普通化学 1章 气体溶液和胶体.ppt

1、普通化学 多媒体教学课件,普通化学多媒体课件研究组,山西农业大学文理学院, 化学的定义与研究对象 化学的地位 化学概况 教学目的与教学内容 要求与考核,绪 言,化学的分支(二级)学科：,化学,无机化学 有机化学 分析化学 物理化学 高分子化学,应用,交叉边缘学科,燃料化学 环境化学 材料化学 生物化学 放射化学 激光化学 地质化学 计算化学 能源化学 绿色化学 纳米化学 化学信息学 化学生物学等。,化学发展史 四次革命,教学内容。,普通化学,1.基本知识和理论,2. 单质、化合物的基本性质,3. 胶体化学,4. 化学实验,物质的存在状态,化学平衡电离、沉淀、氧化还 原、 络合物,化学热力学,物

2、质结构,化学动力学,电化学,教学基本要求： 深刻理解和掌握原子、分子的结构和性质，络合物的结构和性能，化学反应动力学、热力学基础，溶液中离子平衡及相关化学学科最基础概念； 了解物质状态，胶体的一般概念和金属元素、非金属元素的一般知识； 掌握化学实验的基本操作，认识化学反应的直观变化；,课程安排： 本课程授课时数为66学时，实验课另设为实验化学，其中普化实验占31学时。考试为期末闭卷考试。课程成绩期末考试成绩（80）+作业成绩（20）。实验为单双周。,教学方法 教学过程的注意事项,参考书 1、普通化学，赵士铎主编，中国农业大学出版社 2、普通化学，北京农业大学主编，中国农业出版社 3、普通化学，

3、山东农业大学、江西农业大学、江苏 农业大学合编，北京农业大学出版社 4、普通化学，翟仁通主编，中国农业出版社,第一章 气体、溶液和胶体,1.1气体 1.2液体 1.3分散系 1.4溶液 1.5胶体溶液 1.6高分子溶液和凝胶 1.7表面活性物质和乳浊液,依数性的计算、胶团结构的书写、胶粒的电性,、胶体的胶团结构、性质,、稀溶液的依数性,重点：,习题：,1.1.1理想气体状态方程 1.1.2Dalton分压定律 1.1.3气体分子的速度和能量,1.1.1 理想气体状态方程,低压、高温条件下的实际气体的性质非常接近于理想气体性质。,pV = nRT 称为理想气体状态方程。p是气体压力，V是气体体积

4、，n是气体的物质的量（mol），T是热力学温度（K）, R为摩尔气体常数。,如果p单位为kPa ， V单位为dm3(L)，则R单位为kPadm3K-1 mol-1,理想气体方程的不适用范围（1）高压、（2）低温的气体、（3）气体同液体或固体共存的气体不遵守理想气体方程。 高温：比沸点高得多的温度 低压：1个大气压,解:根据理想气体状态方程pV = nRT 设苯的摩尔质量为M,苯的最简式CH的摩尔式量为12+1=13g/mol 78.17/13=6 苯的分子式为C6H6,例:已知苯分子中C:H=1:1,如果在247.2cm3的烧瓶中装0.616g苯,加热至100全部变成蒸气,此时气体压力为98.

5、9kPa试计算苯的摩尔质量并推断其分子式。,例:NH3在67,106.64kPa下的密度是多少？ 解:pV = nRT,1.1.2 Dalton分压定律,T 、V一定时，气体混合物的总压力等于其中各组分气体分压力之和 pVnRT piVniRT,n：混合气体总物质的量，i：某一组分,根据道尔顿分压定律，可以计算组分气体的分压力。 p气p总 p水 例:在水面上收集一瓶250cm3氧气,25时测得压力为94.1kPa.求标准状态下干燥氧气的体积.（25 时水的饱和蒸气压3.17kPa 解:根据道尔顿分压定律, p(O2)=94.13.17=90.93kPa,例:一容器中有4.4 g CO2，14

6、g N2和12.8 g O2，气体的总压为202.6 kPa，求各组分的分压。,解:各组分气体的物质的量为,由道尔顿分压定律,例：测得空气的体积分数为N2 78%，O2 21%，Ar 1%，求空气的表观分子量。 解： 1mol空气中含 0.78molN2，m(N2)=0.7828=21.84g 0.21molO2, m(O2)=0.2132=6.72g 0.01molAr, m(Ar)=0.0140=0.40g 总计28.96g/mol,即为空气的表观分子量.,1.1.3 气体分子的速度和能量,麦克斯韦玻尔兹曼分布定律:T一定，速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的，温度升高时，速

7、率的分布曲线变得较宽而平坦，高峰向右移，曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数，对一定的体系它是常数.,氮的速率分布曲线,1.2 液体 1.2.1 气体的液化 1.2.2 液体的蒸发 1.2.3 液体的沸腾 1.2.4 相平衡,1.2.1 气体的液化 实验发现：采用单纯降温的方法可以使气体液化，但单纯采用加压的方法却不能奏效，必须首先把温度降低到一定数值，然后加以足够的压力才可实现 。,临界温度:在加压下使气体液化所需的最高温度，用Tc(critical temperature)表示。 临界压力:在临界温度时，使气体液化所要求的最低压力，用pc(critical pressure)表示。 临界

8、体积:在临界温度和临界压力下，1摩尔气态物质所占有的体积，用Vc(critical volume)表示。,1.2.2 液体的蒸发,蒸发：液体变成蒸气或气体的过程。 蒸发指的是液体表面的气化现象。 饱和蒸气压：当温度一定，把液体置于密闭容器，当冷凝速率与蒸发速率相等时，体系达到了一种平衡状态。这时蒸气所产生的压力叫做饱和蒸气压。,（1）液体的饱和蒸气压是液体的重要性质，它仅与液体的本质和温度有关，而与液体的数量以及液面上空间的体积无关。 蒸气压的大小取决于液体内部分子间相互作用力的强弱。如293.15K时水的蒸气压是2.33 kPa，乙醇的是5.88 kPa，而乙醚的是58.97 kPa；温度升

9、高，蒸气压增加。 （2）必须在密闭容器中，气液共存的平衡状态才可测得蒸气压。,34.6,78.5,100,(C2H5)2O,C2H5OH,H2O,注：升高温度，蒸气压增加，蒸气虽然也是气体，但是波义尔等人的气体定律以及理想气体状态方程并不适用,蒸气压曲线,气化热或蒸发热：使液体在恒温恒压下气化或蒸发所必须吸收的热量。 摩尔蒸发热：在一定温度、压力下1mol液体的蒸发热。以vapHm表示。例如水的蒸发热 H2O(l)=H2O(g) vapHm = 44.01 kJ mol-1 即298 K时将1mol水变成水蒸气，并使水蒸气的分压为101.3 kPa时需要吸收44.01 kJ的热量。,1.2.3

10、 液体的沸腾 沸腾：液体的蒸气压随着温度的升高迅速增 大，当蒸气压与外界大气压相等时，气化在整个液体中进行，这一过程叫沸腾。 沸点：沸腾时液体保持着一定的温度，这个温度叫沸点，缩写为b.p (boiling point)。 正常沸点：当外界气压为101.3 kPa时液体的沸点。,1.2.4 相平衡,相(phase)：化学上将宏观性质完全均匀的部分叫相，相与相之间存在着明显的分界面。 相变(phase change)：物质从一相转变成另一相。 相平衡(phase equilibrium)：如果保持外界条件不变时，相变维持一种平衡状态。 液体的沸腾就是维持一定温度和压力时，气液两相间的相平衡。,固

11、体的蒸气压：如果将一固体放在一个密闭容器中，也会形成固气间的两相平衡，此时蒸气的压力就是固体的蒸气压，它只与温度有关而与固体的量无关。,例：298.15K(25)时水的蒸气压是3.17 kPa，如果水蒸气的分压大于这个数值，它就要冷凝成水，直至降到3.17 kPa为止。反之水就要继续蒸发成水蒸气。,两相达成相平衡时，它们的蒸气压必须相等。固液两相平衡时，二者的蒸气压也必须相等。若液相的蒸气压大时就要凝结成固相，若固相的蒸气压大时它就会继续熔化成液体。 相图:若用压力对温度作图即得p-T图，这种p-T图又叫相图,1.3 分散系,分散质（相）：在分散系中，被分散开的物质。它是不连续的。 分散剂（分

12、散介质）：容纳分散质的物质。它是连续的部分。 按分散质的大小将分散系分成三大类，粗分散系、胶体分散系、分子分散系。,表 分散系按分散质粒子的大小分类,1.4溶液 1.4.1溶液浓度的表示方法 1.4.2稀溶液的依数性 1.4.3强电解质溶液的依数性,1.4.1 溶液浓度的表示方法 用A表示溶剂，用B表示溶质，常用的浓度表示方法： 1.质量分数 B为溶质的质量分数，单位为1；mB为溶质的质量，SI单位为g、mg、kg等； m为溶液的质量，SI单位为kg；,2.以物质的量表示溶质含量的浓度 （1） 物质的量浓度。单位为moldm-3 （2） 质量摩尔浓度。质量摩尔浓度是指每kg溶剂中所含溶质的物质

13、的量，常用bB表示 nB为溶质的物质的量，单位为mol；mA溶剂的质量，单位为kg。质量摩尔浓度的单位为molkg-1。,（3）摩尔分数。用x来表示。对于一个两组分溶液体系来说，溶质的摩尔分数与溶剂的摩尔分数分别为：,例：将5.00g醋酸溶解在1.00dm3乙醇中，计算它的质量摩尔浓度和摩尔分数。已知乙醇的密度为0.789gcm-3 解：醋酸的的分子量为60.05，则得到醋酸的n=5.00/60.05=0.0833mol 乙醇的质量为m=1.00dm30.789kgdm-3=0.789kg， 则bB=0.0833/0.789=0.106mol kg-1 乙醇的物质的量为n=0.789103/4

14、6.07=17.126mol 溶液总物质的量为17.126+0.0833=17.209mol 醋酸的摩尔分数为0.0833/17.209=4.8410-3,1.4.2 稀溶液的依数性 依数性(colligative property):溶液的某些性质只依赖于所溶解溶质分子，离子的数目而与其种类无关，此即为依数性。依数性主要表现为蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压 （1）溶液越稀， （2）难挥发的、非电解质溶液这种性质表现得越有规律。,1 溶液的蒸汽压下降 (1) 溶液蒸汽压下降（p）实验,纯溶剂（a）和溶液（b）蒸发示意图 代表溶剂分子 代表溶质分子,Raoult（拉乌尔定律） “在一定

15、温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积” pp* xA p为溶液的蒸气压；p*为纯溶剂的饱和蒸气压，xA为溶剂的摩尔分数。 pp* xA p*(1xB)p*p* xB p*pp pp* xB,拉乌尔定律也可以这样描述：“在一定温度下，稀溶液的蒸气压下降p和溶质的摩尔分数成正比”。,溶液很稀时,在一定温度下，若溶剂为1000 g，溶剂的摩尔质量为MA，溶解溶质nBmol，浓度为bB molkg-1,则 K是一个常数，其物理意义是bB1 molkg-1时溶液的蒸气压下降值. 拉乌尔定律也可表示为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶液的质量

16、摩尔浓度成正比。,例:已知20 时水的饱和蒸汽压为2.33 kPa. 将17.1g蔗糖（C12H22O11）与3.00g尿素 CO(NH2)2分别溶于100g 水. 计算形成溶液的蒸气压.,蒸气压下降引起的直接后果之一,2.溶液的沸点升高 TbKb bB Kb为溶剂摩尔沸点升高常数，单位为Kkgmol1；,图 溶液的沸点升高和凝固点降低,例:已知纯苯的沸点是 80.2 ，取 2.67 g萘（C10H8）溶于100g苯中，测得该溶液的沸点为 80.731 ，试求苯的摩尔沸点升高常数.,例:0.300g某非挥发性物质溶于30.0gCCl4中,测得其沸点比纯CCl4的沸点高0.392,求此物质的分子

17、量. Kb(CCl4)=5.02 Kkgmol1 解：Tb=KbbB,蒸气压下降引起的直接后果之二 3.凝固点下降 Tf KfbB（TfTf*Tf） Tf为溶液的凝固点降低值；Kf为凝固点摩尔降低常数，单位为Kkgmol1。Kf也只取决于溶剂的性质，而与溶质的性质无关。,例：冬天，在汽车散热器的水中注入一定量的乙二醇可防止水的冻结. 如在 200 g 的水中注入6.50 g 的乙二醇(M=62)，求这种溶液的凝固点.（已知Kf(H2O)=1.86 Kkgmol1） 解：,例：从尿中提取出一种中性含氮化合物，将90mg 纯品溶解在 12 g 蒸馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低了 0.233 K

18、， 试计算此化合物的相对分子质量。 （已知Kf(H2O)=1.86 Kkgmol1） 解：该中性含氮化合物的摩尔质量为M,4 渗透压（osmotic pressure）,渗透现象,渗透压示意图,1886年荷兰物理学家范特霍甫（J.Vont Hoff）指出：“稀溶液的渗透压与浓度和绝对温度的关系同理想气体方程式一致” VnRT 或 cRT 为渗透压kPa；c为溶液的物质量浓度moldm-3； R为气体常数8.314 kPadm3K1mol1；T为绝对温度K。,例： 某蛋白质饱和水溶液，每升含蛋白质5.18 g，在T298.15 K时测得其渗透压为0.413 kPa，求此蛋白质的摩尔质量。 解：根

19、据,一般溶剂的Kf 比Kb大，因此，bB一定时引起的凝固点变化大于沸点的变化，常用凝固点降低来测小分子未知物分子量，大分子未知物分子量用渗透压来测。,将1 mol NaCl溶于1 kg水中，根据Tf KfbB计算，其溶液的凝固点降低1.86 K，而实际测定降低了3.50K，差不多为1.86 K的两倍。这是由于强电解质电离以后，离子之间互相牵制形成离子氛，使得离子不能表现为独立离子的行为。,1.4.3 强电解质溶液的依数性,l.称取同样质量的两种难挥发的非电解质A和B，分别溶解在1升水中，测得A溶液的凝固点比B溶液的凝固点低，则 （ ） A、B的分子量小于A的分子量；B. A的分子量和B的分子量

20、相同； C. B的分子量大于A的分子量；,2.C6H12O6、NaCl、MgSO4、K2SO4四种水溶液bB均为0.1mol/kg，蒸汽压最大的为 , 最小的为 ，凝固点最高的为 ，最低的为 。,3.质量摩尔浓度相同的下列物质水溶液中，沸点最高的是（ ） A、CaCl2 B、NaCl C、CH3COOH D、C12H22O11 41kg水中溶解0.1mol食盐的水溶液与1kg水中溶解0.1mol葡萄糖水溶液,在1.01105 Pa下的沸点,下列结论哪一个是正确的（ ） A.都高于100,食盐比葡萄糖水溶液还低 B.都高于100,食盐比葡萄糖水溶液还高 C.食盐水低于100,葡萄糖水溶液高于10

21、0 D.食盐水高于100,葡萄糖水溶液低于100,1.5 胶体溶液,胶体溶液分亲液胶体和疏液胶体。 亲液胶体:亲液胶体的胶体粒子本身是单个分子，又称高分子溶液。 疏液胶体:疏液胶体指胶体粒子是由许多小的原子、分子或原子团集合而成的多相体系。常称之为溶胶。,1.5.1 表面积和表面能 1.5.2 吸附作用 1.5.3.溶胶的性质 1.5.4 胶团结构 1.5.5 溶胶的稳定性 1.5.6 溶胶的凝结,1.5.1 表面积和表面能,总表面：一个体系的表面积是它所包含的粒子表面积的总和。 比表面：总表面积除以总体积，公式为,表面能：,图 固体表面及内部粒子的状态,1.5.2 吸附作用,胶体的比表面能很

22、大，必然有降低能量的趋势，降低能量的途径有两种。 （1）减小表面积； （2）将其它物质吸附聚集在胶体固体颗粒的表面上以缓和内部分子的吸引力。 吸附 吸附质 吸附剂,根据固体对溶液中的溶质的吸附状况可以将吸附分成两类。 (1) 分子吸附。非电解质和弱电解质溶液的吸附可以看成分子吸附。 (2) 离子吸附。强电解质溶液的吸附是离子吸附。它又分为离子选择吸附和离子交换吸附两种。,离子选择吸附规律为：固体吸附剂优先吸附与其结构相似极性相近的离子。 电位离子 反离子,离子浓度大,交换下来的离子多;离子电荷多时，交换能力大;电荷相同的离子，交换能力又随着水化半径的增大而减弱。 阳离子的交换能力大致有下列顺序

23、： A13+Ca2+K+； Cs+Rb+K+Na+H+Li+ 阴离子的交换能力次序为： PO43C2O42F； CNSFBrC1NO3C1O4CH3COO,离子交换吸附,1.5.3. 溶胶的性质,1. 光学性质 丁达尔（Dyndal）效应。 2. 动力学性质 布朗运动 3. 电学性质 电泳和电渗,Dyndal效应,Brown运动,电泳装置,（1）吸附带电 例如制备Fe(OH)3胶体溶液时， FeCl3 H2O =Fe(OH)3 3HCl FeCl3十2H2O = Fe(OH)2Cl十2HCl Fe(OH)2Cl = FeO十Cl十H2O 制备As2S3溶胶时， 2H3AsO3十3H2S=As2

24、S3十6H2O,胶体带电原因,胶体粒子表面上的分子可以电离，电离后的粒子即带电。 例如硅酸溶胶 H2SiO3 =H+ 十HSiO3= 2H+十SiO32 SiO32留在胶粒表面上而H+进入液相中，使得胶体粒子带负电荷。,（2）电离带电,1.5.4 胶团结构,胶核：一个由原子、分子组成的大小在1100nm范围的集合体. 吸附层:电势决定离子和紧密层反离子. 胶粒：胶核与吸附层构成了胶粒。 扩散层：吸附层外边的反离子构成了扩散层。 胶团：胶粒加上扩散层组成了胶团。,例如Fe(OH)3的胶团结构为：,As2S3的胶团结构为: (As2S3)mnHS(n-x)H+x-xH+ 硅酸的胶团结构为: (Si

25、O2yH2O)mnHSiO3 (n-x)H+x-xH,1.5.5 溶胶的稳定性,1. 动力稳定性 2. 聚集稳定性 3. 溶剂化作用,1.5.6 溶胶的凝结,凝结值：使一定量的溶胶在一定时间内完全凝结所需要电解质的最低浓度（mmoldm-3）。 凝结值越小，凝结能力越大。 对于价数相同的离子，离子半径小,水化半径大，凝结能力小;离子所带电荷高,凝结能力大 下列离子对As2S3溶胶的凝结能力顺序为： Ba2Sr2Ca2Mg2； CsRbKNaLi 这种次序称为感胶离子序。,1.将0.01mol/L的NaI溶液和0. 02molL 的AgNO3溶液等体积混合，制成溶胶，下列电解质对该溶胶聚沉能力最

26、大的是( ) A、Na3PO4； B、NaCl； C、MgSO4 D、Na2SO4； E、Mg(NO3)2 2.活性碳吸附水溶液中的色素属于 吸附，而BaSO4（s）对Ba2+的吸附，属于 吸附。,思考题,1.6 高分子溶液和凝胶,1.6.1 高分子溶液 1.高分子化合物具有强烈的溶剂化作用 2.高分子溶液的形成 3.高分子溶液在本质上是聚集稳定的体系。 粒子外面有一层很厚的溶剂化膜，其次是带电;而溶胶的稳定性主要靠胶粒带电的作用。,4.高分子溶液丁达尔效应比溶胶小 。 5.高分子溶液具有一定的抗电解质聚沉的能力，所以在高分子溶液中加入少量电解质时，其稳定性不受影响。 盐析:加入大量电解质使高

27、分子溶液凝结的过程。 5.高分子溶液对溶胶具有保护作用。 6.高分子溶液比溶胶稳定。 7.高分子溶液单个分子大小为1100nm。,1.6.2 凝胶 凝胶：胶体溶液在适当的条件下可以不完全凝结，整个体系成为一种弹性半固体状态的稠厚物质，这种现象称为胶凝作用，所形成的产物称为凝胶或胶冻。 凝胶的性质：肿胀、离浆和触变。,1.7 表面活性物质和乳浊液,1.7.1 表面活性物质 表面活性物质:能够使水的比表面能明显地降低的物质。 非表面活性物质:加入水中以后使水的比表面能增大的物质,1.7.2乳浊液 乳浊液:将一种液体分散在另一种不相溶的液体中所形成的体系。 乳浊液有两种类型：一种是油分散在水中，叫水

28、包油型OW型。另种是水分散在油中，叫油包水型WO型 要得到稳定的乳浊液，通常必须有第三组分即乳化剂存在,1.尼古丁的实验式为C5H7N，现有0.6尼古丁溶于12克水中，测得其沸点为100.16（大气压为101.3KPa），则尼古丁分子式为（Kb=0.52） A、C5H7N B、C15H21N3 C、C10H14N2 D、C20H28N4 2.下列浓度相同的四种化合物中能使水溶液凝固点下降最多的是（ ） A、C12H22O11 B、C2H5OH C、HAc D、NaCl,31000g水中溶解3gKI，冷却产生500g冰时温度与哪个数值接近（）已知水的 Kf=1.86kg/mol，M(KI)=166 A.-