水溶液胶体课件

水溶液胶体课件第1页/共88页本章主要内容：1.水2.溶液3.胶体溶液第2页/共87页第2页/共88页1.1水的性质

1.水第3页/共87页第3页/共88页水的物理性质第4页/共87页第4页/共88页水的密度

第5页/共87页第5页/共88页水的比热容第6页/共87页第6页/共88页

水的相图第7页/共87页第7页/共88页相（phase）：

体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。

相与相之间在指定条件下有明显的界面，体系中相的总数称为相数，用F

表示。气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得 多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。第8页/共87页第8页/共88页第9页/共87页第9页/共88页物质的量：

与质量、长度等一样，是科学上来研究微粒（如原子、分子、离子、电子等）的物理量。单位是摩尔。即：摩尔是表示物质的量的单位。国际单位制的七个基本单位如下：

物理量单位名称质量千克（Kg）长度米(m)

时间秒(s)

电流强度安培(A)

热力学温度开尔文(K)物质的量摩尔(mol)1.2溶液第10页/共87页第10页/共88页摩尔的基准：科学上以12克12C所含的原子数作为摩尔的基准。即每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒，近似值为6.02×1023。例：1mol氧气含6.02×1023个氧分子，1mol钠离子含6.02×1023个钠离子。注：不能说1摩氢、1摩氧，因这样不明确哪种微粒。第11页/共87页第11页/共88页

溶液的浓度：指一定量的溶液（或溶剂）中所含溶质的量。

1．物质的量浓度：溶质B的物质的量(nB)除以溶液的体积(V)。用符号cB表示。即一、溶液组成的量度

其SI单位为mol/m3，常用的单位是mol/L、mmol/L。在化学和医学中最常用。第12页/共87页第12页/共88页2.质量物质的量浓度mB=第13页/共87页第13页/共88页4．摩尔分数溶质B的摩尔分数：溶质B的物质的量(nB)除以溶液的物质的量(nA+nB)。用符号xB或x(B)表示。即

式中nA为溶剂A的物质的量，nA与nB单位相同，摩尔分数可用小数或百分数表示。第14页/共87页第14页/共88页1.稀溶液蒸气压降低1.2.2稀溶液的通性4.溶液的渗透压稀溶液沸点升高稀溶液凝固点下降第15页/共87页第15页/共88页稀溶液的依数性一、什么是“稀溶液的依数性”？与溶液有关的性质分为两类：溶液的颜色、酸碱性、导电性等性质，与溶质的本性有关；溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质，与溶质的本性无关。

只与溶质粒子的浓度（摩尔分数）有关，而与溶质的本性无关的性质，称为“依数性”。

·

只有溶质的浓度低，即所谓“稀溶液”才具有依数性

·

依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小

第16页/共87页第16页/共88页依数性是指：溶液的蒸气压下降溶液的沸点上升、凝固点下降溶液具有渗透压粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。第17页/共87页第17页/共88页

什么是物质的饱和蒸气压？什么是溶液的饱和蒸气压？“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？为什么溶液的蒸气压会下降？

溶液的蒸气压下降多少？

1.溶液的蒸气压下降第18页/共87页第18页/共88页

为什么会发生这种现象？蔗糖溶液水

放置一段时间后，水自动转移到糖水中去。蔗糖溶液水第19页/共87页第19页/共88页气化（蒸发）：液体表面能量较大的分子，克服分子间的引力，逸出液体表面进入液体上面的空间。凝结：气相中的分子，可能与液体表面发生碰撞，并被周围的液体分子所吸引，重新回到液相。饱和蒸气压：当凝聚速度=蒸发速度达到平衡，此时蒸气压为一定值。称为饱和蒸气压。饱和蒸气压第20页/共87页第20页/共88页1)纯溶剂的饱和蒸气压在密闭容器中，在纯溶剂的单位表面上，单位时间里有N0

个分子蒸发到上方空间中。

随着上方空间里溶剂分子个数的增加，分子凝聚回到液相的机会增加。

上方空间里溶剂分子个数逐渐增加，密度增加，压力也增加。第21页/共87页第21页/共88页

这时起，上方空间里溶剂分子的个数不再改变，蒸气的密度也不再改变，保持恒定。当密度达到一定数值时，凝聚的分子的个数也达到N0个。

此时，蒸气的压力也不再改变。

这个压力称为该温度下溶剂的饱和蒸气压，用p0

表示。第22页/共87页第22页/共88页2）什么是溶液的饱和蒸气压？

溶剂的表面

溶液的表面难挥发溶质的分子溶剂分子指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。

溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：第23页/共87页第23页/共88页同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”。3）“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思？第24页/共87页第24页/共88页4）为什么溶液的蒸气压会下降？

当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降低。第25页/共87页第25页/共88页结果：稀溶液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中气相分子数目少，故稀溶液蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压：

对溶液来讲,蒸气压大于P,液化；蒸气压小于P,汽化。

P<P0第26页/共87页第26页/共88页5）溶液的蒸气压下降多少？

——拉乌尔定律（Raoult’sLaw)(1887年，法国物理学家)在一定温度下，稀溶液的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数之积。p=p0•x剂

＊

用p

表示稀溶液饱和蒸气压下降值，则有

p=p0

－p=

p0

－p0•x剂

故有p=p0•

x质第27页/共87页第27页/共88页

在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，等于纯溶剂的蒸气压，乘溶质的摩尔分数，而与溶质的本性无关。（P0：溶剂的饱和蒸汽压）Δp:纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差

对于稀溶液：n质<<n剂,所以n质+n剂n剂

pp0

b/55.6molkg-1Kb

在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度b成正比。p=p0•

x质第28页/共87页第28页/共88页1、沸点升高沸点：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点。液体的正常沸点：外压为101.3KPa时的沸点。2稀溶液沸点升高和凝固点下降第29页/共87页第29页/共88页实验表明，难挥发非电解质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。这一现象称为溶液的沸点升高。

难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压。

溶液的沸点升高(△Tb)=溶液的沸点(Tb)－纯溶剂的沸点(Tb0)

即:△Tb=Tb－Tb0

第30页/共87页第30页/共88页2、凝固点降低

凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。纯水的凝固点（273K）又称为冰点。溶液的凝固点：指刚有溶剂固体析出时的温度。第31页/共87页第31页/共88页△Tf=Tf0-Tf和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解质溶液，凝固点降低亦正比于溶液的质量摩尔浓度，而与溶质的本性无关。式中△Tf为溶液的凝固点降低值，Tf0为溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点。第32页/共87页第32页/共88页凝固点降低法具有灵敏度高、实验误差小、重复测定溶液浓度不变等优点。a.可以测定溶质的相对分子量。

b.利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混合物作冷却剂。例如采用NaCl和冰，温度可以降到–22oC，用CaCl2·6H2O和冰，温度可以降到–55oC。二者的用途：第33页/共87页第33页/共88页注意要点

除液体外，固体也有饱和蒸气压。如干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。

饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。蒸气压的大小，与液体分子间的吸引力有关，吸引力越大，蒸气压越小。

极性分子的吸引力强，蒸气压小。非极性分子的吸引力小，蒸气压大。分子量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。

饱和蒸气压与温度密切相关——蒸气压—温度曲线温度升高，蒸气压增大第34页/共87页第34页/共88页

水，水溶液，冰体系的饱和蒸气压图l1l2l31.013105611T2l1

水l2

水溶液l3

冰p/Pa

T/KABB′A′273373T1

纵坐标蒸气压p

横坐标温度T第35页/共87页第35页/共88页l1l3p/Pa

T/Kl1

水l2l2

水溶液l3

冰第36页/共87页第36页/共88页l1l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰

从图中可以看出（1）随着温度的升高，水，水溶液，冰的饱和蒸气压都升高。l2第37页/共87页第37页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰

（2）其中冰的曲线斜率大，饱和蒸气压随温度变化显著。第38页/共87页第38页/共88页

（3）同一温度，水溶液的饱和蒸气压低于水的饱和蒸气压。

l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰第39页/共87页第39页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373

（4）拟使水的饱和蒸气压等于外界大气压力1.013105Pa，需要

373K，见图中A

点。第40页/共87页第40页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373

故水的沸点是373K。第41页/共87页第41页/共88页

（5）在373K时，溶液的饱和蒸气压小于外界大气压力1.013105Pa，溶液未达到沸点。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373第42页/共87页第42页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373

只有当温度升到T1

时（>373K），溶液的饱和蒸气压才达到1.013105Pa，溶液才沸腾。见图中A′点。A′T1第43页/共87页第43页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373

即T1是溶液的沸点，比纯水的沸点373K高。A′T1第44页/共87页第44页/共88页

（6）

冰线和水线的交点B

处，冰和水的饱和蒸气压相等。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1B611273

此点T=273K，p≈611Pa第45页/共87页第45页/共88页273K是水的凝固点，亦称为冰点。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273第46页/共87页第46页/共88页

（7）

在

273K时，溶液饱和蒸气压低于冰的饱和蒸气压，即p冰

>p溶。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273第47页/共87页第47页/共88页

当溶液和冰共存时，冰要熔解，或者说溶液此时尚未达到凝固点。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273第48页/共87页第48页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273

（8）降温到T2<273K时，冰线和溶液线相交于

B′点。T2B′第49页/共87页第49页/共88页l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273

（8）在

B′点，即p冰

=p溶时，溶液才开始结冰，达到凝固点。T2B′第50页/共87页第50页/共88页

溶液的凝固点降低，比纯溶剂低。l1l2l3p/Pa

T/Kl1

水l2

水溶液l3

冰1.013105A373A′T1611B273T2B′第51页/共87页第51页/共88页

可见，由于溶液的饱和蒸气压的降低，导致溶液沸点升高、凝固点降低。

即水溶液的沸点高于纯水而其凝固点低于纯水。第52页/共87页第52页/共88页扩散和渗透现象1）扩散：指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象

不同浓度气体，溶液等均可发生扩散现象。2）渗透：若在两种不同浓度的溶液之间，加上一种薄膜（半透膜）这种通过半透膜进行的扩散称渗透现象。

可作为半透膜的物质：细胞膜、肠衣、人工制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。3溶液的渗透压第53页/共87页第53页/共88页可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。第54页/共87页第54页/共88页溶液的渗透压糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压空气中只有水分子能通过纯水糖水放置一段时间后！第55页/共87页第55页/共88页

放置一段时间后：糖水柱升高，而水柱降低。水半透膜蔗糖溶液这种溶剂透过半透膜，进入溶液的现象，称为渗透现象。第56页/共87页第56页/共88页蔗糖水溶液柱水柱

故两侧静压相等时，单位时间里，进入蔗糖溶液的H2O分子（右行水分子）比从蔗糖溶液进入水中的

H2O分子（左行水分子）要多些第57页/共87页第57页/共88页

（1）水柱的高度降低，静压减小，使右行水分子数目减少

（2）蔗糖溶液柱升高，静压增大，使左行水分子数目增加渗透压

（3）蔗糖溶液变稀，半透膜右侧的H2O分子的比例增加，亦使左行水分子数目增加。

（4）

当过程进行到一定程度时，右行和左行的水分子数目相等。第58页/共87页第58页/共88页

于是水柱不再降低，同时蔗糖溶液柱亦不再升高，达到平衡。

这时液面高度差造成的静压，称为溶液的渗透压，用表示，单位为Pa第59页/共87页第59页/共88页渗透压：将纯溶剂与溶液以半透膜隔开时，为维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。符号:Π

单位：常用Pa或kPa渗透压

第60页/共87页第60页/共88页实验证明:当T一定时Π∝c，当c一定时Π∝T

1886年荷兰物理化学家范托夫（Van’tHoff）通过实验得出稀溶液的渗透压力与溶液的浓度、绝对温度的关系：ΠV=nRT

式中:Π为溶液的渗透压力,V为溶液的体积,n为该体积中所含溶质的物质的量,T为绝对温度,c为溶液的物质的量浓度,R为气体常数。Π=cRT第61页/共87页第61页/共88页（透析;洗肾)

第62页/共87页第62页/共88页反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力可使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。依此可实现溶液的浓缩和海水的淡化。

海水淡水pP>反渗透法海水淡化半透膜第63页/共87页第63页/共88页小结性质定义关系式蒸气压下降Δp=pBo-pBΔp=pBoxA=K

b沸点升高ΔTb=Tb-TboΔTb=Kbb凝固点降低ΔTf=Tfo-TfΔTf=Kfb渗透压力Π=cRT第64页/共87页第64页/共88页胶体：是一种物质以一定的分散程度存在的状态。胶体溶液（溶胶）是由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。高分子溶液:是由一些高分子化合物所组成的溶液。胶体分散系1.3胶体第65页/共87页第65页/共88页分子或离子分散系（粒子直径小于1nm）胶体分散系（粒子直径在1-100nm之间）粗分散系（粒子直径大于100nm）低分子溶液（分散质是小分子）高分子溶液(分散质是大分子)胶体溶液(分散质是分子的小集合体)浊液（分散质是分子的大集合体）最稳定很稳定稳定不稳定电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在一般显微镜可见能透过半透膜能透过滤纸,不能透过半透膜不能透过滤纸单相体系多相体系第66页/共87页第66页/共88页溶胶的性质

1、动力学性质——Brown运动利用超显微镜，可以观察到溶胶粒子的布朗运动，即不断地作不规则运动。第67页/共87页第67页/共88页2、光学性质

————Tyndall现象

1869年，英国物理学家Tyndall发现：在暗室中让一束聚光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为Tyndall现象。

第68页/共87页第68页/共88页1、当入射光波长<粒子直径d时，发生光反射。观察不到上述现象。2、当入射光波长

>粒子直径d时，发生光散射，每个粒子成为一个小光源。可见光波长=400-760nm，胶体粒子直径d=1-100nm，会发生散射，可观察到上现象。Tyndall现象产生原因：第69页/共87页第69页/共88页3电学性质——电泳和电渗电泳管中:Fe(OH)3溶胶向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带正电荷。电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。第70页/共87页第70页/共88页电渗：胶粒设法固定不动，分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。电泳和电渗合称为电动现象。第71页/共87页第71页/共88页第三节胶体（二）胶团的结构1．溶胶粒子带电原因胶核（分子或原子的聚集体）与分散介质之间存在着巨大的相界面，可以选择性地吸附某种离子而带电。2．胶团结构胶核表面吸附离子时，优先吸附与自身有相同成分的离子。如用AgNO3在过量KI中制备AgI溶胶，如图1-6所示。第72页/共87页第72页/共88页图1-6AgI胶团结构第73页/共87页第73页/共88页在过量KI中，AgI胶团结构式为：胶核吸附层扩散层（带正电）胶粒（带负电）胶团（电中性）

电泳时，吸附层和胶核一起运动，因此胶核和吸附层构成胶粒。胶粒和扩散层一起总称胶团。通常所说的溶胶带电是指胶粒带电，整个胶团是电中性的。第74页/共87页第74页/共88页若AgNO3过量，AgI胶团结构式为：第75页/共87页第75页/共88页（三）溶胶的稳定性稳定的主要原因：1．胶粒带电2．溶剂化膜（水化膜）的存在第76页/共87页第76页/共88页（四）溶胶的聚沉聚沉—使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程。常用方法：1.加入少量电解质（如江河入海口三角洲的形成）聚沉能力：与胶粒带相反电荷离子电荷越高，聚沉能力越强。对负溶胶聚沉能力：AlCl3>CaCl2>NaCl

对正溶胶聚沉能力：K3[Fe(CN)6]>K2SO4>KCl2．加入带相反电荷的胶体溶液如明矾净水法—溶胶相互聚沉3．加热第77页/共87页第77页/共88页

高分子化合物：由成千上万个原子组成的链状的具有巨大分子量（1万以上）的物质。高分子化合物有天然（如蛋白质、纤维素、淀粉、动物胶等）和合成（如塑料、合成橡胶、尼龙等）两大类。高分子溶液：高分子化合物溶解在适当的溶剂中所形成的均相体系。二、高分子溶液第78页/共87页第78页/共88页（一）高分子溶液的特征1．稳定高分子化合物表面能通过氢键与水形成很厚的水化膜，使其能稳定分散于溶液中不易凝聚。2．黏度大高分子化合物长链之间互相靠近结合成网状，把一部分溶剂包围在结构