无机及分析化学课件(第四版)第一章.ppt

《无机及分析化学课件(第四版)第一章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机及分析化学课件(第四版)第一章.ppt（60页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 气体和溶液气体和溶液 Gas and Solution物质的聚集状态及特征：气气态态充满整个空间，分子间空隙大，具有可压缩充满整个空间，分子间空隙大，具有可压缩性与扩散性。性与扩散性。液液态态可以流动，无一定外形。压缩性小。可以流动，无一定外形。压缩性小。固固态态有固定外形，分子间空隙很小，不易压缩。有固定外形，分子间空隙很小，不易压缩。本章主要内容本章主要内容：1.1 气体气体 1.2 溶液溶液（重点）（重点）1.3 胶体溶液胶体溶液 1.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 1.1.2 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律1.11.1气气 体体1.1.1 1.1.1 理想

2、气体状态方程式理想气体状态方程式 1 1、理想气体、理想气体理想气体，一种假想的气体。理想气体，一种假想的气体。两点假设两点假设：忽略分子自身占有的体积忽略分子自身占有的体积 忽略分子之间的相互作用力忽略分子之间的相互作用力 真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在在低压高温低压高温的情况下，若能较好地服从理想气体状态的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。方程，则可视为理想气体。2 2、理想气体状、理想气体状态方程式方程式 式中：式中：p:气体的压力，单位是气体的压力，单位是 Pa或或 kPa;V:气体体积，气体体积，单位单位

3、 L(m3);n:是气体物质的量，单位是气体物质的量，单位 mol；T:气体温度，单位气体温度，单位 K;R:摩尔气体常数，摩尔气体常数，v几种变化情况：几种变化情况：波波义耳耳(Boyle)(Boyle)定律：定律：PV=PV=衡量衡量 （T,n T,n 恒定）恒定）查理理-盖盖吕萨克克(Charles-Gay(Charles-GayLussac)Lussac)定律：定律：V/T=V/T=衡量衡量 （P,n P,n 恒定）恒定）阿伏加德阿伏加德罗(Avogadro)(Avogadro)定律：定律：V/n=V/n=衡量衡量 （T,P T,P 恒定）恒定）R=8.314 Pam3mol-1K-1

4、 =8.314 Jmol-1K-1这部分中学计算，训练较多，在此不再赘述。这部分中学计算，训练较多，在此不再赘述。=8.314 kPaLmol-1K-11.1.2 1.1.2 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律 组分气体组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压分压：组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。的分压。1 1 分压的概念分压的概念N2，O2 2L容器内盛容器内盛1L O2，1L N2 PN2，PO2:组分气体单

5、独占据容器时所产生的压力。组分气体单独占据容器时所产生的压力。1801年，英国物理学家和年，英国物理学家和化学家，道尔顿经过实验化学家，道尔顿经过实验发现：发现：理想气体混合物的总压力理想气体混合物的总压力P等于混合气体等于混合气体中各组分气体分压力之和。中各组分气体分压力之和。2 2 道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律理想气体无化学反应发生 n=n1+n2+p=p1+p2+或或 p=pB 只有理想气体的混合物才只有理想气体的混合物才严格遵守此定格遵守此定律，在高温、低律，在高温、低压下的真下的真实气体近似服从。气体近似服从。推推论：x B B的摩尔分数分压定律的实际应用计算气体混合

6、物中各组分气体分压计算气体混合物中各组分气体分压例例1.1.在在2525、99.43kPa99.43kPa下，以排水集气法在水面上下，以排水集气法在水面上收集到的收集到的氢气体气体积为0.4000L0.4000L，计算：在同算：在同样温度、温度、压力下，用分子力下，用分子筛除去水分后所得干燥除去水分后所得干燥氢气气V V 和和n n。（已知。（已知 2525时水的水的饱和蒸气和蒸气压为3.17kPa3.17kPa）解：解：T=(273+25)K=298K p=99.43kPa V=0.4000L 298K 时，时，p(H2O)=3.17kPa P（H2）=P（总）（总）-P（H2O）=96.2

7、6 kPa例例2.2.某温度下某温度下,将将2102105 5 PaPa的的O O2 2(3dm(3dm3 3)和和3103105 5的的N N2 2(6dm(6dm3 3)充入充入6dm6dm3 3的真空中的真空中,求混合求混合气体的个气体的个组分的分分的分压及及总压.解解:由分由分压定定义:O2:P1=2105 Pa V1=3dm3 PO2=?V2=6dm3 PO2=P1V1/V2=21053/6=1105(Pa)同理同理:PN2=31056/6=3105(Pa)P总=PO2+PN2=4105(Pa)一、基本概念一、基本概念1.1.分散系：分散质分散系：分散质+分散剂（定义见教材分散剂（定

8、义见教材P P5 5）2.2.分散系分类：分散系分类：分子分散系、胶体分散系、粗分分子分散系、胶体分散系、粗分散系散系3.3.溶液溶液:即分子分散系即分子分散系，物质以分子、离子或原，物质以分子、离子或原子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的分散系。的分散系。1.2 1.2 溶溶 液液溶液：溶液：是高度分散的分子分散系。是高度分散的分子分散系。固体溶液（固溶体、合金）、固体溶液（固溶体、合金）、气态溶液（空气）气态溶液（空气）液体溶液（重点讨论）。液体溶液（重点讨论）。固体溶液（固溶体、合金）、固体溶液（固溶体、合金）、气态溶液（空气）气态溶液（

9、空气）液体溶液（重点讨论）。液体溶液（重点讨论）。相（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：气体：不不论有多少种气体混合，只有一个气相。有多少种气体混合，只有一个气相。液体：液体：按其互溶程度可以按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。成一相、两相或三相共存。固体：固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。相）。1.稀溶液蒸气压降低稀溶液蒸气压降

10、低 稀溶液的通性稀溶液的通性3.溶液的渗透压溶液的渗透压2.稀溶液沸点升高和稀溶液沸点升高和凝固点下降凝固点下降稀溶液的依数性稀溶液的依数性(Colligative properties of dilute solutions)一、什么是一、什么是“稀溶液的依数性稀溶液的依数性”？与溶液有关的性与溶液有关的性质分分为两两类：溶液的溶液的颜色、比重、色、比重、导电性等性性等性质，与溶，与溶质的本性有关；的本性有关；溶液溶液的蒸气的蒸气压、沸点、凝固点等性、沸点、凝固点等性质，与溶，与溶质的本性无关。的本性无关。只与溶只与溶质的数量（摩的数量（摩尔分数）有关，而与溶分数）有关，而与溶质的本性无关的

11、性的本性无关的性质，称，称为“依数性依数性”。只有溶只有溶质的的浓度低，即所度低，即所谓“稀溶液稀溶液”才具有依数性才具有依数性 依数性来源于分散微粒依数性来源于分散微粒间距离距离远，作用力小，作用力小 依数性是指：依数性是指：溶液的蒸气溶液的蒸气压下降下降 溶液的沸点上升、凝固点下降溶液的沸点上升、凝固点下降 溶液具有渗透溶液具有渗透压粒子：粒子：溶液中溶液中实际存在的分子、离子等。存在的分子、离子等。溶液的饱和蒸汽压溶液的饱和蒸汽压1 稀溶液蒸气压下降稀溶液蒸气压下降 纯溶剂纯溶剂 溶液溶液结果：果：稀溶液溶稀溶液溶剂蒸蒸发的速率比的速率比纯溶溶剂蒸蒸发得慢，体系中气相得慢，体系中气相分子

12、数目少，故稀溶分子数目少，故稀溶液蒸气液蒸气压总是低于是低于纯溶溶剂的蒸汽的蒸汽压：对溶液来溶液来讲,蒸气蒸气压大于大于P,P,液化；蒸气液化；蒸气压小于小于P,P,汽化。汽化。P PP0P=P=P0 xAP 表示溶液的蒸汽压下降。表示溶液的蒸汽压下降。1 1、沸点升高、沸点升高沸点：液体上方蒸汽压等于外界压力时的沸点：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点。温度叫液体的沸点。液体的正常沸点：外压液体的正常沸点：外压为为101.3KPa时的沸点。时的沸点。2 稀溶液沸点升高和稀溶液沸点升高和凝固点下降凝固点下降实验表明实验表明，难挥发非电解质溶液的，难挥发非电解质溶液的沸点总是高于纯溶

13、剂的沸点。这一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现象称为溶液的沸点升高(boiling point elevation)。难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原因是溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。溶液的沸点升高溶液的沸点升高(Tb)=溶液的沸点溶液的沸点(Tb)纯溶剂的沸点纯溶剂的沸点(Tb0)即即:Tb=Tb Tb0 2 2、凝固点降低、凝固点降低 凝固点：凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。的温度。纯水的凝固点（纯水的凝固点（273K）又称为冰点。）又称为冰点。溶液的

14、凝固点：溶液的凝固点：指刚有指刚有溶剂溶剂固体析出时的温度。固体析出时的温度。Tf=Tf0-Tf 和沸点升高一样，对于难挥发性的非电解和沸点升高一样，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。浓度，而与溶质的本性无关。式中式中Tf 为溶液的凝固点降低值，为溶液的凝固点降低值，Tf0为溶为溶剂的凝固点，剂的凝固点，Tf 为溶液的凝固点。为溶液的凝固点。凝固点降低法具有灵敏度高、实验误差小、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。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。可

15、以测定溶质的相对分子量。b.利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混合物作冷却剂。合物作冷却剂。例如采用例如采用NaCl和冰，温度可以降到和冰，温度可以降到22oC，用用CaCl22H2O和冰，温度可以降到和冰，温度可以降到55oC。扩散和渗透现象扩散和渗透现象 1）扩散：指物质分子从高浓度区域向低浓度区域）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。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）渗透：若在两种不同浓度的溶液之间，加上一种薄膜（半

16、透膜）这种通过半透膜进行的扩散称渗透薄膜（半透膜）这种通过半透膜进行的扩散称渗透现象。现象。可可作作为为半半透透膜膜的的物物质质：细细胞胞膜膜、肠肠衣衣、人人工制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。工制备的火棉胶膜、玻璃纸、萝卜皮等。3 溶液的渗透压溶液的渗透压可以允许小分子自由通过可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。而不允许大分子通过的薄膜。渗渗透透压压：将将纯纯溶溶剂剂与与溶溶液液以以半半透透膜膜隔隔开开时时，为为维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。维持渗透平衡所需加给溶液的额外压力。符号符号:单位：常用单位：常用Pa或或kPa渗透压渗透压 实验证明实验证明:当当T 一定时一定时

17、c，当当c 一定时一定时 T 1886年荷兰物理化学家范托夫（年荷兰物理化学家范托夫（Vant Hoff）通过实验得出稀溶液的渗透压力与溶液）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：的浓度、绝对温度的关系：V=n RT 式中式中:为溶液的渗透压力为溶液的渗透压力,V为溶液的体积为溶液的体积,n为该体积中所含溶质的物质的量为该体积中所含溶质的物质的量,T为绝对温为绝对温度度,c为溶液的物质的量浓度为溶液的物质的量浓度,R为气体常数。为气体常数。=c RT（透析;洗肾)反渗透：反渗透：反渗透：反渗透：在在浓溶液一溶液一侧增加增加较大的大的压力可使溶力可使溶剂进入入稀溶液（或溶稀溶

18、液（或溶剂）。）。依此可依此可实现溶液的溶液的浓缩和海水的淡化。和海水的淡化。海水海水 淡水淡水p P 反渗透法海水淡化反渗透法海水淡化半透膜半透膜v小结小结性性 质质 定定 义义关关 系系 式式蒸气压下降蒸气压下降p=pBo-pBp=pBo xA=K b沸点升高沸点升高Tb=Tb-TboTb=Kb b凝固点降低凝固点降低Tf=Tfo-TfTf=Kf b渗透压力渗透压力=cRT胶体：胶体：是是一种物一种物质以一定的分散程度以一定的分散程度存在的存在的状状态。胶体溶液（溶胶）是由小胶体溶液（溶胶）是由小分子、原子或离子聚集成分子、原子或离子聚集成较大大颗粒而形成的多相体粒而形成的多相体系。系。高

19、分子溶液高分子溶液:是由一些高分子是由一些高分子化合物所化合物所组成的溶液。成的溶液。胶体分散系胶体分散系1.31.3 胶体溶液胶体溶液分子或离子分散系分子或离子分散系（粒子直径小于（粒子直径小于1nm1nm）胶体分散系胶体分散系（粒子直径在（粒子直径在1-100nm1-100nm之间）之间）粗分散系粗分散系（粒子直径大于（粒子直径大于100nm100nm）低分子溶液低分子溶液（分散质是小分子）（分散质是小分子）高分子溶高分子溶液液(分散质分散质是大分子是大分子)胶体溶液胶体溶液(分散质是分散质是分子的小集分子的小集合体合体)浊液（分散质是分子的大浊液（分散质是分子的大集合体）集合体）最稳定最

20、稳定很稳定很稳定稳定稳定不稳定不稳定电子显微镜不可见电子显微镜不可见超显微镜可观察其存在超显微镜可观察其存在一般显微镜可见一般显微镜可见能透过半透膜能透过半透膜能透过滤纸能透过滤纸,不能透过半不能透过半透膜透膜不能透过滤纸不能透过滤纸单相体系单相体系多相体系多相体系溶胶的制备溶胶的制备 分散法分散法 胶体磨研磨法；胶体磨研磨法；超声波分散法；超声波分散法；电弧分散法；电弧分散法；胶溶法：胶溶法：凝聚法凝聚法 物理法物理法化学法化学法溶胶的性质溶胶的性质 1 动力学性质动力学性质Brown运动运动利用超显微镜，可以观察到溶胶粒子的布朗运动，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

21、规则运动。即不断地作不规则运动。2 光学性质光学性质 丁泽尔丁泽尔现象现象 1869 年，英国物理学家年，英国物理学家 Tyndall发现：发现：在暗室中让一束聚光通过溶胶，在与光束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，这种垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为现象就称为 Tyndall 现象现象。1 1、当入射光波、当入射光波长 粒子直径粒子直径d d时，发生光散射，生光散射，每个粒子成每个粒子成为一个小光源。可一个小光源。可见光波光波长=400-=400-760760nmnm，胶体粒子直径胶体粒子直径d=1-100nmd=1-100nm，会会发

22、生散射，生散射，可可观察到上察到上现象。象。Tyndall 现象产生原因：现象产生原因：3 电学性质电学性质电泳和电渗电泳和电渗电泳管中电泳管中:Fe(OH)3溶胶向负溶胶向负极移动，说明极移动，说明 Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带溶胶中分散质粒子带正电荷。正电荷。电泳：泳：在在电场中，分散中，分散质粒子作定向移粒子作定向移动，称称为电泳。泳。电渗：渗：胶粒胶粒设法固定不法固定不动，分散，分散剂在在电场中作定向移中作定向移动的的现象称象称为电渗。渗。电泳和泳和电渗合称渗合称为电动现象。象。胶团结构和电动电势KI 过量胶团结构电动电势电动电势是衡量胶粒所带净电荷多少的物理量，吸附正离子为正，负

23、离子则为负电解质对电动电势影响很大1.3.4 溶胶的稳定性和聚沉溶胶的稳定性和聚沉 溶胶是多相、高分散系统、表面能很大，是热力学不稳定系统。为何往往能稳定存在？布朗运动胶粒带电溶剂化作用溶胶的稳定性可用的绝对值来衡量，越大，胶体所带电荷量越多，扩散层后，溶剂化层也厚，溶胶也越稳定聚沉聚沉1.电解质的聚沉作用2.溶胶的相互聚沉1.加热聚沉值离子价态越高，聚沉能力越强异号电荷相同的离子-“离子”半径1.对于负溶胶 Cs+Rb+K+Na+Li+2.对于正溶胶Cl-Br-NO3-I-明矾净水大分子溶液及凝胶大分子溶液及凝胶大分子溶液macromolecular compound盐析 salting o

24、ut保护作用 protective effect凝胶 gel作业作业vP16 6，12vP17 18(1)(2)(3)自自测题：解解释下列下列现象：象：1.海海鱼在淡水中会死亡。在淡水中会死亡。【要要点点】与与海海水水相相适适应，海海鱼体体内内细胞胞液液的的渗渗透透压高高于于淡淡水水，将将海海鱼置置于于淡淡水水中中后后，淡淡水水就就会会向向海海鱼的的细胞胞内内渗渗透透，致致使使细胞胞肿胀甚甚至至破破裂裂(溶溶血血现象象)。当当然然水水压力力等等环境境的的变化化，亦亦应是是海海鱼难以在淡水中存活的原因。以在淡水中存活的原因。【要要点点】盐碱碱地地中中水水溶溶液液的的渗渗透透压高高于于植植物物体体

25、内内细胞胞汁汁的的渗渗透透压，将将植植物物种种植植在在盐碱碱地地后后，植植物物不不能能从从土土壤壤中中吸吸收收水水分分，反反而而其其细胞胞内内的的水水分分会会向向土土壤壤渗渗透透，引引起起细胞胞的的皱缩，并并从从悬浮浮状状态中中沉降下来沉降下来(胞胞浆分离分离现象象)。2.盐碱地上植物难以生长盐碱地上植物难以生长3、雪地里洒些盐，雪就融化了。、雪地里洒些盐，雪就融化了。【要要点点】由由于于雪雪的的表表面面有有一一层水水膜膜，将将盐洒洒在在雪雪里里后后，盐会会溶溶解解于于水水膜膜中中形形成成溶溶液液，致致使使蒸蒸气气压下降，凝固点降低，从而使雪融化。下降，凝固点降低，从而使雪融化。【要要点点】江

26、江河河的的流流水水中中的的泥泥沙沙及及其其它它悬浮浮物物一一般般都都带负电荷荷，在在入入海海口口处与与还有有许多多电解解质的的海海水水相相遇遇后后，就就会会发生生溶溶胶胶聚聚沉沉现象象，久久而而久久之之就就会会形形成成三三角角洲洲。当当然然海海浪浪对入入海海口口水水流流的的冲冲击亦亦应是三角洲形成的一个原因。是三角洲形成的一个原因。4、江河入海处易形成三角洲。、江河入海处易形成三角洲。【要要点点】高高分分子子化化合合物物对溶溶胶胶的的保保护作作用用，因因此此，在在金金溶溶胶胶中中先先加加明明胶胶这种种大大分分子子溶溶液液后后再再加加NaCl溶溶液液时不不易易发生生聚聚沉沉；但但是是，在在金金溶溶胶胶中中先先加加NaCl溶溶液液后后所所发生生的的聚聚沉沉，属属于于不不可可逆逆的，此的，此时再加明胶就不可能复得溶胶了。再加明胶就不可能复得溶胶了。5、有一金溶胶，先加明胶（一种大分子溶液）再、有一金溶胶，先加明胶（一种大分子溶液）再加加NaCl溶液时不发生聚沉，但先加溶液时不发生聚沉，但先加NaCl溶液时发溶液时发生聚沉，再加明胶也不能复得溶胶。生聚沉，再加明胶也不能复得溶胶。