第1章 溶液和胶体

《农业基础应用化学》

马婷婷本

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期授课学时教学周数周

学

时课堂教学学

时实

验

课学

时901867020课程安排教学内容安排学时授课方式

第一章溶液和胶体

第二章化学平衡和电解质溶液

第三章氧化还原反应

第四章配位平衡

第五章定量分析化学概述

第十章有机化学概述

第十一章烃

第十二章醇、酚、醚

第十三章醛、酮、醌

第十四章羧酸及其衍生物

第十七章糖类

第十八章蛋白质6126682866622讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授教学内容安排实验安排实验内容安排学时授课方式第一节实验室安全知识及玻璃仪器的洗涤第二节分析天平的使用第三节NaOH浓度的标定第四节酸碱滴定第五节醋酸解离常数测定第六节邻二氮非光度法测铁第七节工业酒精蒸馏第八节重结晶222222422实验实验实验实验实验实验实验实验实验

绪论：

走进神秘绚丽多彩的化学世界一、化学无处不在自然界的一切物质，大至天体、星球，小至生物、原子，无论有生命还是无生命的，都是由各种化学元素组成的。并且物质还在不断的变化着。因此，化学即是研究物质变化的科学。现代化的文明和生活几乎都不能缺乏“化学”，人类的衣食住行，空间技术及环境工程等，无不与化学息息相关。一、化学无处不在衣一、化学无处不在食一、化学无处不在住一、化学无处不在行二、化学的研究对象化学几乎与所有其他学科一样，分担着发展材料、能源信息和生物工程等一系列高技术的重任，化学和物理一起是当代自然科学的轴心。化学是自然科学中的一门重要学科，它是在分子、原子或离子水平上研究物质的组成、结构、性质、应用以及物质之间相互转化规律的一门学科。思考：生物专业的学生为什么必须学习化学呢？1.化学从学科的角度看，化学学科为一级学科，它的

分支有无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等，这些均为二级学科。《农业基础应用化学》就是根据生物农业专业的特点和需要，扼要地介绍无机化学、有机化学、分析化学中的基本理论和基础知识。2.在生物与农业研究中，植物营养学、肥料学、作物施肥学、生物试验以及植物营养分析等学科的迅速发展，趋向于用化学语言进行表达。美国医学教授、诺贝尔奖金获得者A.Komberg疾呼：要“把生命理解成化学”。由此可见，对生物与农业专业的学生开设化学课是十分必要的。生物专业的学生有了良好的化学基础，无论是对生物专业各门课程的学习还是对今后从事科学研究都是十分有用的。三、化学的分支学科无机化学

无机化学研究的对象是元素及其化合物（即没有生命的化学），是化学学科中发展最早的一个分支学科。有机化学有机化学是研究有机物的结构、性质、合成及其相关理论的学科。分析化学分析化学即研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论，是化学的一个重要分支。四、怎样学好农业基础应用化学预习听课笔记练习复习实验自学讨论课外读物农业基础应用化学第一章溶液和胶体第一节溶液及其浓度一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的体系叫溶液。通常所谓的溶液指液态溶液，最常见的是以水为溶剂的水溶液；空气就是气态溶液；汞溶解于金属锌当中就是固态溶液注：溶液既不是溶质和溶剂的机械混合，也不是两者的化合物。严格地讲溶解是一个物理化学过程。一、分散体系

分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。分散系中被分散的物质叫分散质/分散相，而容纳分散质的物质叫分散剂/分散介质。例如：氯化钠溶液：氯化钠为分散质，水为分散剂云雾：水滴为分散质，空气为分散剂表1-1按分散质和分散剂聚集状态分类

分散质分散剂实例

气气空气、家用煤气液气云、雾固气烟、灰尘气液泡沫、汽水液液牛奶、豆浆、农药乳浊液固液泥浆、油漆、墨水气固泡沫塑料、木炭、浮石液固肉冻、硅胶、珍珠固固红宝石、合金、有色玻璃

表1-2按分散质粒子的大小分类分散质粒子直径分散系类型分散质主要性质>100nm粗分散系：乳浊液、悬浊液分子的大集合体多相，不稳定，扩散很慢，颗粒不能透过滤纸1-100nm胶体分散系：高分子溶液、溶胶高分子分子、离子、原子的聚集体多相，较稳定，扩散慢，颗粒能透过滤纸，不能透过半透膜<

1nm分子/离子分散系：小分子或离子分散系小分子或离子均相，稳定，扩散快，颗粒能透过半透膜二、溶液组成的表示方法1.物质的量浓度定义：溶液的物质的量浓度cB等于溶质B的物质的量nB

除以溶液的总体积V，即：单位：mol·L-1，浓度很小时可用mmol·L-1关系：1mol·L-1=1×103mmol·L-1=1×106μmol·L-1

=1×109nmol·L-1物质的量n，摩尔质量M0.53gNa2CO3的物质的量是多少？运用摩尔质量的定义式可以方便地计算MB、mB和nB。

正常人血浆中每100mL含Na+326mg、HCO3-164.7mg、Ca2+10mg，它们的物质的量浓度(单位mmol·L-1)各为多少？

2.质量浓度定义：溶质B的质量除以溶液的体积，符号为ρB

。单位：kg·L-1，常用g·L-1，也可用mg·L-1，μg·L-1等未知相对分子质量的物质B即可用质量浓度ρB表示3.质量摩尔浓度定义：溶质B的物质的量除以溶剂的质量，符号为bB，公式即单位：mol·kg-1由于质量摩尔浓度与温度无关，因此在物理化学中广为应用。4.质量分数定义：溶质B的质量与溶液质量之比，符号为ωB。单位：1(one)

例如：100gNaCl溶液中含NaCl10g，可表示为ω

NaCl=0.1=10%defmBωBm

物质的量浓度与质量分数CB—溶质B的量浓度;

—溶液的密度;

—溶质B的质量分数;

MB—溶质B的摩尔质量。

物质的量浓度与质量摩尔浓度

CB—溶质B的量浓度;

—溶液的密度;

m

—溶液的质量;

nB

—溶质B的物质的量。

例2将22.4gMgCl2溶于200mL水（d=1.00kg·L-1）中，

计算所得溶液（d=1.089kg·L-1）的c(MgCl2)、

ρ(MgCl2)、b(MgCl2)

及ω(MgCl2)。解n(MgCl2)===0.235(mol)m(MgCl2)M(MgCl2)22.495.22n(H2O)===11.1(mol)dVM(H2O)1.00×1000×0.2018.0V(溶液)===0.204(L)

md200+22.41.089×1000则n(MgCl2)V(溶液)0.2350.204c(MgCl2)===1.15(mol·L-1

)ρ(MgCl2)=

=

=

109.8(g·L-1

)

mV22.40.204b(MgCl2)=

=

=1.18(mol·kg-1

)n(MgCl2)m(H2O)0.2350.200×1.00ω(MgCl2)==0.020722.4200+22.4第二节稀溶液的依数性一、溶液组成及表示方法1.质量分数(%):溶质的质量(mB)与溶液质量(m)之比，称为质量分数，用wB表示，

2.物质的量浓度:单位体积(V)的溶液内所含溶质B的物质的量(nB)，称为溶质B物质的量浓度，简称B的浓度，用符号cB表示，单位mol/L。则xA＋xB＝1

3.质量摩尔浓度:溶液中溶质B的物质的(nB)与溶剂A的质量(m)之比，称为溶质B的质量摩尔浓度，用符号bB表示，单位为mol/kg。4.摩尔分数:物质B的物质的量(nB)与系统总物质的量(n＝nA＋nB)之比，称为物质B摩尔分数或物质B的物质的量分数，xB或yB(气体)表示，单位1。例题2-3:已知质量分数为10%的盐酸溶液,密度为1.047kg／L.计算(1)HCl的物质的量浓度;(2)HCl的质量摩尔浓度;(3)HCl的物质的量分数.练一练：解:

此溶液中HCl的物质的量为(1)

此溶液中HCl的物质的量浓度为(2)

此溶液中HCl的质量摩尔浓度为(3)

溶液中HCl的物质的量分数第二节稀溶液的通性在难挥发的非电解质稀溶液中，溶液的某些性质仅与溶剂中溶质的独立质点数相关，而与溶质本身的性质无关，如溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压等，这类性质称为稀溶液的通性或依数性。包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压现象。

稀溶液：溶剂与溶质分子之间、溶质分子之间没有相互作用的溶液，为一种理想化的溶液模型。稀溶液的通性：1.1溶液蒸汽压的下降液体的蒸发a敞口容器b密闭容器中一定温度下，敞口容器中液体将不断蒸发至没有液体留下。一定温度下，密闭容器中的液体随着蒸发进行，最终将达到液体蒸发与气体凝结的动态平衡状态，蒸气压力不再变化。液体的饱和蒸气压

在一定温度和压力下，把水放在密闭的真空容器中，当蒸发速率和凝聚速率相等时，液态水及其蒸气即液相和气相处于平衡状态，此时的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所呈现的蒸气压叫饱和蒸气压，简称蒸气压。几种液体的蒸汽压曲线①蒸气压是液体的重要性质;②蒸气压随温度升高而增大。在纯溶剂中加入一定量的难挥发溶质后，溶剂的摩尔分数下降，溶剂的表面能克服分子间引力进入气相的分子数目要比纯溶剂少。达到平衡时，溶液的蒸气压要比相同温度的纯溶剂饱和蒸气压低，该现象称为溶液的蒸气压下降。溶液的蒸气压下降拉乌尔定律（Roult’sLaw）一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。(1-10)拉乌尔（RaoultFM，1830-1901），法国化学家，主要从事溶液的性质研究。两组分体系中：(1-10)一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶质的摩尔分数成正比。表述1表述2稀溶液中：

一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。

拉乌尔定律的适用范围：非电解质稀溶液(1-11)表述31.2溶液沸点的升高和凝固点的降低沸腾与沸点

当液体的蒸气压与外压相等时，液体表面和内部同时发生气化现象，该过程被称为沸腾。此时的温度，称为液体的沸点。

通常液体的沸点是指其蒸气压等于101.325kPa时的温度，称为正常沸点，也简称沸点。液体的沸点会随着外压的升高而升高。溶液的沸点升高现象

难挥发非电解质稀溶液的蒸气压比纯溶剂要低，所以在达到溶剂沸点时，溶液不能沸腾。为了使溶液沸腾，就必须使溶液的温度升高，加剧溶剂分子的热运动，以增加溶液的蒸气压。当溶液的蒸气压与外压相等时，溶液开始沸腾。显然此时溶液的温度应高于纯溶剂的沸点。

难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，对于难挥发非电解质的稀溶液，溶液的沸点升高：△Tb

=Tb–Tb′

=

kbbB

(1-12)kb称为溶剂的沸点升高常数，单位为K·kg·mol-1。

Tb′TbpTp=101.325kPa纯溶剂溶液p<pΘ沸点升高示意图表1-4

几种常见溶剂的Tb和Kb溶剂Tb/KKb/K

kg

mol-1水(H2O)373.150.52苯(C6H6)353.352.53四氯化碳(CCl4)351.654.88丙酮(CH3COCH3)329.651.71三氯甲烷(CHCl3)334.453.63乙醚(C2H5OC2H5)307.552.16例1-568.4g蔗糖(C12H22O11,M=342g

mol-1)溶于1000g水中，计算该溶液的沸点。解：水的沸点为373.15K,其沸点升高常数Kb=0.52K

kg

mol-1。溶液的凝固点下降凝固点

溶液的蒸气压（即溶液中纯溶剂的蒸气压）与固态纯溶剂的蒸气压相等时的温度，称为溶液的凝固点。溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低是一个常见的自然现象。

溶液的凝固点降低

向一纯溶剂与其固相共存的平衡体系中加入溶质，则会引起溶剂的蒸气压下降，导致平衡破坏。对于固相，由于与之平衡的蒸气压要高于此时溶液的蒸气压，所以，此时必然有固相溶剂融化，降低溶液的浓度，以抵消加入溶质后所引起的液相蒸气压下降作用。而固相溶剂在融化中要吸收大量的热，所以在重新达到平衡过程中，整个系统的温度要降低，进而引起固相溶剂和溶液上方蒸气压的下降。该现象被称为溶液的凝固点降低。pTTf溶剂的气-固平衡线纯溶剂溶液Tf′凝固点降低示意图溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，对于难挥发非电解质的稀溶液：△Tf

=Tf－Tf′=Kf

bBKf

称为溶剂的凝固点降低常数。①

Kf只与溶剂性质有关;②

同种溶剂的Kf

值＞Kb值。冰表1-5

几种溶剂的Tf和Kf溶剂Tf/KKf/K

kg

mol-1水(H2O)273.151.86苯(C6H6)278.665.12硝基苯(C6H5NO2)278.856.90萘(C10H8)353.356.80醋酸(CH3COOH)289.753.90环己烷(C6H12)279.6520.2例1-6从人尿中提取出一种中性含氮化合物，将90.0mg纯品溶解在12.0g蒸馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低了0.233K，试计算此化合物的摩尔质量。解：查表1-5得水的凝固点降低常数Kf=1.86K

kg

mol-1。凝固点下降法常用于测定溶质的摩尔质量。

溶液的蒸汽压下降和凝固点降低的重要实例道路的除冰作业植物的抗旱与抗寒1.3溶液的渗透压扩散与渗透Π物质自发的由高浓度处向低浓度处迁移的现象称为扩散。物质粒子通过半透膜单向扩散的现象称为渗透

。维持半透膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡所需要的额外压力称为渗透压。渗透压半透膜溶剂溶质渗透压现象既存在于半透膜所隔开的溶剂和溶液之间，也存在于不同浓度的溶液之间。渗透压相等的溶液被称为等渗溶液。德国植物学家菲弗尔(PefferW)温度一定时，非电解质稀溶液的渗透压与溶质的物质的量浓度成正比；当溶液浓度一定时，渗透压与温度成正比。π为溶液的渗透压，SI单位为Pa；R为摩尔气体常数，为8.314J·mol-1·K-1；cB为溶质的物质的量浓度，SI单位为mol

m-3；T是体系的温度，单位为K。渗透压公式：荷兰理论化学家范特霍夫(Van’tHoffJH)例1-4

有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18克，

已知在298.15K时,溶液的渗透压为413Pa,求此蛋白质

的相对分子质量。

解：根据公式П=cB×R×T即该蛋白质的相对分子质量为30569。

将淡水鱼放人海水中由于其细胞液浓度较低，因而渗透压较小。它在海水中就会因细胞大量失去水分而死亡。人体发高烧时，需要及时喝水或通过静脉注射与细胞液等渗的生理盐水和葡萄糖溶液以补充水分。反渗透：在渗透压较大的溶液一边加上比其渗透压还要大的压力，迫使溶剂从高浓度溶液处向低浓度处扩散，从而达到浓缩溶液的目的。渗透压的应用难挥发非电解质稀溶液的某些性质（蒸气压下降、沸点升高与凝固点降低、渗透压）与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质本性无关。这些性质被统称为稀溶液的依数性。稀溶液的依数性溶液浓度增大时，溶剂与溶质间的作用不可忽略；在电解质溶液中会发生离解、缔合等变化，上述关系也不在适用，必须加以校正。但可根据溶液中粒子的总数来定性比较不同溶液的蒸气压、沸点、凝固点及渗透压的相对大小。但是：第三节胶体表1按分散质粒子的大小分类分散质粒子直径分散系类型分散质主要性质>100nm粗分散系：乳浊液、悬浊液分子的大集合体多相，不稳定，扩散很慢，颗粒不能透过滤纸1-100nm胶体分散系：高分子溶液、溶胶高分子分子、离子、原子的聚集体多相，较稳定，扩散慢，颗粒能透过滤纸，不能透过半透膜<

1nm分子/离子分散系：小分子或离子分散系小分子或离子均相，稳定，扩散快，颗粒能透过半透膜三、胶体

溶胶：由小分子化合物聚集成一个单独的大颗粒多相体系，如Fe(OH)3胶体和As2S3胶体等

高分子溶液：由一些高分子化合物所组成的溶液，如淀粉溶液和蛋白质溶液等胶体分散系生活中常见的胶体：云雾、血液、豆浆、蛋清、胶水、墨水、液状涂料、有色玻璃、淀粉溶液……一、溶胶的结构溶胶胶团的双电层结构电位离子反离子吸附层扩散层

二、胶体的性质1.光学性质——丁达尔效应

当可见光束通过胶体时，在入射光侧面可观察到明亮的光区，这种现象称为丁达尔效应。丁达尔效应是由胶体粒子对光的散射而形成的Fe(OH)3胶体CuSO4溶液光