无机及分析化学课件-第一章气体和溶液

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《无机及分析化学课件-第一章气体和溶液》

简介:

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2020/11/241主讲教师:卢 静:Template

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2005Inorganic

andytical

Chemistry2020/11/24Template

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200521、课前预习,找出难点。2、课间认真听讲,做好课堂笔记。3、课后做适当练习,巩固所学知识。4、做好阶段性总结,对所学知识点进行归纳。学习方法第一章气体和溶液第一节

气体一、理想气体状态方程式物质的三种状态气体最基本特征:可压缩性和扩散性。理想气体(ideal

gas):分子本身不占体积,分子间没有相互作用力的气体。理想气体实际上不存在。低压、高温条件下,分子间距大,分子本身的体积与分子间作用力可忽略,可近似看作理想气体,理想气体是实际气体的一种极限情况。2020/11/245Template

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2005Clapeyron定律:19世纪,法国科学家 Clapeyron,把描述气体状态的3个参量p, V

,T

归于一个方程式,称为理想气体状态方程。pV

nRTpV

m

RTMpM

RTmMn

V2020/11/246Template

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2005

m7R: (摩尔)气体常数R

PV

(101nT标准状况

8.315

Pam3

mol-1

8.315

k

PaLmol

8.315

Jmol1K120

0.08206

atmLmo注意单位的一致2020/11/248例1-1

(p.2)

:一学生在

中,在73.3kPa和 25℃下收集得250mL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。解pV

m

RTMM

mRT

0.11pV

16.0

103

kg

m M

16.0g

mol

1相对分子质量为16.0Template

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2005Template

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20059例:在1000℃和97kPa压力下,硫蒸气的密度是0.5977gL-1。试求:(1)硫蒸气的摩尔质量,(2)硫蒸气的化学式。解: (

1

)pM

RTM

RT

0.5p

65.2103kg

(2)

65.2

2.0332.072020/11/24硫蒸气的化学式为S2二、道尔顿分压定律(1807) Dalton’s

Law

of

Partial

Pressure对于理想气体,温度和体积恒定时,混合气体的总压力等于组分气体分压力之和。某组分气体的分压力等于该气体同温度下单独占有总体积时,所表现的压力。PH

2.4

atm2HeP

6.0atm20.50

mol

H1.25

mol

HetolP

8.4atm0.50

mol

H21.25

mol

He1.75

molgas(a)

5.0

L

at 20℃(b)

5.0

L

at

20℃(c)

5.0

L

at 20℃p

p1

p2



p

nVpi

i

RTp

npi

ni p

ninp

ni

pinx

niix

: 摩尔分数ipi



xi

?分压定律的一种表达2020/11/24Template

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2005理想气体状态方程也使用于混合气体。22020/11/2412Template copyright

2005p2T1

101.3例1-2(p.3):在17 ℃,99.3kPa的气压下,用排水集气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。解: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。查表1-1,17 ℃时饱和水蒸气压力为1.93kPaP(

N2

)(99.31.93)kPa97.4kPap1V1

p2V2 T1

T2V

p1V1T2

97.4例1-3(p.4):

在25

℃下,将0.100mol的O2和 0.350molH2装入3.00L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。解:反应前:22020/11/2413Template

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200522On

RTVVp(O

)

p(H

)

nH2

RTp

82.6

289

2H2

+

O2

=

2H2O

通电时0.100mol

O2只与0.200molH2反应生成

0.200molH2O。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:p(H

)

0.150

2p(H2O)

3.17kp

124

3.17

2020/11/2414Template

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2005

例1-4:25℃时,初始压力相同的5.0L氮和15.0L氧压缩到体积为10.0L的真空容器中,混合气体总压力是150kPa,试求(1)两种气体的初始压力,(2)混合气体中氮和氧的分压,(3)如果把温度升到210 ℃ ,容器的总压力。解:pV(1)n总 

RT

8.322020/11/2415Template

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2005

222VN

nNVOnO1混合前:混合前:pN

2N22020/11/2416Template

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2005O244n

3

n所以:n

1

n( 3 )VT

210

273 p

nRT

0.6N22020/11/2417Template

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2005O2p4

4

1

p

1

4

4p

3

p

3

总总2020/11/2418扩展知识:in

RTpV

i

气体分体积定律(law of partial volume)在温度、压力一定的情况下,混合气体的体积等于组成该混合气体的各组分的分体积之和。V=V1+V2+…+Vi+…混合气体中某一组分i的分体积Vi是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。第二节

溶液一、分散系分散质分散剂分散分散系(固、液、气态)2020/11/2419Template

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2005分散系一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的体系。分散质被分散的物质。分散剂把分散质分散开来的物质。分散系分类分子分散系 (d <1 nm)胶体分散系 (d: 1-100

nm)粗分散系

(d >100

nm)相体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分单相体系多相体系(存在界面)2020/11/2420Template

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2005冰和水两相体系2020/11/2421Template

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2005表1

按分散质颗粒大小分类的分散系粒子能通过滤纸与半透膜,扩散速度快NaCl溶液1~100nm胶体分散系粒子能通过滤纸但不

Fe(OH)3能透过半透膜,扩散慢

溶胶蛋白质溶液颗粒直径大小 类

型小于1nm(10–9m)

分子离子分散系主 要 特 征实 例大于100nm粗粒子不能通过滤纸不豆 浆分散系能透过半透膜,不扩散2020/11/2422Template

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2005分子分散系 (d<1 nm)溶液固态(合金)液态气态(空气)分散质以分子或者比分子更小的质点均匀地分散在分散剂中所得的分散系本节 的主要内容是以水为溶剂的水溶液2020/11/2423Template

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2005二、稀溶液的通性溶液的性质颜色、导电性、酸碱性由溶质的本性决定取决于溶液中溶质的浓度称为溶液的依数性溶液的蒸气压下降2020/11/2424Template

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2005凝固点下降沸点升高渗透压opyright

2005251. 溶液的蒸气压下降溶剂的蒸发和蒸气压纯水的蒸气压示意图蒸发凝聚初始:

V蒸发

>

V凝聚平衡:

V蒸发

=

V凝聚气液两相平衡蒸发H2O(l)

H2O(g)凝聚26饱和蒸气压:蒸发、凝聚速度相等,气相、液相达到平衡液相上方气体的压力叫饱和蒸气压同种液体蒸气压

不同液体蒸气压2

随温度如何变化? e

copyri

与什么有关?2020

mplate

copyright 200527若在纯溶剂中加入少量难挥发非电解质(如葡萄糖):纯水蒸气压p*溶液蒸气压p拉乌尔定律p

p*

xB

AxA

1

xBBV

p

p*

p

p*

x

BB

BnBx

n

AAnB

nB

55.6bV

p

p*

B

p*

V

p

K

b(B)2020/11/2Template

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200528思考题一杯纯水和一杯溶液放入一个密闭的容器中会产生怎样的现象?2020/11/2429二、溶液的沸点升高沸腾与沸点pT

= p外液体沸腾T:液体的沸点(Tb)101.325 kPa正常沸点液体的沸点随外界压力的变化而变化沸腾与蒸发的区别:沸腾--表面和

同时气化;蒸发--只在表面气化Template

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2005若在纯水中加入少量难挥发的非电解质后,会产生什么现象呢?溶液的沸点上升示意图溶剂溶液温度ppokpa蒸气压△p△TbB101.3kpaAB’Tb* T

b根本原因:蒸汽压下降

p溶液<p纯溶剂,2020/11/24Template

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200531根据拉乌尔定律,△p与bB成正比,而△Tb

与△p成正比,∴ △Tb亦应与

bB成正比,△p越大,△Tb也越大。Kb

:摩尔沸点上升常数,与溶剂的本性有关,而与溶质的本性无关,K·

kg

·

mol

-1。常见溶 剂的Kb

值见

8页表1-2。bB:溶质的质量摩尔浓度, mol·kg-1。△Tb

=

Tb- Tb*

=

Kb·bBcop三、溶液的凝固点下降该物质的液相和固相达到平衡时的温度(p液=p固时的T)水的凝固点:0ºC加入溶质海水0ºC时是否冻结?溶液凝固点Tf下降p液>p固:

液相p液<p固:

固相固相液相物质的凝固点(Tf)611t/ºCTf

0ACΔTf

=

Kf ·b

BP实验证明,溶液的凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比:Tf

K

f

bBKf

:摩尔凝固点下降常数,与溶剂的本性有关,而与溶质的本性无关,K·

kg

·

mol

-1。常见溶剂

的Kf

值见bB:溶质的质量摩尔浓度, mol·kg-1。2020/11/2433Template

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2005冰和盐混合物常用作制冷剂:冰的表面总附有少量水,当撒上盐后,盐溶解在水中形成溶液,由于溶液蒸气压下降,使其低于冰的蒸气压,冰就要融化。随着冰的融化,要吸收大量的热,于是冰盐混合物的温度就降低。采用NaCl和冰,温度最低可降到- 22℃,用CaCl2·6H2O和冰最低可降到-55℃。凝固点下降还可用来测定作为溶质的未知物的相对分子质量2020/11/2434Template

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2005溶液凝固点下降的应用2020/11/2435例1-5在20.40

g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖0.40

g,测得溶液的凝固点为-0.207 oC,试计算葡萄糖的相对分子量。解:水(g)20.40

-

0.40

=

20.001000葡萄糖(mol) 0.40/Mb(B)b(B) = (1000

0.40)

/

(20.00

M) =

20/M因

Tf

= Kf

b(B)即 0.207 = 1.86 

(20/M)所以 M = 180.0Template copyright

20052020/11/2436四、溶液的渗透压渗透动植物的膜组织以及人造火棉胶膜都是半透膜,其特性是溶剂分子可 通过,而溶质分子则不能,这种现象叫做渗透。渗透产生的条件有半透膜Template

copyright2005有浓度差2020/11/24Template

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200537反渗渗透压π: 渗透作用发生所需施加于液面上的最小压力叫做该溶液的渗透压1887年,van’t

Hoff:

V

nRTV

n

RT

c

RTc(B)

V

bB

RT2020/11/2439Template

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2005五、依数性的应用植物细胞液中溶有氨基酸、糖类物质,有一定的抗旱性蒸气压下降植物还有一定的耐寒性凝固点下降为何稀饭比水烫伤得厉害?用NaCl等物质与冰混合而制成的冷冻剂

冬天,人们常往汽车的

中加入甘油等物质,以防止

因水结冰而胀裂。沸点上升2020/11/2440Template

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2005渗透压的应用2020/11/2441Template

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2005测定溶质的分子量口渴时一般不宜饮用含糖等成分过高的饮料。利用反渗进行海水淡化医用等渗液2020/11/2444例1-6依数性的相互推导某难挥发、 非电解质水溶液的凝固点为272.15

K,计算:(1)此溶液的沸点;(2)298.15

K时此溶液的蒸气压;(3)在273.15K时此溶液的渗透压。解:(1)因 Tf

= 273.15 - 272.15

=1.0 = Kf

b

(B)所以 b

(B) = 1.0/1.86 = 0.538又因

Tb=Kb

b

(B)所以 Tb

= 0.512

0.538 = 0.27沸点 T

= 373.15 + 0.27 = 373.42

KTemplate

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2005(2)

因2020/11/2445Template

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2005p*

=

3.17

kPaxA

=

55.6

/(55.6

+

0.538)

=

0.99所以 p

= p*

xA

= 3.17

0.99 = 3.14 kPa(3)

=

b(B)

RT

=

0.538

8.314

273.15= 1220

kPa第三节

胶体溶液溶胶是由小分子、原子或离子

成较

溶的颗粒而形成的多分子体,粒子直径在1-100nm之间,是多相分散体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S32020/11/2446Template

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2005— 、溶胶的条件分散相粒子大小合适胶粒保持分散而不聚结分散法:大粒子变小研磨法 超声波法电弧法 胶溶法加FeCl3(稳定剂)Fe(OH)3(新鲜沉淀)

Fe(OH)3(溶胶)凝聚法:小粒子变大物理凝聚:更换溶剂化学凝聚:利用化学反应生成难溶物方法2020/11/2447Template

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2005二、溶胶的性质1. 动力学性质---布朗(Brown)运动胶体粒子受到液体介质分子的不同方向、不同速度的撞击后受力不均而作无规则运动。液体分子对溶胶粒子的撞击布朗运动2020/11/2448Template

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20052. 光学性质---丁铎尔效应2020/11/2449Template

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2005光的反射光线射入分散体系时:粒子大于入射光的波长粒子小于入射光的波长(d胶粒<λ可见光)光的散射丁达尔现象的解释1-100nm 400-700nm22020/11/503. 电学性质-电泳颜色加深在电场中,溶胶粒子会向某一电极方向运动。As2S3: Fe(OH)3:带负电

负溶胶带正电

正溶胶胶粒带电的原因:从介质中选择性

吸附某种离子2020/11/2451Template

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2005溶胶粒子带电原因AgNO3

+ KI(过量)

[(Ag

I

)m

nI-]n-AgNO3(过量)+ KI[(Ag

I

)m

nAg+]n+2020/11/2452Template

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2005

吸附作用胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电优先吸附与它组成有关的离子

电离作用胶体粒子表面分子发生电离使胶粒带电。硅酸溶胶表面上H2SiO3分子可以电离,如H2SiO3

= HSiO

- + H+ 或 SiO

2- + 2H+3

32020/11/2453Template

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20053

3HSiO

-或 SiO

2- 留在表面而使粒子带负电荷,H+ 进入溶液。2020/11/24Template

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200554三、胶团结构和电动电势胶团结构扩散层I

I-I-

I--I-I

[AgI]m

I-

I--

K+K+I-

K+K+I-

I-

I-

I-K+K+KK+K+K+K+K+I-K+吸附层+AgNO3+KI(过量)

AgI(溶胶)[(AgI)m·nI-

·(n-x)K+]x-

·

xK+胶核胶团I-: 电位离子K+: 反离子吸附层 扩散层胶粒55电动电势胶粒固相表面到液体MN:

固相界面MA: 吸附层AB: 滑动面AC: 扩散层(1)

双电层(2)

的电势(3)

ζ电场中,滑移面到液体

的电势吸附正离子

ζ

>

0

吸附负离子

ζ

<

0+++

—+

—++

—++

—+

————————ζδdN

B++

—+M电势A

C(4)

ζ的大小吸附层扩散层电势0ζ1ζ2ζ3反离子越多ζ越小ζ:胶粒所带的净电荷胶体溶液中加入电解质现象如何?反离子增多

扩散层变薄2020/11/2456Template

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2005变小四、溶胶的稳定性与聚沉稳定性的原因布朗运动:克服沉降作用胶粒带电:使胶粒分开溶剂化作用:避免碰撞越大,越稳定2020/11/2457Template

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2005聚沉溶胶失去稳定因素,胶粒相互碰撞,将导致颗粒合并、变大最后以沉淀形式析出聚沉值:能使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度,单位为mmol·L-1。影响胶体聚沉的因素:电解质电解质的加入使吸附层变薄,

降低,溶胶稳定性降低。2020/11/2458Template

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2005聚沉能力:是聚沉值的倒数

聚沉值越大的电解质,聚沉能力越小。价态影响

与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大,价数越高,聚沉能力越

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