第一章氣體、溶液和膠體

1.1氣體

1.2溶液1.3溶液的依數(shù)性1.4膠體練習1當前第1頁\共有67頁\編于星期五\21點1.1.1理想氣體狀態(tài)方程式1.1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(zhì)的三態(tài)變化：2當前第2頁\共有67頁\編于星期五\21點O2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3當前第3頁\共有67頁\編于星期五\21點

Boyle定律（1662）：17世紀中葉，英國科學家波義爾的實驗結(jié)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=constantCharles(1787)－Gay-Lussac(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=bT4當前第4頁\共有67頁\編于星期五\21點

Clapeyron定律：到了19世紀，法國科學家Clapeyron綜合波義爾定律和Charles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。5當前第5頁\共有67頁\編于星期五\21點R:氣體常數(shù)標準狀況注意單位的一致！6當前第6頁\共有67頁\編于星期五\21點1.1.2道爾頓分壓定律

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(jù)總體積時，所表現(xiàn)的壓力。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃若為5.0L2.4atmH2和10.0L6.0atmHe，混合成10.0L,則p總為多少？7當前第7頁\共有67頁\編于星期五\21點xi:

摩爾分數(shù)分壓定律的另一種表達分壓定律的一種表達8當前第8頁\共有67頁\編于星期五\21點1.2.1分散系分散質(zhì)分散劑分散分散系（固、液、氣態(tài)）分散系：一種或幾種物質(zhì)以細

小的粒子分散在另一種物

質(zhì)里所形成的體系分散質(zhì)：被分散的物質(zhì)（分散相）分散劑：把分散質(zhì)分散開來的物質(zhì)（分散介質(zhì)）1.2溶液9當前第9頁\共有67頁\編于星期五\21點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(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的一部分單相體系多相體系（存在界面）10當前第10頁\共有67頁\編于星期五\21點冰和水兩相體系11當前第11頁\共有67頁\編于星期五\21點表1

按分散質(zhì)顆粒大小分類的分散系小于1nm(10–9)

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(zhì)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12當前第12頁\共有67頁\編于星期五\21點表2按物質(zhì)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(zhì)

實例13當前第13頁\共有67頁\編于星期五\21點分子分散系(d<1nm)溶液固態(tài)液態(tài)氣態(tài)本節(jié)討論的主要內(nèi)容是以水為溶劑的水溶液分散質(zhì)以分子或者比分子更小的質(zhì)點均勻地分散在分散劑中所得的分散系14當前第14頁\共有67頁\編于星期五\21點1.2.2溶液濃度的表示法濃度

一定量的溶液或溶劑中所含溶質(zhì)的量稱為溶液的濃度。分類物質(zhì)的量濃度質(zhì)量摩爾濃度摩爾分數(shù)無綱量質(zhì)量分數(shù)無綱量15當前第15頁\共有67頁\編于星期五\21點ppm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(zhì)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16當前第16頁\共有67頁\編于星期五\21點在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(zhì)的量濃度，質(zhì)量摩爾濃度，摩爾分數(shù)各是多少？例1：解：（1）17當前第17頁\共有67頁\編于星期五\21點（2）（3）題目解：公式=代入數(shù)據(jù)(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(jié)果(包括單位)注意解題規(guī)范18當前第18頁\共有67頁\編于星期五\21點1.2.3電解質(zhì)溶液簡介電解質(zhì)水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的物質(zhì)非電解質(zhì)水溶液中或熔融狀態(tài)下不能導電的物質(zhì)電解質(zhì)分為：強電解質(zhì)，弱電解質(zhì)解離度α弱電解質(zhì)在水中只有部分解離，解離度較小，在水溶液中存在解離平衡；而強電解質(zhì)在水中解離比較完全，在水溶液中不存在解離平衡。19當前第19頁\共有67頁\編于星期五\21點強電解質(zhì)溶液表觀的解離度

幾種強電解質(zhì)的實測解離度（298.15K,0.1mol·L-1）電解質(zhì)

KClZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2實測解離度

(%)86409292619181

1887年，Arrhenius

是這樣在電離理論中解釋這個現(xiàn)象的：

電解質(zhì)在水溶液中是電離的.電離“似乎”又是不完全的.離子晶體，在水中應是完全電離的，那么，這一矛盾又如何解釋呢？20當前第20頁\共有67頁\編于星期五\21點離子氛和離子強度但離子并不是自由的存在著“離子氛”。

強電解質(zhì)在水溶液中是

完全電離的

每個離子都被相反電荷的其它離子所包圍

離子的行動受到離子氛的牽制21當前第21頁\共有67頁\編于星期五\21點活度a和活度系數(shù)f－－－電解質(zhì)溶液中離子實際發(fā)揮的濃度，稱有效濃度或活度。a=f·c活度與濃度的關系:當溶液極稀時:f→1，活度和濃度基本一致。對弱電解質(zhì)溶液，當濃度不大時，可認為f=1,即a=c。這是今后討論弱電解質(zhì)時用濃度表示的依據(jù)。22當前第22頁\共有67頁\編于星期五\21點溶液的性質(zhì)如：顏色、導電性、酸堿性1.由溶質(zhì)的本性決定2.取決于溶液中溶質(zhì)的自由粒子數(shù)目稱為溶液的依數(shù)性凝固點下降沸點升高滲透壓溶液的蒸氣壓下降1.3溶液的依數(shù)性如：23當前第23頁\共有67頁\編于星期五\21點1.3.1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24當前第24頁\共有67頁\編于星期五\21點飽和蒸氣壓：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(shù)目不變25當前第25頁\共有67頁\編于星期五\21點水的飽和蒸氣壓曲線和相對濕度相對濕度：空氣中水蒸氣壓強與該溫度下水的飽和蒸氣壓的比值空氣中水的蒸氣壓對化學試劑的影響？潮解？風化？當前第26頁\共有67頁\編于星期五\21點若在純?nèi)軇┲屑尤肷倭侩y揮發(fā)非電解質(zhì)（如葡萄糖)：純水蒸氣壓

p0

溶液蒸氣壓

p＞拉烏爾定律27當前第27頁\共有67頁\編于星期五\21點

思考題1一杯純水和一杯溶液放入一個密閉的容器中會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？28當前第28頁\共有67頁\編于星期五\21點1.3.2溶液的沸點升高沸騰與沸點pT=p外液體沸騰T:液體的沸點(Tb)101.325kPa正常沸點液體的沸點隨外界壓力的變化而變化沸騰與蒸發(fā)的區(qū)別：沸騰－－表面和內(nèi)部同時氣化；蒸發(fā)－－只在表面氣化29當前第29頁\共有67頁\編于星期五\21點水的正常沸點:100oC加入溶質(zhì)溶液的沸點:？100oC溶液沸點Tb升高p/kPa101.325100Tb純水溶液t/oCΔTb=Kb·b(單位?)若在純水中加入少量難揮發(fā)的非電解質(zhì)后，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？30當前第30頁\共有67頁\編于星期五\21點1.3.3溶液的凝固點下降該物質(zhì)的液相和固相達到平衡時的溫度（p液＝p固時的T）水的凝固點:0oC加入溶質(zhì)

海水0oC時是否凍結(jié)？溶液凝固點Tf下降p液>p固:

液相

固相p液<p固:

固相

液相p/Pa611t/oCTf0ACB純水溶液ΔTf=Kf·b物質(zhì)的凝固點(Tf)31當前第31頁\共有67頁\編于星期五\21點例2：

在20.40g葡萄糖水溶液中含有葡萄糖0.40g，測得溶液的凝固點為-0.207oC，試計算葡萄糖的相對分子量。解：

水(g)葡萄糖(mol)20.40-0.40=20.000.40/M

1000b(B)

b(B)=(10000.40)/(20.00M)=20/M

因Tf=Kf

b(B)

即0.207=1.86(20/M)

所以

M=180.032當前第32頁\共有67頁\編于星期五\21點1.3.4溶液的滲透壓滲透

動植物的膜組織以及人造火棉膠膜都是半透膜，其特性是溶劑分子可自由通過，而溶質(zhì)分子則不能，這種現(xiàn)象叫做滲透。滲透產(chǎn)生的條件

有半透膜有濃度差33當前第33頁\共有67頁\編于星期五\21點滲透壓π阻止?jié)B透作用發(fā)生所需施加于液面上的最小壓力叫做該溶液的滲透壓反滲1885年，van’tHoff：34當前第34頁\共有67頁\編于星期五\21點滲透壓的應用醫(yī)用等滲液口渴時一般不宜飲用含糖等成分過高的飲料。速溶咖啡和速溶茶的制造（將稀溶液首先用反滲透方法變濃，再用蒸發(fā)法蒸干，生產(chǎn)成本會大大降低。）

測定溶質(zhì)的分子量利用反滲進行海水淡化35當前第35頁\共有67頁\編于星期五\21點1.3.5依數(shù)性的應用植物細胞液中溶有氨基酸、糖類物質(zhì)，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(zhì)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(zhì)，以防止水箱因水結(jié)冰而脹裂。凝固點下降沸點上升36當前第36頁\共有67頁\編于星期五\21點例3：依數(shù)性的相互推導

某難揮發(fā)、非電解質(zhì)水溶液的凝固點為272.15K，計算：（1）此溶液的沸點；（2）298.15K時此溶液的蒸氣壓；

（3）在273.15K時此溶液的滲透壓。解：（1）因Tf=273.15K-272.15K=1.0K=Kf

b(B)

所以

b(B)=1.0K/1.86K·kg·mol-1=0.538mol·kg-1

又因Tb=Kb

b(B)

所以

Tb=0.512K·kg·mol-10.538mol·kg-1=0.27K

沸點

T=373.15K+0.27K=373.42K37當前第37頁\共有67頁\編于星期五\21點（2）因

p*=3.17kPa

xA=55.6mol/(55.6+0.538)mol=0.99

所以

p=p*xA=3.17kPa0.99=3.14kPa（3）=b(B)RT

=0.538mol·kg-18.314J·mol-1·K-1273.15K=1220kPa38當前第38頁\共有67頁\編于星期五\21點

注意：稀溶液的依數(shù)的定量關系不適用于濃溶液和電解質(zhì)溶液。例：幾種濃度為0.100mol·kg-1的電解質(zhì)在水溶液中的i值電解質(zhì)

△T

f(K)（實驗值）△T

f(K)（計算值）NaCl0.3480.1861.87HCl0.3550.1861.91K2SO40.4580.1862.46CH3COOH0.1880.1861.08A2B(或AB2)型＞AB型＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液39當前第39頁\共有67頁\編于星期五\21點膠體分散：1-100nm

膠體溶液(溶膠)由小分子、原子或離子聚集成較大顆粒而形成的多相體系。如Fe(OH)3溶膠和As2S3溶膠高分子溶液由一些高分子化合物組成的溶液，

如膠水。1.4膠體40當前第40頁\共有67頁\編于星期五\21點納米金和納米銀納米金和納米銀在生物學上有重要應用當前第41頁\共有67頁\編于星期五\21點

溶膠的制備

溶膠的性質(zhì)

吸附作用

膠團結(jié)構(gòu)和電動電勢

溶膠的穩(wěn)定性與聚沉42當前第42頁\共有67頁\編于星期五\21點1.4.1溶膠的制備分散相粒子大小穩(wěn)定劑條件分散法：大粒子變小

研磨法超聲波法電弧法膠溶法加FeCl3（穩(wěn)定劑）Fe(OH)3（新鮮沉淀）

Fe(OH)3（溶膠）凝聚法：小粒子變大

物理凝聚：更換溶劑化學凝聚：利用化學反應生成難溶物方法43當前第43頁\共有67頁\編于星期五\21點1.4.2溶膠的性質(zhì)

動力學性質(zhì)---布朗（Brown）運動膠體粒子受到液體介質(zhì)分子的不同方向、不同速度的撞擊后受力不均而作無規(guī)則運動。粒子小布朗運動劇烈

光學性質(zhì)---丁鐸爾效應隔板燈泡.........光束投射到溶膠的粒子上散射出來，故在垂直光束的方向能看到明亮的光柱。44當前第44頁\共有67頁\編于星期五\21點光線射入分散體系時:光的反射粒子大于入射光的波長粒子小于入射光的波長（d膠粒＜λ可見光）光的散射丁達爾現(xiàn)象的解釋散射光的強度

1.與λ4成反比（紅光最弱，藍光最強）2.

與粒子的體積有關（真溶液的粒子太小，無丁鐸爾現(xiàn)象）45當前第45頁\共有67頁\編于星期五\21點

電學性質(zhì)(1)---電泳顏色加深在電場中，溶膠粒子會向某一電極方向運動。As2S3:+–帶負電負溶膠Fe(OH)3:+–帶正電正溶膠膠粒帶電的原因：從介質(zhì)中選擇性吸附某種離子整個膠體溶液是否帶電？46當前第46頁\共有67頁\編于星期五\21點電學性質(zhì)(2)---電滲在外電場下，使溶膠粒子不動，分散劑定向移動的現(xiàn)象為電滲。半透膜溶液電滲示意圖47當前第47頁\共有67頁\編于星期五\21點吸附作用

分散度與比表面－－－把物質(zhì)分散成細小微粒的程度稱為分散度。比表面是指單位體積或質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積。把一定大小的物質(zhì)分割得越小，則分散度越高，比表面也越大。邊長l/m立方體數(shù)比表面Av/（m2/m3）1×10-216×102

1×10-31036×103

1×10-51096×105

1×10-710156×107

1×10-910216×109

48當前第48頁\共有67頁\編于星期五\21點固體在溶液中的吸附glAB吸附：一種物質(zhì)自動聚集到另一種物質(zhì)表面上去的過程。具有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑而被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)

正由于固體表面原子受力不對稱和表面結(jié)構(gòu)不均勻性，它可以吸附氣體或液體分子，使表面自由能下降。而且不同的部位吸附和催化的活性不同。49當前第49頁\共有67頁\編于星期五\21點－－－固體吸附劑在非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)溶液中對溶質(zhì)分子的吸附

分子吸附極性的吸附劑較易吸附極性的物質(zhì)非極性的吸附劑較易吸附非極性的物質(zhì)離子吸附－－－固體吸附劑在強電解質(zhì)溶液中對溶質(zhì)離子的吸附離子選擇吸附離子交換吸附50當前第50頁\共有67頁\編于星期五\21點離子選擇吸附－－－優(yōu)先吸附與它組成有關的離子

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBr–Br–Br–例一：

AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時，

KBr

過量，則AgBr固體優(yōu)先吸附Br-

而使固體表面帶負電。

AgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgBrAgAg+Ag+

例二：AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時AgNO3

過量，則AgBr固體優(yōu)先吸附Ag+

而使固體表面帶正電。51當前第51頁\共有67頁\編于星期五\21點離子交換吸附－－－吸附某種離子的同時，將原來已存在于吸附劑表面的電荷符號相同的另一種離子等量地釋放到溶液中去Na+Ca2+

+

3NH4+

NH4+NH4+NH4++

Ca2+

+

Na+

濃度越大，離子價數(shù)越高，交換能力越強。例如，交換能力Na＋＜Mg2＋＜Al3＋價數(shù)相同時，與水化離子半徑有關。例如水化離子半徑：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋交換能力：Li＋＜Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋52當前第52頁\共有67頁\編于星期五\21點溶膠粒子帶電原因吸附作用FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HClFeCl3+2H2OFe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2ClFeO++Cl-+H2OmFe(OH)3(Fe(OH)3)m(Fe(OH)3)m·nFeO+AgNO3+KI（過量）（AgI)m

nI-

(K+，NO3-，I-)AgNO3（過量）+KI（AgI)m

nAg+

(K+，NO3-，Ag+)－－－膠體粒子對溶液中的離子產(chǎn)生選擇性吸附使膠粒帶電53當前第53頁\共有67頁\編于星期五\21點電離作用－－－膠體粒子表面分子發(fā)生電離使膠粒帶電硅酸溶膠表面上H2SiO3分子可以電離，如H2SiO3=HSiO3-+H+

或

SiO32-

+2H+HSiO3-或

SiO32-

留在表面而使粒子帶負電荷，H+進入溶液。54當前第54頁\共有67頁\編于星期五\21點1.4.3膠團結(jié)構(gòu)和電動電勢[AgI]mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+膠團結(jié)構(gòu)AgNO3+KI(過量)→

AgI(溶膠)吸附層擴散層[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·

xK+膠核吸附層擴散層膠團I-:電位離子

K+:反離子膠粒55當前第55頁\共有67頁\編于星期五\21點電動電勢膠核固相表面到液體內(nèi)部的電勢MN:固相界面AB:滑動面MA:吸附層AC:擴散層(1)雙電層(2)E(3)ζ電場中，滑動面到液體內(nèi)部的電勢吸附正離子

ζ>0

吸附負離子

ζ<0

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋————————————ζδdENBMAC電勢距離56當前第56頁\共有67頁\編于星期五\21點(4)ζ的大小吸附層擴散層0電勢ζ1ζ2ζ3反離子越多ζ越小ζ:膠粒所帶的凈電荷膠體體系中加入電解質(zhì)現(xiàn)象如何？反離子增多擴散層變薄變小57當前第57頁\共有67頁\編于星期五\21點1.4.4溶膠的穩(wěn)定性與聚沉

穩(wěn)定性的原因

布朗運動：克服沉降作用

膠粒帶電：使膠粒分開

溶劑化作用：避免碰撞越大，越穩(wěn)定聚沉溶膠失去穩(wěn)定因素，膠粒相互碰撞，將導致顆粒合并、變大最后以沉淀形式析出聚沉值能使一定量的溶膠在一定時間內(nèi)開始聚沉所需電解質(zhì)的最低濃度，單位為mmol·L-1。58當前第58頁\共有67頁\編于星期五\21點聚沉能力是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質(zhì)，聚沉能力越小。

電解質(zhì)的聚沉規(guī)律

價態(tài)影響與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價數(shù)越高，聚沉能力越強。負溶膠As2S3：聚沉值AlCl3:MgCl2:NaCl=1:

8:

548。例：感膠離子序負溶膠:聚沉能力是Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+正溶膠:聚沉能力是F->Cl->Br->NO3->I-59當前第59頁\共有67頁\編于星期五\21點

溶膠的相互聚沉將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會發(fā)生聚沉例：水的凈化天然水中膠態(tài)的懸浮物大多數(shù)帶負電荷（如土壤膠體、有機質(zhì)膠體），而明礬在水中水解而得Al(OH)3為正溶膠，它們相互聚沉而使水凈化。60當前第60頁\共有67頁\編于星期五\21點1.