物质的状态溶液和胶体

物质的状态溶液和胶体第1页，课件共68页，创作于2023年2月教师参考教学重点*理想气体状态方程*道尔顿分压定律*蒸汽压与温度的关系难点*蒸汽压与温度的关系*液体的表面张力教学建议*讲授物质状态与转化时应多联系实例，用挂图解释水的相图。从日常生活和农业生产实际的实例入手，有条件时可适当做课堂演示实验

（本章学时6）第2页，课件共68页，创作于2023年2月

第一章物质的状态、溶液和胶体第一节物质聚集状态1.1.1气体1.1.2液体1.1.3固体1.1.4等离子体1.1.5物质聚集状态的相互转化第3页，课件共68页，创作于2023年2月

各种物质总是以一定的聚集状态而存在着。通常认为物质有4种不同的物理聚集状态：即气态、液态、固态和等离子态(闪电、流星以及荧光灯点燃时

)。第一节物质和物质的聚集状态物质所处的状态和外界条件密切相连。在通常的温度和压力下，物质主要呈现气态、液态和固态。即物质的三态。气态液态固态等离子态第4页，课件共68页，创作于2023年2月气体的基本特征：可膨胀性；掺和性；敏感性理想气体：气体分子本身不占有空间，分子间无相互作用力的假想气体。 实际气体在压力不太高，温度不太低时，可视作理想气体。

一、理想气体状态方程pV=nRTp：理想气体的压强(压力)。

V：体积。

n：物质的量

T：热力学温度。

R：摩尔气体常数

R=8.314J/(mol·K)1.1.1气体第5页，课件共68页，创作于2023年2月理想气体状态方程还可表示为:

m、M、ρ分别为气体的质量(kg)、摩尔质量(kg/mol)和密度(kg/m3)1.1.1气体第6页，课件共68页，创作于2023年2月

二、混合气体分压定律（道尔顿Daldon分压定律）等温等容

A、B气体

混合

推广p=pA+pB+pC+……+pi或

p=∑pip为混合气体的总压力。推导：

pV=nRTpiV=niRT两式相除得：

pi/p=ni/n=xi故：

pi=xip分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。nATVpAnBTVpBnA+

nB

TVpA+pB+=1.1.1气体第7页，课件共68页，创作于2023年2月

三、混合气体分体积定律（阿玛格Amaget定律）等温等压

A、B气体

混合

推广V=VA+VB+VC+……+Vi或

V=∑ViVi：为混合气体i组分的分体积。V：为混合气体的总体积。

故：

Vi=xiVnATpVAnBTpVBnA+

nB

TpVA+VB+=1.1.1气体分体积定律：混合气体中某一组分B的分体积VB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8页，课件共68页，创作于2023年2月四、混合气体平均摩尔质量当混合气体成分稳定不变时，可以将其看成纯气体，使用平均分子量进行各种运算设混合气体中组分A、B、C······的物质的量分数分别为x（A）、

x（B）、

x（C）

······，相应的摩尔质量为M（A）M（B）、M（C）

······，则混合气体的平均式量为M=x（A）

·M（A）

+x（B）·M（B）+

x（C）

·M（C）

+······

=x（i）

·M（i）

1.1.1气体第9页，课件共68页，创作于2023年2月1.1.1气体五、真实气体范德华（VanderWaals）方程：a、b称为范德华常数，a是气体分子间力修正常数，b是气体分子体积修正常数。产生偏差的主要原因是：①气体分子本身的体积的影响；②分子间力的影响。第10页，课件共68页，创作于2023年2月问题：

真实气体在什么样的特定状态下接近于理想气体的状态呢？

答案：高温且低压！

为什么？请思考！1.1.1气体因为在上述条件下，气体分子间的距离相当大。一方面使气体分子自身的体积与气体体积相比可以忽略不计。另一方面也使分子之间的作用力显的微不足道。可以用描述理想气体的标准去描述实际气体。第11页，课件共68页，创作于2023年2月一、气—液平衡蒸发：

液体→气体

凝聚：

气体→液体气液平衡：当液体蒸发为气体且气体凝聚为液体的过程达到动态平衡时,即处于气液平衡状态,此时的温度就是沸点。液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点蒸气压：处于蒸发、凝聚动态平衡的气体叫饱和蒸气，饱和蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。临界温度：

气体冷却到某一温度Tc或更低时才能用加压的办法使气体液化。1.1.2液体第12页，课件共68页，创作于2023年2月2、饱和蒸气压①饱和蒸汽压：简称蒸汽压②影响蒸汽压的因素：

a、温度；b、液体本身的性质－分子间引力第13页，课件共68页，创作于2023年2月二、蒸气压和温度的关系

液体沸腾时的温度与气液平衡时的蒸气压有直接关系，研究表明，蒸气压是温度的函数

p=f(T):1.1.2液体第14页，课件共68页，创作于2023年2月三、液体的表面张力液体表面分子与液体内分子的受力不同，B

分子处于液体内，受到周围分子的作用力是均衡的；

A分子处于表面，此分子受到液相体内分子的作用，同时又受到性质不同的另一气相分子的作用，受力不均衡。

液体表面会显示自动收缩趋势，即存在表面张力。

同理，液-液、液-固、固-固界面上存在界面张力。glAB1.1.2液体第15页，课件共68页，创作于2023年2月固体：

1、晶体

2、非晶体晶体与非晶体的差异：晶体具有规则的几何形状，非晶体则没有。晶体具有固定的熔点，非晶体无固定的熔点。晶体显各向异性，非晶体显各向同性。1.1.3固体*液晶*等离子体（简介）第16页，课件共68页，创作于2023年2月晶体的内部结构（1）十四种晶格三斜P单斜P单斜C正交P正交C正交I正交F第17页，课件共68页，创作于2023年2月构成：1、三条线（两相平衡线）2、一个点（三相共存点）3、三个面（单相区）101.325kPaDEOACB273.15K273.16K373.15K0.611kPalgsTp（水的相图）1.1.4物质三态的转化规律以水的相图说明第18页，课件共68页，创作于2023年2月一、分散体系（分散系）：一种或几种物质被分散成微小的粒子分布在另一种物质中所构成的体系。分散质：被分散的物质，通常分散质含量较少，一般不连续。分散剂：起分散作用的物质，存在于分散质周围，一般是连续相。二、分散系分类：

按分散系的聚集状态可分九类（见表1-1）。按分散系的粒子大小可分三类（见表1-2）。1.2溶液第19页，课件共68页，创作于2023年2月表1-1

按物质聚集状态分类的分散系p6气空气气液云、雾固烟、尘气泡沫塑料固液珍珠固有机玻璃气肥皂泡沫液液牛奶固Fe(OH)3溶胶、泥浆水

分散剂分散质实例1.2溶液第20页，课件共68页，创作于2023年2月表1-2

按分散质颗粒大小分类的分散系小于1nm(10–9)分子离子粒子能通过滤纸与半

NaCl溶液分散系透膜，扩散速度快

1~100nm

胶体粒子能通过滤纸但不

Fe(OH)3溶液分散系能透过半透膜,扩散慢蛋白质溶液颗粒直径大小类型主要特征实例大于100nm粗粒子不能通过滤纸不豆浆分散系能透过半透膜,不扩散乳汁1.2溶液第21页，课件共68页，创作于2023年2月1.2.2溶液浓度的表示方法1、B的物质的量浓度mol/dm32、溶质B的质量摩尔浓度mol/kg3、B的物质的量分数无量纲4、B的质量分数kg第22页，课件共68页，创作于2023年2月1.2.3稀溶液的依数性溶液的性质可分为两类:一类是溶质本性不同所引起的,如溶液的密度、体积、导电性、酸碱性和颜色等的变化,溶质不同则性质各异.另一类是溶液的浓度不同而引起溶液的性质变化,如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等,是一般溶液的共性.（依数性）我们将只与溶液中溶质的粒子数目有关、而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性。第23页，课件共68页，创作于2023年2月1、溶液的蒸气压下降

拉乌尔定律：一定温度下，含有非挥发性溶质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的物质量的分数。p=p*

xAp*:纯溶剂蒸气压xA:溶剂的物质的量分数p=p*(1-xB)

→

p*-p=p*xB∴

Δp=p*xBxB：溶质的物质的量分数Δp：溶液蒸气压的下降值1.2.3稀溶液的依数性第24页，课件共68页，创作于2023年2月

Δp=p*xB

=p*[nB/(nA+nB)]

≈p*[nB/nA]注：nA+nB

≈nAnA=mA/MAbB=nB/mA∴Δp=(p*·MA)bB对水来说

MA

=0.01801kg/molKV=0.01801p*Δp=KVbB

结论：稀溶液蒸气压的下降与稀溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。1.2.3稀溶液的依数性第25页，课件共68页，创作于2023年2月a:纯溶剂的蒸发示意图b:稀溶液的蒸发示意图

稀溶液蒸气压下降的解释一：1.2.3稀溶液的依数性∴p液<p纯剂，c液越大，p液越小。p纯-p液的差值也越大。第26页，课件共68页，创作于2023年2月

稀溶液蒸气压下降的解释二：abcp1p2p3Δp1Δp2Tpa:纯水b:稀溶液(bB)bc:稀溶液(bB)c且(bB)b<

(bB)c∴

Δp1＜Δp2问题：如何增强植物的抗旱能力？1.2.3稀溶液的依数性第27页，课件共68页，创作于2023年2月2、溶液的沸点上升和凝固点下降Tp←纯水←溶液101.325kPa

Tf*TfTbTb*ACB正常沸点:p=101.325kPaTb*=373.15K

Tb＞

Tb*正常凝固点:p=101.325kPaTf*=273.15K

Tf*＜Tf

现象一现象二1.2.3稀溶液的依数性第28页，课件共68页，创作于2023年2月第29页，课件共68页，创作于2023年2月

ΔTb=KbbB

ΔTf=KfbB显然

Tf

＜Tf*凝固点下降

ΔTf=Tf*-Tf

显然

Tb＞

Tb*

沸点上升

ΔTb=Tb-Tb*结论一结论二问题一：为何稀饭比水烫伤得厉害？问题二：如何增强植物的抗冻能力？1.2.3稀溶液的依数性第30页，课件共68页，创作于2023年2月溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降的应用：植物的抗旱耐寒性：植物体内细胞中有多种可溶物（氨基酸、糖等），这些物质使细胞液的蒸气压下降、凝固点降低，从而使植物表现出一定的抗旱和耐寒性。冰盐冷冻剂：1份食盐和3份碎冰混合，体系的温度可降至20度；10份六水氯化钙与7~8份碎冰混合，体系的温度可降至20~40度。汽车防冻剂：汽车水箱中加入甘油或乙二醇等物质，可以降低水的冰点，防止水箱冻坏。第31页，课件共68页，创作于2023年2月溶剂溶液

p1

p2+

p2

渗透压示意图h半透膜：只允许溶剂小分子通过、不允许大分子通过的物质。3、溶液的渗透压渗透:溶剂透过半透膜进入溶液而使溶液一侧的液面升高和浓度稀释的自发过程.溶剂分子第32页，课件共68页，创作于2023年2月3、溶液的渗透压

渗透压：阻止渗透作用发生而必须向溶液所施加的最小压力。产生渗透压的二个条件：有半透膜存在半透膜两侧单位体积内溶剂分子数不同（浓度不同）πV=niRTorπ=ciRT稀溶液中

ci

≈bB

π=ciRT半透膜

溶液纯水渗透压1.2.3稀溶液的依数性第33页，课件共68页，创作于2023年2月渗透作用的应用：如人体血液有一定的渗透压，向人体输液时，一定要输入与血液渗透压相等的等渗液。利用反渗透技术进行海水淡化或水的净化1.2.3稀溶液的依数性

如果外加在溶液上的压力超过了溶液的渗透压,则溶液中的溶剂分子可以通过半透膜向纯溶剂方向扩散,纯溶剂的液面上升,这一过程称为反渗透.能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40第34页，课件共68页，创作于2023年2月稀溶液依数性小结：各依数性ΔpΔTb

ΔTfπ都与bB成正比，与溶质本性无关。四个依数性中蒸气压下降是核心，沸点上升、凝固点下降、渗透压产生都与蒸气压下降有关。（现象解释）若溶质、溶剂都有挥发性，则可以有：pA=pA*xA;

pB=pB*xB;p=pA+pBp---溶液蒸气压四个依数性都与bB有关，

bB与溶质分子量（粒子数）有关，由此可以求算溶质的分子量。

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切记并理解！1.2.3稀溶液的依数性第35页，课件共68页，创作于2023年2月例题：某种蛋白质，估计它的摩尔质量在15000g/mol左右。如果在298K时，取1.0g样品溶于100g水，试问利用哪一种依数性来测定摩尔质量好一些？解：a)

先用沸点上升法测定：Kb=0.515K•kg•mol–1

Tb=Kb•bB=Kb•nB/mA=0.5151.0/15000/10010–3

=0.34310–3K

b)

用凝固点下降法测定：

Kf=1.853K•kg•mol–1

Tf=Kf•bB=Kf•nB/mA=1.8531.0/15000/10010–3

=1.2410–3K

c)

用渗透压法测定：

=cRT=(nB/V)RT=8.3142931.0/15000/0.110–3

=1.62103Pa=1.62kPa

显然，

Tb、Tf都很小，不易测定，故用渗透压测定最好。1.2.3稀溶液的依数性第36页，课件共68页，创作于2023年2月三、表面吸附吸附：一种物质自动聚集到另一种物质表面上去的过程。为什么会出现吸附？

表面分子与相内分子的受力不同，B

分子处于相内，受到周围分子的作用力是均衡的；

A分子处于表面，此分子一方面受到本相体内分子的作用，另一方面又受到性质不同的另一相分子的作用，受力不均衡，易形成凹月面。glAB1.3胶体1.3.1吸附作用第37页，课件共68页，创作于2023年2月在气液表面上A分子受到气相分子的作用力是极小的，因此A分子受到一个指向液体内部的合力（剩余力）。从能量角度看，A分子比B分子具有较高的能量，这部分高出的能量就是表面自由能——表面能。

表面能的存在带来：—不稳定气液表面的分子总有降低表面能，缩小表面积的趋势。自由状态下液滴呈球形就是此原因。固体表面利用表面分子的剩余力场吸附其它分子减少剩余力场，降低表面能，因此产生表面吸附。1.3胶体第38页，课件共68页，创作于2023年2月1、分子吸附分子吸附遵循相似相吸原则，主要是吸附剂对非电解质或弱电解质分子的吸附。2、离子吸附

离子吸附有离子选择吸附和离子交换吸附两种：

(1)离子选择吸附：优先选择吸附与固体粒子具有相同组成和结构相似并能与之生成难溶化合物的离子，其次再选择吸附能与固体形成同晶型固体的那些离子。1.3胶体第39页，课件共68页，创作于2023年2月

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBr–Br–Br–

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgAg+Ag+例一：

AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时，

KBr过量，则AgBr固体优先吸附Br-

而使固体表面带负电。

例二：AgNO3与KBr制备AgBr溶胶时AgNO3

过量，则AgBr固体优先吸附Ag+而使固体表面带正电。1.3胶体第40页，课件共68页，创作于2023年2月

(2)离子交换吸附：吸附剂从溶液中吸附某种离子时，等物质量地置换出另一种电荷符号相同的离子到溶液中，此吸附称离子交换吸附，离子交换吸附过程是可逆过程。土壤中的养分保持和释放大部分是通过离子交换进行的。Na+Ca2+

+3NH4+

NH4+NH4+NH4++Ca2+

+Na+

1.3胶体第41页，课件共68页，创作于2023年2月胶体固体颗粒（直径1~100nm）分散于液体中的一种胶体分散系，它属于高分散度的多相体系。高分子溶液高分子物质溶于适当溶剂而形成的溶液，其溶质高分子的大小在胶体分散系范围内，它同真溶液一样属均相体系。溶胶1.3胶体第42页，课件共68页，创作于2023年2月系统中物理和化学性质完全均一的部分称为相。相与相之间有明显的界面（相界面），在界面上宏观性质的改变是突变式的。气相：因为气体能够无限地混合，所以无论系统中有多少种气体，都只有一个气相。液相：根据不同种液体的互溶程度，系统中可以有一个、两个或三个液相。固相：有多少种固体，就有多少个固相，而不管这些固体颗粒研磨得多么细小，混合得多么均匀（因为在这种情况下，即使混合得再均匀，也不是分子程度上的均匀混合）。第43页，课件共68页，创作于2023年2月1.3.4胶团结构AgNO3与过量KI形成AgI溶胶的胶团结构：

[(AgI)m胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层胶粒胶团•

nI-•

(n-x)K+

]x-•xK+掌握好！1.3胶体胶粒带电，胶团不带电（电中性）第44页，课件共68页，创作于2023年2月(AgI)m胶核K+K+K+K+胶团I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+胶粒胶团构造示意图第45页，课件共68页，创作于2023年2月（2）粒子的结构相距约一、二个离子厚度称为紧密层；另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，称为扩散层。第46页，课件共68页，创作于2023年2月氢氧化铁溶胶的胶团结构：

{[Fe(OH)3]m

硅胶的胶团结构：

[(aSiO2•bH2O)m•nHSiO3-

•

(n-x)H+]x-

•xH+

[(aSiO2•bH2O)m•nSiO32-

•

2(n-x)H+]2x-

•2xH+•nOH-

?•nFeO+?!

•(n-x)OH-

?•

(n-x)Cl-

}x+

!•xCl-

[(AgBr)m

•nK+?•nNO3-

?•nAg+?!

•(n-x)Br-

?•

(n-x)NO3-

]x+

!•xNO3-

溴化银溶胶的胶团结构（AgNO3过量)：1.3胶体第47页，课件共68页，创作于2023年2月1、KI与过量的

AgNO3作用制备的胶体其胶团结构为：2、用H3AsO3与过量

H2S作用制备硫化砷溶胶其胶团结构为：

[(AgI)m•nAg+

•(n-x)NO3-

]x+

•xNO3-

[(As2S3)m•nS2-

•

2(n-x)H+]2x-

•2xH+

[(As2S3)m•nHS-

•

(n-x)H+]x-

•xH+例题：1.3胶体第48页，课件共68页，创作于2023年2月1.3.3溶胶的性质(1)动力学性质——布朗运动：产生布朗运动的原因：胶粒受周围溶剂小分子不均衡撞击的结果。A1.3胶体第49页，课件共68页，创作于2023年2月

1903年发明了超显微镜，为研究布朗运动提供了物质条件。可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动。通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度的升高而增加。1.3胶体第50页，课件共68页，创作于2023年2月(2)溶胶的光学性质——丁铎尔效应光照射物体粒子时可以发生：a：反射(粒子直径大于入射光波长);b：透射(粒子直径远小于入射光波长);c：散射(粒子直径略小于（或近似于）入射光波长)。丁铎尔效应即是由于胶粒对光散射的结果溶液溶胶光源1.3胶体第51页，课件共68页，创作于2023年2月1.3胶体

溶胶中分散质粒子直径：1～100nm

可见光波长：400～700nm

在真溶液中，溶质颗粒太小（<10-9m）,光的散射极弱，看不到丁铎尔效应。阳光从狭缝射进室内形成光柱也是丁铎尔效应。第52页，课件共68页，创作于2023年2月(3)溶胶的电学性质——电泳和电渗通电前黏土胶体清水–+通电后水面变化黏土胶体溶胶在电场下会发生如下的变化：1.3胶体+++++++++++++++++–电泳第53页，课件共68页，创作于2023年2月+–多孔性物质溶胶电泳是胶体粒子在电场中的定向移动电渗是当胶体粒子固定不动时溶液在电场中的定向移动胶粒设法固定不动,分散剂在电场中作定向移动。结论：胶体的胶粒是带电的1.3胶体第54页，课件共68页，创作于2023年2月胶粒带电的原因：吸附带电胶体粒子对溶液中的离子产生选择性吸附使胶粒带电。电离带电

例如：Fe(OH)3固体表面选择性吸附FeO+离子而带正电。AgBr吸附Br–而带负电。

例如：硅酸溶胶粒子表面会发生电离，过程如下：

xSiO2•yH2O＝H++HSiO3–

＝2H++SiO32–胶体粒子表面分子发生电离使胶粒带电土壤。*同晶替换晶格中心离子被其他不同价离子所替代而使晶格带电。如Si4+被Ca2+代替后，晶格带负电。土壤中常发生。1.3胶体第55页，课件共68页，创作于2023年2月1.3.5溶胶的稳定性和聚沉1、溶胶的稳定性稳定原因胶粒带电（双电层结构）溶剂化膜布朗运动掌握1.3胶体第56页，课件共68页，创作于2023年2月2、溶胶的聚沉:分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出来的过程b:

对溶胶起聚沉作用的主要是与胶粒电荷符号相反的离子。c:

起聚沉作用的离子的荷电多少决定了其聚沉能力的大小。d:

同价离子的聚沉能力与水化离子半径的大小有关，水化离子半径越大，聚沉能力越小。a:

任何电解质达到足够浓度时都能使溶胶聚沉。(1)加电解质：1.3胶体第57页，课件共68页，创作于2023年2月定义：聚沉值可以用来衡量电解质的聚沉能力，所谓聚沉值是指一定量的溶胶中，在一定时间内(通常是18小时)使溶胶聚沉所需的电解质的最低浓度(mmol/dm3)。从上面的定义可以看出，聚沉值大的电解质，聚沉能力小；聚沉值小的电解质，聚沉能力大。聚沉能力=（聚沉值）–1电解质对溶胶聚沉起作用的是与胶粒带相反电荷的离子，其聚沉值的大小与该离子的价数有关。例如：1.3胶体第58页，课件共68页，创作于2023年2月

上图是Al3+、Ca2+、Na+

三种离子对

As2S3

负溶胶聚沉能力的比例图。故电解质聚沉能力的大小与起作用离子的价数的六次方成正比，价数越高聚沉值越小，聚沉能力越大。1.3胶体第59页，课件共68页，创作于2023年2月(2)溶胶相互聚沉：带相反电荷的溶胶互相混合会发生相互聚沉。(3)增大溶胶的浓度会使溶胶聚沉：原因：浓度增大则胶粒间距变小，胶粒碰撞机会增大。原因：温度升高，分子热运动增大，胶粒表面吸附的电位离子减少，胶粒荷电数减少。另外，温度升高，胶粒水化膜变薄，易聚沉。(4)升高溶胶的温度会使溶胶聚沉：1.3胶体第60页，课件共68页，创作于2023年2月

例题1：在碱性溶液中用HCHO还原HAuCl4

以制备金溶胶，反应中生成的AuO2–是稳定剂，K+是反离子，写出金溶胶的胶团结构式。[(Au)m•nAuO2–

•(n-x)K+