄糖葡萄糖= Tb = 0.056 = Kb b 葡萄糖葡萄糖 M 葡萄糖葡萄糖 = 182.9 gmol-1(2) 测定难挥发非电解质的摩尔质量测定难挥发非电解质的摩尔质量4. 溶液的凝固点下降 freezing point lowering1) 凝固点凝固点： freezing pointTfTfpT 液体的蒸气压与液体的蒸气压与 固体蒸气压相等固体蒸气压相等， 两相平衡共存时两相平衡共存时 的温度的温

14、度。*纯水纯水蔗糖蔗糖冰冰(1) 溶液的凝固点溶液的凝固点 ： (Tf )K Kf f为凝固点下降常数为凝固点下降常数. .Cryoscopic constant Tf =Tf*- Tf = Kfb(B)溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气压平衡时的温度压平衡时的温度。 (2) (2) 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降：纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差 它只它只与溶质的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。2) ) 沸点沸点升升高和凝固点下降的原因高和凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降溶液的

15、蒸气压下降。3) 凝固点下降的应用凝固点下降的应用：(1) 解释植物的抗旱性与耐寒性等现象解释植物的抗旱性与耐寒性等现象；(2) 计算溶液的凝固点计算溶液的凝固点；(3) 测定难挥发非电解质的摩尔质量；解:1000/20/40.0葡葡萄萄糖糖葡葡萄萄糖糖Mb 例6. 将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的凝固点为-0.207 ,计算葡萄糖 的摩尔质量. K207.0207.00 fT20100040.086.1207.0 葡葡萄萄糖糖M1mol179.7g葡萄糖M1. 0的水溶液中加入一块冰，有何现象？的水溶液中加入一块冰，有何现象？2. 蒸气压下降蒸气压下降，沸点升高，凝固点降低均

16、，沸点升高，凝固点降低均 可用来测分子量，哪可用来测分子量，哪一一何种方法最好？何种方法最好？思 考 题： 5.溶液的渗透压 osmotic pressure 溶剂分子通过半透溶剂分子通过半透膜进入溶液的自动膜进入溶液的自动扩撒过程。扩撒过程。 1)1)渗透现象渗透现象 Osmosis为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小外外压压。 在溶液上方施加一外压在溶液上方施加一外压P P, , 使半透膜两边溶使半透膜两边溶剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。 2)渗透平衡渗透平衡3) )渗透压渗透压4) )产生渗透现象的条件产生

17、渗透现象的条件 有半透膜的存在有半透膜的存在； 膜两边的溶液存在浓度差膜两边的溶液存在浓度差；113113molKdm8.314kPamolKm8.314PaR)()(BbBc 稀稀水水溶溶液液中中RTBbRTBc)()( 5) Vant Hoff 定律定律V = nRT = nRT/V = cRT植物的细胞植物的细胞6) 高渗、低渗、等渗溶液高渗、低渗、等渗溶液 例例7. 含有含有5gL-1某可溶性多糖的水某可溶性多糖的水溶溶液液, 在在278 K时渗透压为时渗透压为3.24kPa.求该多糖求该多糖 的摩尔质量的摩尔质量。7)7)渗透压的应用渗透压的应用 解释动植物的生命现象解释动植物的生命

18、现象. . 计算高分子化合物的摩尔质量计算高分子化合物的摩尔质量. . 1B113B1mol3568g278KmolKm8.314PaL5g3.24kPaMM解解: :C0.026Lmol101.43567513BffBcKtc故渗透压法测大分子的摩尔质量比凝固故渗透压法测大分子的摩尔质量比凝固下降法更灵敏下降法更灵敏。 例例8. 293K时葡萄糖时葡萄糖(C6H12O6)15g溶于溶于200g 水水中求该溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透中求该溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透 压压.已知已知293K时水的时水的 p*=2333.14Pa。 解解: :b葡萄糖葡萄糖= n葡萄糖葡萄糖/0.2 =

19、0.417 molkg-1n葡萄糖葡萄糖= 15/180=0.0833 mol n水水 =200/18.02=11.10 molx葡萄糖葡萄糖=0.0833/(0.0833+11.10) 0.0833/11.10=7.410-3 p = p*x水水= p*(1-x葡萄糖葡萄糖) =2333.14(1-7.510-3)=2315.90Pa Tb = Kbb(B)=0.5120.417=0.21K Tb =373+0.21=373.21K Tf = Kfb(B)=1.860.417=0.78K Tf =273-0.78=272.22K = b(B)RT=0.4178.314293 =1015.8k

20、Pa 思 考 题：1 1 参天的大树，如何从土壤中获得水份？参天的大树，如何从土壤中获得水份？2 2 施肥过多，植物会烧死？施肥过多，植物会烧死？3 3 淡水鱼游到海水中能活吗？淡水鱼游到海水中能活吗？1.溶胶的基本特征1) 溶胶溶胶是是多相多相体体系系 .1.4 胶体溶液2) 分散度高，分散度高，比表面大比表面大.S0 = A / VL=1cm n=1 S=6cm-2L=0.5cm n=8 S=12cm-2L=0.1cm n=1000 S=60cm-2L=100nm=10-5cm n=1015 S=6105cm-2L=1nm =10-7cm n=1021 S=6107cm-2colloid

21、表面粒子比内部粒子表面粒子比内部粒子的能量高的能量高, ,高出的那部高出的那部分能量称为表面能。分能量称为表面能。 固体界面示意图固体界面示意图2.表面性质S 比表面能比表面能( (表面张力表面张力) )总表面积总表面积S S3)3)不稳定，易聚沉不稳定，易聚沉. .1) 表面能高表面能高小颗粒合并成大颗粒小颗粒合并成大颗粒降低降低S S0 0通过吸附通过吸附, ,使剩余引力有所饱和使剩余引力有所饱和减少表面张力减少表面张力 降低表面能降低表面能( (使体系稳定使体系稳定) )2) 吸附性强吸附性强 分子吸附分子吸附 固体吸附剂在非电解质或弱电解质固体吸附剂在非电解质或弱电解质 溶液中的吸附溶

22、液中的吸附。特点特点: : 相似相吸相似相吸吸附吸附 adsorption一种物质自动聚集到另一种物质界面一种物质自动聚集到另一种物质界面上的过程上的过程。 吸附质吸附剂B. B. 离子交换吸附离子交换吸附 A. A. 离子选择性吸附离子选择性吸附规律规律： 优先吸附与组成有关的离子优先吸附与组成有关的离子。 特点特点: : 吸正带正、吸负带负吸正带正、吸负带负egeg AgNO3+KBr=AgBr(溶溶胶胶)+KNO3 吸附剂与溶液之间的离子交换吸附剂与溶液之间的离子交换, ,称为称为 离子交换吸附离子交换吸附。 吸附剂在强电解质溶液中对离子的吸附吸附剂在强电解质溶液中对离子的吸附。 离子吸

23、附离子吸附 例例: 粘土颗粒带负电粘土颗粒带负电,表面存在可交换的阳表面存在可交换的阳离子离子Ca2+(Mg2+.K+.Na+),当施入铵态氮肥当施入铵态氮肥时时,NH4+ 即与胶粒表面的即与胶粒表面的 Ca2+ 发生交换发生交换:2Ca4NH特点特点： 可逆过程可逆过程4NH2Ca4NH4NH1) 光学性质光学性质Tyndall现象现象 将一束光照射到透明的溶胶上将一束光照射到透明的溶胶上, ,光线垂光线垂直方向上可以观察到一条发亮的光柱直方向上可以观察到一条发亮的光柱。2.溶胶的性质( (溶胶特有溶胶特有) )2) 动力学性质动力学性质 Brown运动运动Brown运动运动是分散剂分子是分

24、散剂分子以不同大小和不同方向的以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而力对胶体粒子不断撞击而产生的产生的，由于受到的力不由于受到的力不平衡平衡，所以连续以不同方所以连续以不同方向向、不同速度作不规则运不同速度作不规则运动动。 电泳电泳 外电场下，分散质在分散外电场下，分散质在分散剂中定向移动剂中定向移动。粘粘 土土+-负极负极: :水面上升水面上升, ,清澈清澈。正极正极: :水面下降水面下降, ,混浊混浊， 粘土颗粒带负电粘土颗粒带负电 3) 电学性质电学性质 电渗电渗 外电场下，固相不动，外电场下，固相不动， 分散剂定向移动分散剂定向移动。3.溶胶粒子带电原因1)1) 吸附带电吸附带电

25、选择吸附与其组成选择吸附与其组成 有关的离子有关的离子。例1. 氢氧化铁溶胶是通过三氯化铁氢氧化铁溶胶是通过三氯化铁 在沸水中水解而制成的在沸水中水解而制成的。 FeCl3+3H2O= Fe(OH)3+3HCl Fe(OH)3+ HCl=FeOCl+2H2O FeOCl=FeO+Cl- FeO+吸附在吸附在Fe(OH)3胶粒的表面胶粒的表面 使之带正电使之带正电。 例2. 将硫化氢气体通入饱和砷酸溶液中制将硫化氢气体通入饱和砷酸溶液中制 备硫化砷溶胶备硫化砷溶胶. 2H3AsO3+3H2S=As2S3+6H2O H2S=H+HS- 硫化砷溶胶优先吸附硫化砷溶胶优先吸附HS-而带负电而带负电。H

26、SiO3-,SiO32-留在胶粒表面使之带负电留在胶粒表面使之带负电。 233332SiOHHSiOHSiOHSiOH例：硅胶离解硅胶离解: :2) 离解带电离解带电溶胶表面离溶胶表面离解, 使使 胶粒带电胶粒带电。Fe(OH)3mFeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +FeOFeO+ +ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -ClCl- -胶核胶核胶团胶团吸附

27、层吸附层扩散层扩散层胶粒胶粒4. 胶团结构胶核电位离子反离子吸附层扩散层胶粒胶团Fe(OH)3m . nFeO+ . (n-x)Cl-x+ . xCl-反离子例例1. 由由H2S和和H3AsO3制备制备As2s3溶胶溶胶,且且 H2S过量过量.写出其胶团结构写出其胶团结构。 解解： HH)(HSSAsH,HSxm32xxnn为为反反离离子子为为电电位位离离子子例例2. 由由BaCl2和和k2SO4溶液反应制备溶胶溶液反应制备溶胶,若是若是 k2SO4溶液过量溶液过量,写出该溶胶的胶团结构式写出该溶胶的胶团结构式。BaCl2+K2SO4=BaSO4 溶胶溶胶+2KCl( BaSO4 ) m n

28、SO42- 2(n-x)K+2x- 2xK+或或( BaSO4 ) m n SO42- (2n-x)K+x-xK+解解：电解质电解质K2SO4为该溶胶的稳定剂为该溶胶的稳定剂。 例例2. 为制备带负电的为制备带负电的AgI溶胶溶胶,应向应向25mL 0.016mol.L-1KI溶液中加入多少溶液中加入多少0.005mol. L-1AgNO3溶液溶液? 解解: AgI溶胶带负电溶胶带负电,则则KI过量过量:mLxx80005. 0016. 025 即加入小于即加入小于80mL的的0.005mol.L-1的的AgNO3 , 其胶团结构式为其胶团结构式为:KKIAgIx)xn(nxm5 . 溶胶的稳

29、定性和凝结1) 1) 溶胶稳定的原因溶胶稳定的原因溶剂化作用溶剂化作用Brown运动运动同种电荷的排斥作用同种电荷的排斥作用2) 2) 溶胶凝结溶胶凝结的方法的方法溶胶被长溶胶被长时间加热时间加热加入电解质加入电解质( (对对溶胶的影响最大溶胶的影响最大) )溶胶溶胶凝结凝结的因素的因素 溶胶的溶胶的 相互凝结相互凝结 凝结值凝结值使溶胶在一定时间内开始凝结的最低浓度使溶胶在一定时间内开始凝结的最低浓度. .单位单位: mmol凝结值越小凝结值越小,凝结能力越大凝结能力越大.NaCl对对As2S3溶胶的聚沉值为溶胶的聚沉值为51MgCl2对对As2S3溶胶的聚沉值为溶胶的聚沉值为0.72AlCl3对对As2S3溶胶的聚沉值为溶胶的聚沉值为0.093 影响凝结值大小的因素影响凝结值大小的因素A A、价数越高、价数越高, ,凝结值越小凝结值越小. .聚沉能力越强聚沉能力越强。如：对于负溶胶如：对于负溶胶： Al3+Mg2+K+对于正溶胶对于正溶胶： PO43-SO42-Cl-B B、水化离子半径越大，凝结值越大，聚、水化离子半径越大，凝结值越大，聚 沉能力越小沉能力越小。如，对负溶胶如，对负溶胶：一价阳离子的凝结能力次序为一价阳离子的凝结能力次序为：Cs+Rb+K+Na+Li+二价阳离子的凝结能力次序为二