普通化學第一章 氣體、溶液和膠體

1、1 1 氣體、溶液和膠體氣體、溶液和膠體 (Gas 、Solution and Colloidal Solution) 1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程（Equation of State of Ideal Gas）pV = nRTR = 8.3145 Pa m3 mol-1 K-1 = 8.3145 J mol-1 K-1R: 摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù)1 mol氣體，氣體，0, 1 atm時的體積時的體積22.4 L1.1 氣體（氣體（Gas）氣體狀態(tài)參數(shù)：氣體狀態(tài)參數(shù)： 溫度溫度 T, 壓力壓力 p, 體積體積 VExercise 1.1: 已知某碳氫化合物，已知某碳氫化合物，

2、100, 101.325 kPa壓力下壓力下, = 2.55 gL-1，C: H= 1:1,求：該化合物的分子式。求：該化合物的分子式。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程M = 2.55 gL-18.315kPaLmol-1K-1373.15 K/101.325 kPa = 78.09 g/mol = pM/RTM = RT/p設該化合物的分子式設該化合物的分子式(CH)x, 則則(12.0 g/mol + 1.01 g/mol)x = 78.09因此，此化合物的分子式為因此，此化合物的分子式為C6H6. .解得解得 x = 6Exercise1.2:淡藍色氧氣鋼瓶一個，淡藍色氧

3、氣鋼瓶一個，V= 50 dm3, 室溫室溫 20，當它，當它的壓力為的壓力為1.5 MPa時，估算鋼瓶中所剩氧氣的質量。時，估算鋼瓶中所剩氧氣的質量。1.1.2 道爾頓理想氣體分壓定律道爾頓理想氣體分壓定律（Law of partial Pressure) )pB = nBRT/VP總總nAnBnA+nB對于雙組分體系，對于雙組分體系，T，V一定時一定時pA = nART/Vp總總 = pA+ pB分壓力（分壓力（1807-J. Dalton)pApBp 總總= (nA+nB)RT/V對于多組分體系對于多組分體系pi = niRT/V 在溫度和體積恒定時，混和氣體的總壓力等在溫度和體積恒定時，

4、混和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有總體積時所表現(xiàn)的壓力。等于該氣體單獨占有總體積時所表現(xiàn)的壓力。 iippppp321道爾頓理想氣體分壓定律道爾頓理想氣體分壓定律p = pi = niRT/V = nRT/VExample 1.1: 在在25, p = 99.43 kPa壓力下壓力下, 利用利用排水集氣法收集氫氣排水集氣法收集氫氣0.4000 L。 計算在同樣溫度、計算在同樣溫度、壓力下壓力下, 得到的干燥氫氣的體積及其物質的量。得到的干燥氫氣的體積及其物質的量。 已知已知25時時H2O的飽和蒸氣壓為的飽和蒸

5、氣壓為3.17 kPa。則則 干燥前，干燥前，H2的分壓力，的分壓力， p(H2) = p總總-p(H2O) = (99.43-3.17) kPa = 96.26 kPa， V = 0.4 L; 得：得：V = pV/p = 96.26 kPa 0.4 L/ 99.43 kPa = 0.387 Ln (H2)=pV/RT = 96.26 kPa 0.4 L/8.315 kPa L mol-1 K-1 /(25+273.15)K = 1.55 10-2 mol 干燥后，干燥后， p(H2) = 99.43 kPa,由由 pV = p V解：已知解：已知 p總總 = p外壓外壓99.43 kPa,

6、 V = 0.4 L，T = (25+273.15) K,分體積定律分體積定律（1880-E.H. Amage)p, T 一定時一定時nAnBp, VAp, VBp, V總總nA + nB 在恒溫恒壓下，某組分的分體積等于該組分在恒溫恒壓下，某組分的分體積等于該組分產(chǎn)生與混合氣體相同的壓力時所占據(jù)的體積。產(chǎn)生與混合氣體相同的壓力時所占據(jù)的體積。VA = nART/pVB = nBRT/pV總總= VA+ VB選學選學V總總= (nA+nB)RT/p1.1.3 實際氣體（實際氣體（Real Gas）實際氣體的狀態(tài)方程實際氣體的狀態(tài)方程nRTnbVVanp22a, b為校正系數(shù)，不同的氣體數(shù)值不同

7、。為校正系數(shù)，不同的氣體數(shù)值不同。1.2 分散系（分散系（Dispersed System） 1.2.1 1.2.1 基本概念基本概念體系（系統(tǒng)）：體系（系統(tǒng)）： 環(huán)境：環(huán)境：單相系統(tǒng)單相系統(tǒng)多相系統(tǒng)多相系統(tǒng)H2OH2OOil 相相1.2.2 分散體系分散體系 分散質分散質 分散劑分散劑分散體系分散體系分散體系的種類？分散體系的種類？粗分散系粗分散系膠體膠體分子離子分散系分子離子分散系d 100 nmd = 1-100 nmd 1nm不穩(wěn)定不穩(wěn)定溶膠溶膠 高分子高分子 穩(wěn)定穩(wěn)定相對穩(wěn)定相對穩(wěn)定 穩(wěn)定穩(wěn)定多相多相多相多相 單相單相單相單相不能透過緊密濾不能透過緊密濾紙紙可透過濾紙，不可透過濾紙，

8、不能透過半透膜能透過半透膜可透過半透膜可透過半透膜1.2.3 液態(tài)分散體系分類液態(tài)分散體系分類(Classify)溶液：溶液：氣態(tài)溶液氣態(tài)溶液固態(tài)溶液固態(tài)溶液液態(tài)溶液液態(tài)溶液1.3 1.3 溶液的濃度溶液的濃度（Concentration of Solution）1.3.1 質量分數(shù)質量分數(shù)(mass fraction)BBmwm總Bw：SI單位為單位為1B(B)1w對于多組分體系：對于多組分體系：1.3.2 摩爾分數(shù)（摩爾分數(shù)（mole fraction ）總nnxBBB(B)1x對于多組分體系：對于多組分體系：1.3.3 物質的量濃度物質的量濃度 (Amount of Substance

9、Concentration)特點：特點：方便，最常用方便，最常用；VncBB注注:1.在使用在使用 “mol”時，要指明物質的基本單元。時，要指明物質的基本單元。 2. 指明溫度。指明溫度。SI單位：單位：mol m-3, Example 1.2: c(KMnO4) = 0.1 molL-1， M KMnO4 = 158 g/mol, 相當于相當于1 L 溶液中含溶液中含 g KMnO4。 c(1/5KMnO4) = 0.1 molL-1，基本單元是，基本單元是1/5 KMnO4, 摩爾質量是摩爾質量是31.6 g/mol, 相當于相當于1 L 溶液中含溶液中含 g KMnO4。 15.83.

10、16已知已知MH2SO4 = 98g/mol,則則1L c(H2SO4) = 0.1 mol/L, c( H2SO4) = 0.1 mol/L溶液中分別含溶液中分別含H2SO4的質的質量是多少？量是多少？ 已知已知1 L水溶液中含水溶液中含H2SO4 98g,則則c(H2SO4) ，c(2H2SO4) c( H2SO4)。 1212Exercise1.31.3.4 質量摩爾濃度質量摩爾濃度（molality)特點：特點：與溫度無關，可用于沸點及凝固點的計算。與溫度無關，可用于沸點及凝固點的計算。ABBmnb SI單位是單位是 mol/kg1.3.5 質量濃度質量濃度BBmV注注: :區(qū)分質量濃

11、度和密度區(qū)分質量濃度和密度SI單位：單位：kgm-3a. 物質的量濃度物質的量濃度c與質量分數(shù)與質量分數(shù)間的換算間的換算 已知混合溶液的密度為已知混合溶液的密度為和質量分數(shù)和質量分數(shù)B cB = nB/V = mB/MB/V = mB/MB/m = B /MB1.3.6 溶液濃度之間的換算溶液濃度之間的換算Example1.3 : (H2SO4) = 98.0%的濃硫酸，的濃硫酸， = 1.84 g/mL, 求求c(H2SO4), c(1/2H2SO4)解：解： 由由 cB = B /MB c(H2SO4) = 0.981.84103 gL-1/98.0 gmol-1 = 18.4 molL-

12、1 c(1/2H2SO4) = 0.981.84103gL-1/49.0 gmol-1 = 36.8 molL-1b. 物質的量濃度與質量摩爾濃度的換算物質的量濃度與質量摩爾濃度的換算 已知已知, m總總 = m總總/V, cB = nB/V, bB = nB/mAcB = nB/V = nB/m總總若是兩組分體系，若是兩組分體系，B的量很少的量很少， m總總 mAcB = nB/m總總 nB/mA = bB稀溶液稀溶液 ：cB/ molL-1 bB/ molkg-11.4 非電解質稀溶液的依數(shù)性非電解質稀溶液的依數(shù)性 (Cilligative Propeties of DiluteNonel

13、ectrolyte Solution)導電性、酸堿性，氧化還原性導電性、酸堿性，氧化還原性（蒸氣壓、凝固點、沸點）的變化、滲透壓（蒸氣壓、凝固點、沸點）的變化、滲透壓與物質的本性有關與物質的本性有關與溶質的數(shù)量有關與溶質的數(shù)量有關1.4.1 溶液的蒸氣壓（溶液的蒸氣壓（Vapor Pressure）(1)液體的飽和蒸氣壓液體的飽和蒸氣壓（Saturated Vapor Pressure) H2O(l)H2O(g)蒸發(fā)蒸發(fā)凝聚凝聚 T 一定，平衡狀態(tài)時的壓力，用一定，平衡狀態(tài)時的壓力，用 p0表示。表示。(2) (2) 影響飽和蒸氣壓的因素有那些影響飽和蒸氣壓的因素有那些? ?B 與物質的本性有

14、關；與物質的本性有關； 同一溫度下同一溫度下, 易揮發(fā)液體蒸氣壓大；易揮發(fā)液體蒸氣壓大；乙醚乙醚乙醇乙醇水水pTA 同一液體同一液體, 溫度越高溫度越高, 蒸氣壓越大；蒸氣壓越大；C 液體的蒸氣壓與氣相的體積及液相的量無關。液體的蒸氣壓與氣相的體積及液相的量無關。水水為什么水有時表現(xiàn)為蒸發(fā)為什么水有時表現(xiàn)為蒸發(fā),有時表現(xiàn)為凝聚有時表現(xiàn)為凝聚? 對于任意狀態(tài)下液體的蒸氣壓對于任意狀態(tài)下液體的蒸氣壓 p ,飽和狀態(tài)為最終狀態(tài)飽和狀態(tài)為最終狀態(tài)p p0, 氣體凝聚（由過飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)）氣體凝聚（由過飽和狀態(tài)到飽和狀態(tài)）(3) (3) 溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魵鈮喝芤旱恼魵鈮旱陀诩內(nèi)軇┑恼魵鈮罕?/p>

15、酮丙酮丙酮溶液丙酮溶液壓力計壓力計解釋實驗現(xiàn)象解釋實驗現(xiàn)象水糖水糖水水糖水糖水 在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾分數(shù)的乘分數(shù)的乘 積。積。 p = pA0 xA 在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓下在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓下降值降值p與溶質的摩爾分數(shù)成正比與溶質的摩爾分數(shù)成正比 p = pA0 xB適用范圍適用范圍: : 非電解質非電解質, ,難揮發(fā)難揮發(fā), ,稀溶液稀溶液(4) 拉烏爾定律（拉烏爾定律（F. M. Raoult）Example 1.

16、4 20時水的蒸氣壓為時水的蒸氣壓為2.33 kPa, 將將17.1 g 蔗糖蔗糖(C12H22O11) 與與3.00g 尿素尿素CO(NH2)2分別溶于分別溶于100 g 水中水中.計算這兩種溶液的蒸氣壓各是多少計算這兩種溶液的蒸氣壓各是多少?解解: 蔗糖的摩爾質量為蔗糖的摩爾質量為342 gmol-1 , 尿素的摩爾質量為尿素的摩爾質量為60.0 gmol-1 ,n蔗糖蔗糖 = 17.1 g/342 gmol-1 = 0.05 moln尿素尿素 = 3.00g/60.0 gmol-1 = 0.05 moln水水 = 100g/18gmol-1= 5.55 molx水水= 5.55mol/(

17、5.55+0.05)mol = 0.991 p = p*x水水 = 2.33kPa0.991 = 2.31 kPa 定性解釋定性解釋: 濃溶液濃溶液 電解質溶液電解質溶液 揮發(fā)性溶質溶液揮發(fā)性溶質溶液半定量計算：半定量計算：0.1 mol/L的蔗糖溶液；的蔗糖溶液； 0.1 mol/L的的NaCl溶液；溶液； 0.1 mol/L的的CaCl2溶液。溶液。估計下列溶液依數(shù)性大小：估計下列溶液依數(shù)性大?。簂 極性相近的兩揮發(fā)性非電解質溶液極性相近的兩揮發(fā)性非電解質溶液 服從拉烏爾定律。服從拉烏爾定律。p(A) = p0(A) xAp(B) = p0(B) xBp總總= p(A) + p(B) =

18、p0(A) xA+ p0(B) xB 由摩爾分數(shù)分別為由摩爾分數(shù)分別為0.33 和和 0.67 的苯和甲苯組的苯和甲苯組成的混合溶液成的混合溶液, 在在20時時, 各物質的分壓及氣體的各物質的分壓及氣體的摩爾組成是多少摩爾組成是多少?已知已知20時時, 苯的飽和蒸氣壓為苯的飽和蒸氣壓為10 kPa,甲苯的飽和蒸氣壓為甲苯的飽和蒸氣壓為2.9 kPa。p(C6H6) = p0(C6H6)0.33 = 100.33kPa = 3.3kPap(C6H5CH3) = p0(C6H5CH3) 0.67 = 2.9 0.67kPa = 1.9 kPaExercise 1.41.4解：解：p總總 = 3.3

19、kPa +1.9 kPa = 5.2 kPax (C6H6,g) = p(C6H6)/p總總 = 3.3/5.2 = 0.63x (C6H5CH3,g) = p(C6H5CH3)/p總總 = 1.9/5.2 = 0.371.4.2 溶液的沸點（溶液的沸點（Boiling Point）a a 液體的沸點液體的沸點 當液體蒸氣壓力等于外界的壓力時，當液體蒸氣壓力等于外界的壓力時，液體沸騰，此時的溫度稱為該液體的沸點。液體沸騰，此時的溫度稱為該液體的沸點。 當外壓為當外壓為101.3 k Pa時，液體的沸點為時，液體的沸點為正常沸點（正常沸點（normal boiling point）b b 影響沸

20、點高低的因素影響沸點高低的因素u 與物質的本性有關，在一定的外壓下，易揮發(fā)與物質的本性有關，在一定的外壓下，易揮發(fā) 的液體沸點低；的液體沸點低；u 對于同一物質，沸點與外壓有關，外壓越大，對于同一物質，沸點與外壓有關，外壓越大， 沸點越高；沸點越高；u 外壓一定時，純凈物具有固定的沸點。外壓一定時，純凈物具有固定的沸點。c c 溶液的沸點升高（相同壓力下）溶液的沸點升高（相同壓力下）Tp /kPaTbTb0TfTf0水的蒸氣壓曲線水的蒸氣壓曲線冰的蒸氣冰的蒸氣壓曲線壓曲線水溶液的蒸氣壓曲線水溶液的蒸氣壓曲線蒸氣壓曲線蒸氣壓曲線101.325 kPa 溶液的沸點升高值與溶液中溶質的溶液的沸點升高

21、值與溶液中溶質的質量摩爾濃度成正比。質量摩爾濃度成正比。Tb = kbbB kb:溶劑沸點升高常數(shù)溶劑沸點升高常數(shù),只與溶劑有關只與溶劑有關,與溶質無關與溶質無關, 單位是單位是Kkgmol-1。a 液體的凝固點液體的凝固點 在一定外壓下，物質的固相與其液相達成平在一定外壓下，物質的固相與其液相達成平 衡時的溫度。衡時的溫度。正常凝固點正常凝固點: 101 kPa下純液體和其固相平衡時的溫度。下純液體和其固相平衡時的溫度。H2O(l)H2O(S)1.4.3 溶液的凝固點溶液的凝固點(Freezing point）Tp /kPaTbTb0TfTf0水的蒸氣壓曲線水的蒸氣壓曲線冰的蒸氣冰的蒸氣壓曲

22、線壓曲線水溶液的蒸氣壓曲線水溶液的蒸氣壓曲線蒸氣壓曲線蒸氣壓曲線AABB101.325b 溶液的凝固點下降：溶液的凝固點下降： Tf = kfbBkf: 摩爾凝固點降低常數(shù)摩爾凝固點降低常數(shù), 與溶劑有關與溶劑有關, 與溶質無關與溶質無關, 單位單位 Kkgmol-1。Tf = kfbB= kfnB/mA = kf mB/MBmA測定溶質的摩爾質量測定溶質的摩爾質量想一想？想一想？1. 溶液的沸點和凝固點是否具有一定的值，還是溶液的沸點和凝固點是否具有一定的值，還是 一直在變？一直在變？2. 怎樣利用上面的性質來檢驗物質的純度？怎樣利用上面的性質來檢驗物質的純度？l植物的抗旱抗寒的道理；植物的

23、抗旱抗寒的道理；l為什么海水比河水較難結冰？為什么海水比河水較難結冰？l融雪劑使積雪融化的原理是什么？融雪劑使積雪融化的原理是什么？應應 用用1.4.4 滲透壓（滲透壓（osmotic pressure）a 開始開始b 水分子向糖溶水分子向糖溶液滲透液滲透c 施加最小外壓防止施加最小外壓防止?jié)B透發(fā)生滲透發(fā)生理理 解解 滲透方向滲透方向大大等滲溶液等滲溶液 滲透能力相同的溶液滲透能力相同的溶液 反滲透作用反滲透作用小小溶液溶液濃溶液濃溶液溶劑溶劑稀溶液稀溶液滲透壓的定量計算滲透壓的定量計算 = cBRT：kPa cB = molL-1 R = 8.314 kPaLmol-1K-1解釋下列現(xiàn)象：解

24、釋下列現(xiàn)象：1.1.施肥過多會引起作物凋萎；施肥過多會引起作物凋萎；2. 2. 海水中生活的魚類不能在淡水中生存，反海水中生活的魚類不能在淡水中生存，反之亦然；之亦然；3. 3. 海水中提取鹽（兩種方法）；海水中提取鹽（兩種方法）；依數(shù)性使用范圍依數(shù)性使用范圍: : 難揮發(fā)、非電解質、稀溶液難揮發(fā)、非電解質、稀溶液 對于難揮發(fā)非電解質濃溶液或電解質溶對于難揮發(fā)非電解質濃溶液或電解質溶液液, ,這些現(xiàn)象同樣存在這些現(xiàn)象同樣存在, ,不再符合依數(shù)性的定不再符合依數(shù)性的定量規(guī)律量規(guī)律. .1.4.5 應用應用p = pA0 xBTb = kbbBTf = kfbB = cBRTa 測定分子摩爾質量測

25、定分子摩爾質量低分子量低分子量- 沸點升高沸點升高, 凝固點降低凝固點降低 高分子量高分子量-滲透壓滲透壓b “反滲透技術反滲透技術”應用應用Example 1.5 將將2.67 g 萘溶于萘溶于100 g苯中，測苯中，測得沸點升高了得沸點升高了0.531 K (純苯的沸點為純苯的沸點為80.2 )，求萘的摩爾質量。，求萘的摩爾質量。（苯的（苯的kb = 2.55 Kkgmol-1）解：由解：由Tb = kbbB 得得0.531K = 2.55 Kkgmol-12.67 g/M/1001000kg-1M = 128.2 gmol-1Example 1.6：有一種蛋白質，估計它的摩爾：有一種蛋白

26、質，估計它的摩爾質量在質量在12000 gmol-1,試問用哪一種依數(shù)性來試問用哪一種依數(shù)性來測定摩爾質量較好？測定摩爾質量較好？解：設取解：設取1 g樣品溶于樣品溶于100 g水中，已知，水的水中，已知，水的Kb為為0.51Kkgmol-1,Kf 為為1.86 Kkgmol-1,那么那么Tb = KbbB = 0.51KKgmol-11 g/12000 gmol-1/100 g1000gKg-1 = 4.310-4 KTf = KbbB =1.86 KKgmol-11 g/12000 gmol-1/100 g1000 gKg-1 = 1.610-3K = cBRT = n/VRT,因為溶液很

27、稀，設它的密度和水相同因為溶液很稀，設它的密度和水相同1.0 g/ml,因此因此n/V = 1.00 g/12000 gmol-1/100 g1000 g/L = 8.310-4 mol/L = 8.310-4 mol/L8.31 kPaLmol-1K-293K = 2.02 kPa 由以上數(shù)據(jù)得出結論：由以上數(shù)據(jù)得出結論：Tb,Tf值太小，無法值太小，無法測定，滲透壓數(shù)值較大，用滲透壓法最好。測定，滲透壓數(shù)值較大，用滲透壓法最好。1.5 電解質溶液（電解質溶液（Electrolyte Solution）物物質質非電解質非電解質電解質電解質強電解質強電解質（完全電離）（完全電離）弱電解質弱電解

28、質（不完全電離）（不完全電離）實際離子濃度小于理論值？實際離子濃度小于理論值？1.5.1 1.5.1 離子氛模型離子氛模型德拜休克爾理論德拜休克爾理論1.5.2 活度（活度（Activity） 電解質溶液中實際發(fā)揮作用的濃度，也叫做電解質溶液中實際發(fā)揮作用的濃度，也叫做有效濃度：有效濃度：B =Bc0B: 活度系數(shù)（活度系數(shù)（Activity Coefficient），與溶液離子間相互作用有關。），與溶液離子間相互作用有關。l離子濃度越大，離子電荷越高，離子間的離子濃度越大，離子電荷越高，離子間的 相互作用越強，相互作用越強， 值越?。恢翟叫?；l溶液無限稀時，溶液無限稀時， 值等于值等于1。1

29、.5.3 1.5.3 離子強度（離子強度（ionic strengthionic strength）iiizI2c21IIzz1509. 0lg21Izz21509. 0lg通常：通常：a.a.電解質濃度很小，忽略離子間的作用，用濃電解質濃度很小，忽略離子間的作用，用濃 度代替活度進行計算；度代替活度進行計算；b.b.在實際測量過程中，通常加入離子強度調(diào)節(jié)在實際測量過程中，通常加入離子強度調(diào)節(jié) 劑，保持溶液中離子強度的穩(wěn)定。劑，保持溶液中離子強度的穩(wěn)定。1.6 1.6 膠膠 體體1.6.1 溶膠的性質（自學）溶膠的性質（自學）1. 光學性質光學性質 2. 動力學性質動力學性質3. 電學性質電學性質1. 溶膠的光學性質溶膠的光學性質丁達爾現(xiàn)象丁達爾現(xiàn)象光源光源聚光鏡聚光鏡溶膠溶膠產(chǎn)生原因：光的散射作用產(chǎn)生原因：光的散射作用可見光波長：可見光波長：400-760 nm溶膠分散質直徑：溶膠分散質直徑：1-100 nm2. 溶膠的動力學性質溶膠的動力學