無機及分析化學(第一章課件)

1、第一章 氣體和溶液（4學時） 1-1 氣體 氣體的最基本特征： 具有可壓縮性和擴散性。 人們將符合理想氣體狀態(tài)方程的氣體，稱為理想氣體。 理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略。1、理想氣體定律 理想氣體:我們把分子本身不占體積，分子間沒有相互作用力的氣體稱為理想氣體。一種假想的氣體。 （1）理想氣體狀態(tài)方程 PV=nRT 真實氣體，特別是非極性分子或極性小的分子，在壓力不太高，溫度不太低的情況下，若能較好地服從理想氣體狀態(tài)方程，則可視為理想氣體。 pV = nRT R摩爾氣體常數(shù)在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 Kn=1

2、.0 mol時, Vm=22.414L=22.41410-3 m3R=8.314 kPaLK-1mol-1理想氣體狀態(tài)方程：1. 計算p，V，T，n中的任意物理量2. 確定氣體的摩爾質(zhì)量M = Mr gmol-11.1.2 理想氣體狀態(tài)方程的應用用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV = nRT = = m / V3. 確定的氣體密度（2）道爾頓（Dalton）分壓定律 分壓：在相同溫度時，某組分氣體單獨占有混合氣體總體積時的壓力。 道爾頓（Dalton）分壓定律：注：只有理想氣體的混合物才嚴格遵守此定律，在高溫、低壓下的真實氣體近似服從。分壓定律： 混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體

3、分壓之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB n =n1+ n2+ 分壓的求解：x B B的摩爾分數(shù)推論：例1 在17，99.3kPa的大氣壓下，用排水法收集氮氣150ml。求在標準狀況下氣體經(jīng)干燥后的體積。解 17時水的飽和蒸氣壓1.93kPa 例題2：某容器中含有NH3、O2 、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol?；旌蠚怏w的總壓p=133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mo

4、lp(N2) = p p(NH3)p(O2) = (133.035.520.0) kPa = 77.5 kPa分壓定律的應用 例題：用金屬鋅與鹽酸反應制取氫氣。在25下，用排水集氣法收集氫氣，集氣瓶中氣體壓力為98.70kPa（25時，水的飽和蒸氣壓為3.17kPa），體積為2.50L。計算反應中消耗鋅的質(zhì)量。解： T =(273+25)K = 298K p=98.70kPa V=2.50L298K時，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)65.39g 1molm(Zn)=? 0.0964mol n(H2) =m(Zn) =

5、6.30g=0.0964mol分體積： 混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組分單獨存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時所占有的體積。*1.2.2 分體積定律V = V1 + V2 + pnRT=稱為B的體積分數(shù)ppBBj=VVxppBBBBj=, 例題：天然氣是多組分的混合物，其組成為：CH4,C2H6,C3H8和C4H10。若該混合氣體的溫度為25?？倝毫?50.0kPa，n總=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10)=47.0:2.0:0.80:0.20。計算各組分的分體積和體積分數(shù)。解：以CH4的分體積、體積分數(shù)為例。解法一：思路，需先求出n(

6、CH4)n(CH4) = x(CH4)n總解法二： 1-2 溶液1、基本概念體系所要研究的對象。 環(huán)境體系周圍與體系有密切關(guān)系的部分。 相 體系中化學性質(zhì)與物理性質(zhì)完全相同的任何均勻部分。2、分散體系分散體系一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系。 分散質(zhì)（相）被分散的物質(zhì)。 分散劑（介質(zhì)）容納分散質(zhì)的物質(zhì)。 分散質(zhì)分散介質(zhì)3、分散體系的分類（按分散質(zhì)顆粒大小分類） （1） 分子離子分散系：d 1 nm性質(zhì)：粒子擴散速度快、能透過濾紙及半透膜，普通顯微鏡及超顯微鏡都不能看見。 舉例： 蔗糖水、食鹽（2）膠體分散體系： 1 nm d 100nm性質(zhì)：粒子不擴散，不能透過濾紙及半透膜， 一般

7、顯微鏡下能看見。 舉例：懸濁液、乳濁液。4、基礎(chǔ)運算（1）物質(zhì)的量 物質(zhì)的量是表示組成物質(zhì)的基本單元數(shù)目的多少的物理量。物系所含的基本單元數(shù)與0.12kgC12的原子數(shù)目相等(6.0231023 阿伏加德羅常數(shù)L)，則為1mol。（2）量度方法名稱定義數(shù)學表達式單位物質(zhì)的量濃度moldm-3質(zhì)量分數(shù)量綱為1質(zhì)量摩爾濃度molkg-1物質(zhì)的量分數(shù)量綱為1(4)濃度之間的相互換算5、稀溶液的依數(shù)性 （1）溶液的性質(zhì) 與溶質(zhì)本性有關(guān)，如酸堿性、導電性、顏色等。 與溶質(zhì)本性無關(guān)，只與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)。（2）依數(shù)性定義：只與溶質(zhì)粒子的數(shù)目有關(guān)而與溶質(zhì)本性無關(guān)的性質(zhì)稱為溶液的依數(shù)性，又叫溶液的通性。依數(shù)性是

8、指： 溶液的蒸氣壓下降 溶液的沸點上升 溶液的凝固點下降 溶液具有滲透壓（3） 溶液的蒸氣壓下降 純水的蒸氣壓示意圖蒸發(fā) H2O(l) H2O(g) 凝聚 氣液兩相平衡 飽和蒸氣壓 在一定的溫度下，當蒸發(fā)的速度等于凝聚的速度，液態(tài)水與它的蒸氣處于動態(tài)平衡，這時的蒸氣壓稱為水在此溫度下的飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。用符號 p 表示。 蒸氣壓下降 在純?nèi)軇┲屑尤腚y揮發(fā)的物質(zhì)以后，達平衡時，p溶液總是小于同 T 下的p純?nèi)軇?，即溶液的蒸氣壓下降。 蒸汽壓下降的原因 純?nèi)軇?正常 溶液 少 （4）拉烏爾（Raoult）定律： 在一定的溫度下，難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓，等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼嗽撊軇┰谌?/p>

9、液中的摩爾分數(shù)。p ：溶液的蒸氣壓 P 0 ：純?nèi)軇┑恼魵鈮?XA ：溶劑在溶液中的摩爾分數(shù) 因為 xAxB 1 則 PP 0（1 xB）P 0P 0 xB所以 PP 0 PP 0 xB 在一定溫度下，溶劑為水時，稀溶液的蒸氣壓下降與溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量濃度m(B)成正比。 （5）溶液的沸點上升 實驗證明：難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c。原因：溶液的蒸氣壓下降。TbKb m(B) Kb 為沸點上升常數(shù)，與溶劑的本性有關(guān)。解釋:高山上飯煮不熟注：m(B)是溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量濃度（mol/kg）;溶質(zhì)物質(zhì)的量/溶劑的質(zhì)量。溶液的沸點上升示意圖Tb* T b 溶劑 溶液溫度 p po kpa 蒸 氣

10、 壓pTb B101.3kpa AB （6）溶液的凝固點下降 凝固點：在一定的外壓下，溶液與純?nèi)軇┕腆w具有相同的蒸氣壓時的溫度，稱為該溶液的凝固點。（固液兩相平衡時的溫度）。注：溶液的凝固點Tf總是低于純?nèi)軇┑哪厅cTf* 。凝固點下降： Kf 為凝固點下降常數(shù)解釋: 海水不易結(jié)冰B溶液 純水A A B C Tf p p (kPa) p 0.6105 Tf Tf*(273K) 373K T溶劑的凝固點下降示意圖 凝固點下降原因：溶液的蒸氣壓下降幾種溶劑的Kb和Kf值（Kkgmol-1）29.8250.25.03349.7四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸CH3COOH5.

11、12278.52.53353.15 苯1.86273.150.512373.15水H2OKfTfKb沸點/K溶劑（7）溶液的滲透壓 擴散方向：純水 糖水 半透膜液面上升 液面下降純水糖水 滲透：溶劑分子通過半透膜自動單向擴散的過程稱為滲透。當v純水 = v糖水滲透停止。糖水溶液增高的這部分水的靜壓力就是糖水溶液的滲透壓。 滲透壓：在一定的溫度下，恰能阻止?jié)B透發(fā)生所需施加的外壓力，稱為該溶液的滲透壓。用符號表示。(8) 稀溶液依數(shù)性的應用 分子量的測定例題1取0.817g苯丙氨酸，溶于50.0g水中，測得凝固點為-0.184，求苯丙氨酸的摩爾質(zhì)量。解：Tf= 0.184K=Kfb =1.855(

12、0.817/M)/(510-2)kg =165g/mol1.3 膠體溶液 1、溶膠簡介：（1）分散系的分類分子離子分散系：d 1 nm 蔗糖水、食鹽 膠體分散體系：1 nm d 100nm 懸濁液、乳濁液 （2）基本特征： 多相性、高分散性和熱力學不穩(wěn)定性（3）制備方法： 分散法；凝聚法2、溶膠的性質(zhì)（1）光學性質(zhì)：丁鐸爾效應 現(xiàn)象：在垂直方向上看到發(fā)光的圓錐體形成原因：溶膠對光的散射Fe(OH)3膠體丁達爾效應示意圖 光源凸透鏡光錐（2）動力學性質(zhì)（布朗運動）布朗運動 現(xiàn)象：超顯微鏡下看到的無規(guī)則的運動。 形成原因：分散介質(zhì)的分子不斷地由各個方向同時撞擊膠粒。 布朗運動布朗運動產(chǎn)生的原因：

13、分散質(zhì)粒子本身處于不斷的熱運動中。分散劑分子對分散質(zhì)粒子的不斷撞擊。 液體分子對溶 膠粒子的撞擊 粗分散系（3）電學性質(zhì)：電泳 現(xiàn)象：在外電場作用下的定向移動 電泳： 在電場中，分散質(zhì)粒子作定向移動，稱為電泳。 電泳管示意圖 直流電例：Fe(OH)3溶膠向負極移動, As2S3溶膠向正極移動。膠粒帶電的原因： 吸附帶電：吸附一種物質(zhì)分子自動聚集到另一種物質(zhì)表面上的過程。 吸附劑能夠?qū)⑺N物質(zhì)聚集到自己表面上的物質(zhì)。 吸附質(zhì)被聚集的物質(zhì)。注：溶膠粒子電荷的主要來源是從介質(zhì)中選擇性的吸附某種離子。3、膠團結(jié)構(gòu)（1）Fe(OH)3的膠團結(jié)構(gòu)膠核電位離子 反離子 反離子吸附層 擴散層膠粒膠團（2）Fe

14、(OH)3膠核吸附電位離子的示意圖（3）幾種常見溶膠的膠團結(jié)構(gòu)注意：因制備溶膠的條件不同，可使膠體粒子帶不同的電荷。如AgCl溶膠： AgCl溶膠的制備： AgNO3 + KCl = AgCl +KNO3當AgNO3過量時，溶液中有Ag+、NO3- 、K+ ，分散質(zhì)AgCl 優(yōu)先吸附Ag+而帶正電荷。 Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ 分散質(zhì)AgCl25 九月 2022年5月23日星期二 KCl過量時，溶液中有過量的K+、Cl-、NO3- ，溶膠粒子優(yōu)先吸附Cl- 而帶負電荷。Cl-Cl-Cl

15、-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl- Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散質(zhì)AgCl若是等物質(zhì)的量進行反應，則不能形成溶膠。 4、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉（1）溶膠的穩(wěn)定性熱力學不穩(wěn)定體系 總趨勢是穩(wěn)定的動力學穩(wěn)定體系溶膠穩(wěn)定性的原因： 膠粒帶有同種電荷，相互排斥 。 膠粒的溶劑化膜阻止了膠粒之間的直接接觸。 布朗運動。（2）溶膠的聚沉定義：分散質(zhì)粒子合并變大，最后從分散劑中分離出來的過程稱為聚沉或凝結(jié)。溶膠聚沉后外觀呈現(xiàn)渾濁。 破壞膠粒穩(wěn)定性的兩個因素，就可使溶膠聚沉。 促使膠體聚沉的方法有： 加入電解質(zhì)；（研究最多應用最廣）； 加入帶相反電荷的膠體； 長時間加熱。電解質(zhì)對溶膠的聚沉聚沉的原因： 加入電解質(zhì)后，吸附層的反離子增多， 膠粒所帶電荷大大減少，排斥力減弱，使膠粒合并成大顆粒而聚沉。電解質(zhì)聚沉的規(guī)則：