第四章氣體、溶液、膠體

第四章氣體、溶液和膠體24.1氣體

4.2溶液4.3溶液的依數性4.4膠體練習34.1.1理想氣體狀態(tài)方程式4.1氣體

分子間距離分子間相對位置體積外形氣態(tài)：大可變不定不定液態(tài)：小

可變

固定不定固態(tài)：小

固定

固定固定物質的三態(tài)變化：4O2分子

理想氣體：分子不占體積分子間無相互作用低壓高溫實際氣體：分子有體積分子間有相互作用理想氣體與實際氣體5

波義爾定律（1662）：17世紀中葉，英國科學家波義爾的實驗結果：溫度恒定時，一定量氣體的壓力和它體積的乘積為恒量。

P∝1/V

PV=constant

查爾斯(1787)－蓋-呂薩克(1802)定律：壓力恒定時，一定量氣體的體積與它的熱力學溫度成正比。

V∝T

V=bT6

理想氣體狀態(tài)方程：到了19世紀，法國科學家克拉伯龍綜合波義爾定律和查爾斯定律,把描述氣體狀態(tài)的3個參量p,V,T歸于一個方程式。7R:氣體常數標準狀況注意單位的一致！84.1.2分壓定律分體積：在相同溫度下，各組分氣體具有與混合氣體相同壓力時，所具有的體積稱為該組分氣體的分體積。分壓力：在混合氣體中，各種組分的氣體分子分別占有相同的體積(即容器的總空間)和具有相同的溫度。混合氣體的總壓力是各種分子對器壁產生撞擊的共同作用的結果。每一種組分所產生的壓力叫分壓力，它可看作在該溫度下各組分分子單獨存在于容器中時所產生的壓力Pn。9分壓定律：

溫度和體積恒定時，混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。

某組分氣體的分壓力等于該氣體單獨占據總體積時，所表現(xiàn)的壓力。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃10xi:

摩爾分數分壓定律的另一種表達分壓定律的一種表達11分散質分散劑分散分散系（固、液、氣態(tài)）分散系：一種或幾種物質以細小的粒子分散在另一種物質里所形成的體系分散質：被分散的物質（分散相）分散劑：把分散質分散開來的物質（分散介質）4.2分散體系12分散系分類分子分散系(d<1nm)膠體分散系(d:1-100nm)粗分散系(d>100nm)相體系中物理性質和化學性質完全相同的一部分單相體系多相體系（存在界面）13冰和水兩相體系14表1

按分散質顆粒大小分類的分散系小于1nm(10–9

m)分子離子粒子能通過濾紙與半

NaCl

分散系透膜，擴散速度快溶液

1~100nm

膠體粒子能通過濾紙但不

Fe(OH)3

分散系

能透過半透膜,擴散慢溶膠

蛋白質溶液顆粒直徑大小類型主要特征實例大于100nm粗

粒子不能通過濾紙不

豆?jié){

分散系

能透過半透膜,不擴散牛奶15表2按物質聚集狀態(tài)分類的分散系

氣

空氣

氣

液

云、霧

固

煙、塵

氣

泡沫塑料

固

液

珍珠

固

有機玻璃

氣

肥皂泡沫

液

液

牛奶

固

Fe(OH)3溶膠、泥漿水

分散劑

分散質

實例16分子分散系(d<1nm)溶液固態(tài)液態(tài)氣態(tài)本節(jié)討論的主要內容是以水為溶劑的水溶液分散質以分子或者比分子更小的質點均勻地分散在分散劑中所得的分散系4.3溶液174.3.1溶液濃度的表示法濃度一定量的溶液或溶劑中所含溶質的量稱為溶液的濃度。分類物質的量濃度質量摩爾濃度摩爾分數無綱量質量分數無綱量質量濃度

1L溶液中所含溶質B的物質的量，稱為該溶液的物質的量濃度。用符號cB表示，cB＝nB/V。

式中：nB為物質B的物質的量，單位為即mol；V為溶液的體積，單位為m3。濃度的常用單位為mol·L-1。1.物質的量濃度

1Kg溶劑中所含溶質B的物質的量，稱為溶質B的質量摩爾濃度，用符號bB，其數學表達式為

bB＝nB/mA

式中：bB為質量摩爾濃度，單位mol·kg-1

；mA為溶劑的質量(Kg)。由于物質的質量不受溫度的影響．所以溶液的質量摩爾濃度是一個與溫度無關的物理量。

2．質量摩爾濃度（重點）某組分i的物質的量與溶液總物質的量之比，稱為該組分i的摩爾分數，其數學表達式為:

xi=ni/n

3．摩爾分數

某組分i的質量與混合物質量之比，稱為該組分i的質量分數，其數學表達式為:

Wi=mi/m

4．質量分數

溶質的質量mB與溶液的體積V之比，稱為質量濃度，用符號ρB表示，其表達式為：

ρB＝mB/V

單位可用g·L-1、mg·L-1、g·mL-1、ug·L-1等。5．質量濃度

23ppm和ppb濃度(用于極稀的溶液)1ppm：百萬分之一1ppb：十億分之一選擇題：質量摩爾濃度的優(yōu)點是（）準確度高(B)應用廣泛(C)計算方便(D)其值不隨溫度而改變練習：將50g20%的硝酸鉀溶液稀釋到200g，稀釋后所得溶液中溶質的質量分數是（）A.20%B.10%C.5%D.1%【知識點撥】

關于溶液稀釋一定要抓住：溶液稀釋前后，溶質的質量不變。解：

C配制2mol/L的NaOH溶液2L，需要NaOH多少克？已知：MNaOH=40g/mol。

將60g草酸晶體(H2C2O4·2H2O)溶于水中，配制成1升溶液，求該溶液的物質的量濃度。（M草酸=126g/mol)26在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測得其質量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質量分數，（2）物質的量濃度，（3）質量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分數。(5)NaCl的質量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)解：

（1）NaCl飽和溶液的質量分數為：練習27

(2)NaCl飽和溶液的物質的量濃度為：(3)NaCl飽和溶液的質量摩爾濃度為：在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測得其質量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質量分數，（2）物質的量濃度，（3）質量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分數。(5)NaCl的質量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)28（4）NaCl飽和溶液中，NaCl和H2O的摩爾分數（5）NaCl的質量濃度在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測得其質量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質量分數，（2）物質的量濃度，（3）質量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分數。(5)NaCl的質量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)29在100mL水中，溶解17.1g蔗糖（分子式為C12H22O11)，溶液的密度為1.0638g·mL-1，求蔗糖的物質的量濃度，質量摩爾濃度，摩爾分數各是多少？例：解：（1）30（2）（3）題目解：公式=代入數據(包括單位)=單位制的統(tǒng)一(必要時)=中間運算過程(此步驟可不寫)=結果(包括單位)注意解題規(guī)范31稀溶液的性質如：顏色、導電性、酸堿性1.由溶質的本性決定2.取決于溶液中溶質的自由粒子數目稱為溶液的依數性凝固點下降沸點升高滲透壓溶液的蒸氣壓下降4.3.2稀溶液的依數性如：321、溶液的蒸氣壓下降溶劑的蒸發(fā)和蒸氣壓蒸發(fā)：液體表面的氣化現(xiàn)象蒸氣：液面上的氣態(tài)分子群33飽和蒸氣壓：蒸發(fā)、冷凝速度相等，氣相、液相達到平衡，液相上方氣體的壓力始：蒸發(fā)速率較大，冷凝速率為零，氣相分子增多蒸發(fā)和冷凝過程中：蒸發(fā)速率較大，冷凝速率較小，氣相分子增多平衡時：蒸發(fā)速率等于冷凝速率，氣相分子數目不變34若在純溶劑中加入少量難揮發(fā)非電解質（如葡萄糖)：純水蒸氣壓

p*

溶液蒸氣壓

p＞拉烏爾定律35拉烏爾定律：

在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓，等于純溶劑的飽和蒸氣壓與溶液中溶劑的摩爾分數的乘積。=p*xA式中：p

：溶液的蒸氣壓p*：純溶劑的蒸氣壓

nA

溶劑的物質的量nB

：溶質的物質的量

xA：溶劑的摩爾分數對于一個只有兩組分的系統(tǒng)來說，xA+xB=1p=p*xA=p*(1-xB)=p*-p*xB可得，△p=p*-p=p*xB所以，在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸汽壓下降與溶質的摩爾分數成正比。36拉烏爾定律使用局限性：若溶液濃度較大，溶質分子對溶劑的作用不可忽略時，不適用溶質為電解質，不適用易揮發(fā)溶質時，不適用。注意37沸點:

溶液的蒸氣壓（p溶液）與外壓（p外壓）相等時的溫度稱為該溶液的沸點。純水：p外壓

=101.3kPa，T純水=100℃.實驗證明：難揮發(fā)的稀溶液的沸點總是高于純溶劑的沸點2溶液的沸點上升38溶液的沸點上升示意圖Tb*Tbppokpa

蒸氣壓溶劑溶液溫度△p△TbB101.3kpaAB’根本原因：蒸汽壓下降p溶液<p純溶劑,39由拉烏爾定律知：△p與溶液的質量摩爾濃度成正比，因此難揮發(fā)、非電解質稀溶液的沸點升高與溶質B的質量摩爾濃度成正比：△Tb=KbbB式中為bB質量摩爾濃度，Kb為溶的沸點升高常數。應用上式可以測定溶質的摩爾質量Ｍ。40例：將2.67g萘(C10H8)溶于100g苯中，測得該溶液的沸點升高了0.531K（純苯的沸點為80.2℃），求萘的相對分子質量。（苯的Kb=2.55Kkgmol-1）解：

Tb=KbbB0.531K=2.57KKgmol-1

M(萘)=128.2gmol-141凝固點：液態(tài)蒸氣壓與固態(tài)蒸氣壓相等時對應的溫度溶液的凝固點Tf總是低于純溶劑的凝固點Tf*△Tf=Tf*-Tf

=Kf·bBKf

：摩爾凝固點下降常數，與溶劑的本性有關，而與溶質的本性無關，K·kg·mol-1。常見溶劑的Kf

值見教材58頁。bB：溶質的質量摩爾濃度，mol·kg-1。3.溶液的凝固點降低42冰和鹽混合物常用作制冷劑：冰的表面總附有少量水，當撒上鹽后，鹽溶解在水中形成溶液，由于溶液蒸氣壓下降，使其低于冰的蒸氣壓，冰就要融化。隨著冰的融化，要吸收大量的熱，于是冰鹽混合物的溫度就降低。采用鹽和冰，溫度最低可降到-22℃，用CaCl2·2H2O和冰最低可降到-55℃。凝固點下降還可用來鑒定物質的純度，物質越純，凝固點降低的越少。溶液凝固點下降的應用43

綜合以上，難揮發(fā)非電解質稀溶液的沸點上升和凝固點下降與溶液的質量摩爾濃度成正比，與溶質的本性無關。44擴散：物質分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉移直到均勻分布的現(xiàn)象。擴散的速率與物質的濃度梯度成正比。半透膜：允許某些物質通過而不允許另一些物質透過的多孔性薄膜，例如動物的腸衣、植物的細胞膜滲透作用:溶劑分子通過半透膜進入溶液的現(xiàn)象稱為滲透作用?；靖拍?.溶液的滲透壓45溶液的滲透壓的產生：蔗糖溶液純水半透膜

產生滲透壓示意圖滲透平衡:水分子通過半透膜在純溶劑和溶液之間的滲透速度相等時，體系建立起動態(tài)平衡。滲透壓：滲透平衡時純溶劑和溶液兩邊產生的壓力差46非電解質稀溶液的滲透壓與溶液物質的量濃度(C)和溫度(T)成正比,而與溶質的本性無關。即:Π=nRT/V=CBRTV-溶液體積n-物質的量T-絕對溫度c-物質的量濃度R=8.31kPa·L/K·mol產生滲透壓的條件：存在半透膜；半透膜兩側溶液濃度不同。

范特霍夫定律：反滲透反滲透：當在溶液一側施加的靜壓力大于滲透壓時，可以使溶劑分子反方向流動，即溶劑分子從溶液流向純溶劑，這種現(xiàn)象叫做反滲透。48例：一種蛋白質，摩爾質量約為12000g·mol-1。欲測定其摩爾質量，試通過計算討論用凝固點下降法、沸點上升法或滲透壓法哪種方法較好？

Kf(H2O)=1.86K·kg·mol-1；Kb(H2O)=0.52K·kg·mol-1，49？TheBest50依數性的應用植物細胞液中溶有氨基酸、糖類物質，有一定的抗旱性蒸氣壓下降植物還有一定的耐寒性

用NaCl等物質與冰混合而制成的冷凍劑

為何稀飯比水燙傷得厲害？

冬天，人們常往汽車的水箱中加入甘油等物質，以防止水箱因水結冰而脹裂。凝固點下降沸點上升51例：依數性的相互推導

某難揮發(fā)、非電解質水溶液的凝固點為272.15K，計算：此溶液的沸點；

解：因Tf=273.15K-272.15K=1.0=Kf

b(B)

所以

b(B)=1.0K/1.86=0.538

又因Tb=Kb

b(B)

所以Tb=0.5120.538=0.27

沸點

T=373.15+0.27=373.42K

注意：稀溶液的依數的定量關系不適用于濃溶液和電解質溶液。解：∵△Tf≈Kf×bB

∴（273.0-272.44）=0.56K

bB=0.56/1.86∵π=cRT≈bBRT

∴π≈(0.56/1.86)×8.31×310=776kPa答(略)例.298K,海水的平均π為3.04×103kPa,計算與海水等滲的尿素溶液濃度。例.

人的血漿在272.44K結冰,求在體溫310K的滲透壓。解：∵π=cRT

∴c=π/RT=3.04×103/(8.31×298)=1.23mol/L答(略)稱取某中藥提取物結晶0.115g溶于1.36g樟腦中,測得凝固點為442.6K,計算此結晶的摩爾質量。（樟腦的Tf=452.8K,Kf=39.7）解:(1)先計算溶液濃度

bB=(0.115/M)/(1.36×10-3)(2)再計算結晶的摩爾質量∵△Tf=Kf·bB

（452.8-442.6）=39.7×0.115/(M×1.36×10-3)

解之得：M=329g/mol答：此結晶的摩爾質量為329g/mol

。54依數性小結

蒸氣壓下降，沸點上升，凝固點下降，滲透壓都是難揮發(fā)的非電解質稀溶液的通性；它們只與溶劑的本性和溶液的濃度有關，而與溶質的本性無關。稀溶液依數性的定量關系只適應于非電解質稀溶液（難揮發(fā)），而對于濃溶液或電解質溶液，定量關系不再成立。55膠體溶液：由顆粒大小為1-100nm的分散質高度分散在液態(tài)分散劑中形成的系統(tǒng)。分為兩類：一是溶膠，由小分子、原子或離子聚集成較大顆粒而形成的多相系統(tǒng)，如Fe(OH)3溶膠和As2S3溶膠二是高分子溶液，由一些高分子化合物所組成的溶液，分子結構較大。561、光學性質：丁達爾效應；2、動力學性質：布朗運動；3、電學性質：電泳現(xiàn)象與電滲現(xiàn)象。57CuSO4溶液Fe(OH)3膠體5859Fe(OH)3溶膠粒子在電場中向負極遷移，溶膠粒子帶正電。電滲:若將分散質固定，讓分散劑在電場作用下遷移，稱為電滲。60611.吸附作用

由于顆粒直徑很小，所以具有很大的比表面積和表面能