第二章 气体和溶液.ppt

1、第二章 气体和溶液,与物质的化学性质，化学组成无关的，物质在不同聚集状态下的一些共同特性即气体和溶液的通性,2.1 理想气体(ideal gas) 1 定义 2 理想气体状态方程式 pV = nRT R 摩尔气体常数 标准状况下：p=101.325 kPa T=273.15 K 1 mol 气体的标准摩尔体积为22.414110-3 m3,使用公式时注意： 各物理量的单位,8.315 Pam3mol-1K-1 R的其他单位,T (K) 绝对温度，T= 273.15 + 摄氏温度,V L, p KPa,3 道尔顿分压定律 例 1mol氧气注入体积为22.4L的密闭容器中，温度为273k,气体对容

2、器壁产生的压力是多少？再注入1mol氮气，混合气体产生的压力是多少？ 在T，V一定的混合气体中，用p1,p2,表示气体1,2的分压，p表示总压力，则 p = p1 + P2 + 或 p = pi 而 pi = niRT/V p = pi = niRT/V = nRT/V 状态方程式不仅适用于单一气体，也适用于混合气体,pi = niRT/V p = pi = niRT/V = nRT/V pi/p = ni/n xi = ni/n 摩尔分数 pi= xip 混合物中所有组分的摩尔分数的和为1 道尔顿分压定律对研究混合气体非常重要 见课本p3-4 例2-3,2.2 分散系(disperse sy

3、stem),分散系,分散质（分散相）,分散剂（分散介质）,例 葡萄糖水溶液 分子分散系（d 100 nm）,粒子,相 物理性质和化学性质完全相同的一部分, 相与相间有界面 气相 固相 液相 单相系统（均相系统） 例 分子分散系 多相系统 例 胶体分散相 粗分散相,溶液 分子分散系,固态溶液（铝合金含镁、锰、铜）,气态溶液（空气）,液态溶液（水溶液，有机溶液）,2.3 稀溶液的通性-依数性 （colligative properties）,稀溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压，依赖 溶质的粒子数的变化而改变，而与溶质的性质无关 依数性 例如纯水的凝固点273.15K，1mol/kg葡萄糖溶液的凝

4、固点？ 1mol/kg葡萄糖溶液的凝固点？（=273.15-0.512=272.638K） 1mol/kgNaCl溶液的凝固点？,在这里稀溶液中溶质为难挥发的非电解质 例如 稀葡萄糖水溶液；乙二醇水溶液等 NaCl水溶液？ 稀的苯甲酸乙酯的苯溶液,纯水的蒸汽压,在一定温度下，将某纯溶剂，如纯水放入 密闭的容器中,H2O(l) H2O(g),蒸发,凝聚,(1)液体的蒸汽压,2.3.1 溶液蒸汽压下降,定义：在一定温度下与液相 达到平衡时蒸汽所具有的 压力 p( 简称蒸汽压)。,单位：Pa, kPa,不同温度下水的蒸汽压,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,说明： p与纯溶剂的本性有关; 温度升高，p增

5、大; 固体物质的蒸汽压一般很小; 易挥发性物质的 p大，难挥发性物质的 p 小。,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,(2)溶液蒸汽压下降的原因,（a）纯水的 蒸汽压,(b)溶液的 蒸汽压,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,（3）实验结果 在一定温度下, 难挥 发非电解质稀溶液的蒸 汽压等于纯溶剂的蒸汽 压与溶剂的摩尔分数的 乘积。 pB*:纯溶剂的蒸汽压, p:溶液的蒸汽压。,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,（4）拉乌尔（Raoult）定律 xA+ xB =1 （ xA 溶质的摩尔分数 XB 溶剂的摩尔分数） p= p* xB = p*(1- xA)= p* - p* xA p*- p = p* xA

6、令 p = p*- p 有 p = p* xA p表示溶液的蒸汽压下降。 p0。,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,拉乌尔定律的另一表示式： 由于 nB nA， 若A溶于1000g溶剂B，有 则 p = K b b为溶液的质量摩尔浓度（mol kg-1） K为与溶剂性质相关的常数 适用：难挥发的非电解质稀溶液。,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,解,求K有两种方法 p = Kb 或,K=pB*MB/1000=77.30kpa72.15g.mol-1/1000 K=5.578 KPa.Kg.mol-1,2.3.1 溶液的蒸汽压下降,(2),2.

7、3.2 溶液的沸点升高和凝固点下降 Boiling Point rising and Freezing Point lowering,（1）液体的沸点 液体的沸点是液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。 液体的正常沸点 是指外压为101.3kPa时的沸点。,（2）溶液的沸点升高 溶液的沸点总是高于纯溶 剂的沸点，这一现象称之 为溶液的沸点升高。 溶液沸点升高是由溶液的 蒸汽压下降引起。 Tb = Tb - Tb0 = Kb b,2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低,b为溶液的质量摩尔浓度（mol kg-1） Kb为溶剂的摩尔沸点升高常数,常见溶剂的T0b和Kb值,2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降

8、低,（3）溶液的凝固点降低 凝固点是指物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度 。 纯水的凝固点（273 K）又称为冰点，在此温度水和冰的蒸汽压相等。 溶液凝固点下降是由溶液的蒸汽压下降引起。 Tf = Tf - Tf0 = Kf b,b为溶液的质量摩尔浓度（mol kg-1） Kf为溶剂的摩尔凝固点降低常数,2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低,常见溶剂的T0b Kb和T0f Kf值,（4）应用 测定溶质的相对分子质量（特别是小分子）。 虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都可测量分子量，可是后者不起破坏作用、且Kf值较大，故常用。,2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低,kgmol-1,2.3.

9、3 溶液的渗透压(osmosis pressure),（1）渗透现象和渗透压力 用半透膜将溶液与水分开, 可以看到蔗糖溶液面上升。 这种溶剂分子通过半透膜进入到溶液中的过程, 称为渗透 。,渗透现象产生的原因： 溶剂分子能通过半透膜， 而溶质分子不能 。 渗透条件： 半透膜 膜两侧溶液浓度不等。,渗透方向：溶剂分子从纯溶剂 溶液，或是从稀溶液浓溶液。,2.3.3溶液的渗透压力,渗透平衡：在单位时间内，溶剂分子从两个相反的方向 通过半透膜的数目彼此相等,渗透压力 定义：为维持半透膜两边(纯溶剂与溶液)的渗透平衡而需要的压力。单位: Pa或kPa。,2.3.3溶液的渗透压力,反渗透,（2）溶液的渗

10、透压力与浓度及温度的关系 关系式： V = nRT 或 = cBRT (kPa) 其中 cB 物质的量浓度 (molL-1) R 常数 8.315 JK-1mol-1 T 绝对温度 (273 + t) = bRT 在浓度很稀时，b cB 注意：若半透膜隔开的浓度不等的两个非电解质溶液， 为了防止渗透现象发生，必须在浓溶液液面上施加一 超额压力，此压力是两溶液渗透压力之差。,2.3.3溶液的渗透压力,（3）渗透压力在医学、生物学上的意义 细胞都具有半透膜的性质，渗透现象普遍存在 医学上的等渗、高渗和低渗溶液是以血浆的渗透压 力为标准确定的。 正常人血浆的渗透浓度：303.7 mmolL-1 临床

11、上规定： 等渗溶液： cos 280 -320 mmolL-1 高渗溶液： cos 320 mmol L-1 低渗溶液 ：cos 280 mmolL-1,2.3.3溶液的渗透压力,不同的生物细胞需要的等渗溶液的浓度不同,0.9%的生理盐水 及5%的葡萄糖溶液都 是等渗溶液。,2.3.3溶液的渗透压力,小结：相对与纯溶剂来说，稀溶液的蒸汽压下降、沸点升高、凝固点下降和渗透压，只与溶液的浓度有关，而与溶质的性质无关，这就是稀溶液的通性，又称为依数性。相关公式又称为稀溶液定律,注意：电解质溶液，或者浓度较大的溶液 也具有上述性质，但定量关系不适用,2.4 胶体溶液,2.4.1 胶体分散系 胶体分散系

12、的类型很多。,掺少量 Cr3+的 -Al2O3,胶体的分散相的粒子的大小为1-100nm， 可以是一些小分子、离子或原子的聚集 体，也可以是单个的大分子。分散介质可以是液体、气体，或是固体。 本节主要学习的胶体分散系包括溶胶和高分子溶液二类。,2.4 胶体溶液,2.4.2 溶胶 溶胶中的粒子是由数目巨大的原子（或分子、 离子）构成的聚集体。直径为1100nm的胶粒 分散在分散介质中，形成热力学不稳定性分散 系统。 多相性、高度分散性和聚结不稳定性是 溶胶的基本特性，其光学性质、动力学性质和 电学性质都是由这些基本特性引起的。,2.4 胶体溶液,（1）溶胶的制备 通常需加入稳定剂 分散法：研磨法

13、超声法电弧法胶溶法 凝聚法： 物理凝聚法化学凝聚法,2.4.2 溶胶,（2）溶胶的性质 动力学性质-布朗运动 溶胶中的胶体粒子在超显微镜下，被观察到 不断地做不规则运动，称为Brown运动。,布朗运动示意图,2.4.2 溶胶,Brown运动产生原因： a.介质分子处于热运动状态，不断撞击胶粒质点。 b.由于某一瞬间胶粒受到各方撞击力不均，所以向 合力方向移动。,2.4.2 溶胶,光学性质-丁铎尔效应,Tyndall effect,2.4.2 溶胶,Tyndall现象产生的原因 Tyndall效应与分散粒子大小、投射光波长 有关： 当分散粒直径入射光波长光投射在 粒子上起反射作用反射光。 当分散

14、粒直径入射光波长光波可绕 过粒子前进且迫使粒子振动第二次波源向 各方发射散射光,2.4.2 溶胶,2)可见光在400-700nm 粗分散系：1000-5000nm,反射光 (液混浊) 胶体分散系：1-100nm， 散射光 (乳光，光锥) 溶液：1nm(波长) 散射现象十分微弱 观察不到散射光。,2.4.2 溶胶,电学性质-电泳,在外电场作用下， 带电胶粒在介质中 定向移动的现象称 电泳。,胶体粒子带电荷 正溶胶；负溶胶,2.4.2 溶胶,（3）胶团结构,水合膜层,吸附层与扩散层带电荷 相反，形成扩散双电层,吸附层,扩散层,（4）胶粒带电原因,1 胶核表面选择性吸附与其组成类似的粒子,（4）胶粒

15、带电原因,（5）胶团的双电层结构,（6）电动电势,吸附层带正电荷 扩散层带负电荷,Fe(OH)3溶胶 的扩散双电层,滑动面,电势差E 只与胶粒表面吸附的或解析的离子有关,+ + + +,-,- -,电势,电动电势,衡量胶粒所带 净电荷的物理量,受电解质影响较大,（7）溶胶的稳定性与聚沉,溶胶稳定的原因 布朗运动 胶粒带电荷 溶剂化作用-水合膜-弹性膜 可以用来衡量溶胶的稳定性，该值 越大，扩散层越厚，溶剂化层越厚， 胶体越稳定,影响溶胶聚沉的因素 1 电解质作用加电解质，迫使反离子更多进入 吸附层，zeta 电位下降，扩散层变薄，稳定性,聚沉值：使溶胶聚沉所需要电解质的最小浓度 电解质聚沉的规

16、律 1）负离子聚沉正溶胶；正离子聚沉负溶胶 2）反离子的价数愈高，聚沉能力愈强。一价、二价、 三价反离子的聚沉值之比近似为 (1价):(2价):(3价)=100:16:0.14 3）同价离子聚沉能力接近，但 正离子：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+ 负离子：F- Cl-Br-NO3-I- CNS-,2 溶胶相互聚沉胶粒电性相反的两种 溶胶适量混合，电性中和，发生聚沉。,影响溶胶聚沉的因素,明矾在水中水解产生Al(OH)3溶胶 带正电荷，与水中带负电荷的悬浮物 相互聚沉而使水净化。,3 加热,2.5 大分子溶液和凝胶,（1）大分子定义 单个分子的相对分子量在一万以上的分子 （2）大分子分

17、类 分两大类：天然高分子如蛋白质、核酸、多糖等； 和合成高分子如合成橡胶、纤维及塑料等 （3）大分子溶液与溶胶性质的比较,（3）大分子溶液与溶胶性质的比较,盐析 大分子溶液对溶胶 有保护作用,溶胶的聚沉,（4）凝胶 在一定条件下，如温度下降或溶解度减小时， 不少高分子溶液的粘度会逐渐变大，最后失去流 动性，形成具有网状结构的半固态物质，这个过 程为胶凝（gelation），所形成的立体网状结构 物质叫凝胶（gel）。例如将琼脂、明胶、动物胶 等物质溶解在热水中，静置冷却后，即变成凝胶。,凝胶呈固体或半固体状，但内部结构的强度 不够，容易被破坏。大量的溶剂分子被分隔在 网状结构的空隙中而失去流动性。,刚性凝胶：粒子间的交联强，网状骨架坚固，若将其干燥，网孔中的液体可被驱出，而凝胶的体积和外形无明显变化，如硅胶、氢氧化铁凝胶等就属于此类。 弹性凝胶：一般由柔性高分子化合物形成，如明胶、琼脂、聚丙烯酰胺胶等，这