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文檔簡介
第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)1本章內(nèi)容1.1分散體系1.2溶液1.3稀溶液的依數(shù)性1.4膠體溶液1.5乳濁液和高分子溶液(自學(xué))本章內(nèi)容1.1分散體系1.2溶液1.3稀溶液的依數(shù)性2本章要求1.了解物質(zhì)的量及其單位摩爾的概念,掌握物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量摩爾濃度、摩爾分數(shù)的計算;2.了解稀溶液依數(shù)性產(chǎn)生的原理,掌握利用稀溶液的依數(shù)性測定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量,能定性判斷各類電解質(zhì)溶液對稀溶液依數(shù)性的影響;3.了解分散系的概念及分類,了解溶膠的性質(zhì),掌握膠團結(jié)構(gòu),了解溶膠的穩(wěn)定性和凝結(jié)及其影響因素;4.了解乳濁液的特點、類型、穩(wěn)定性;本章要求1.了解物質(zhì)的量及其單位摩爾的概念,掌握物質(zhì)的量濃31.1分散體系
1.
分散體系(分散系):由一種或幾種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系叫分散系。其中被分散的物質(zhì)叫分散質(zhì),起分散作用的物質(zhì)叫分散劑。(表1-1)
例如:
細小的水滴分散在空氣中形成的云霧各種金屬化合物分散在巖石中形成的礦石等CO2分散在水中形成的汽水1.1分散體系細小的水滴分散在空氣中形成的云霧各種金屬化合4分散系類型低分子或離子分散系(真溶液)膠體分散系粗分散系高分子溶液溶膠<1nm1—100nm>100nm主要性質(zhì)最穩(wěn)定很穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定電子顯微鏡也看不見超顯微鏡可見普通顯微鏡可見能透過半透膜能通過濾紙,不能通過半透膜不能透過濾紙、半透膜單相體系多相體系2.分散系的分類:按分散質(zhì)粒子的大小,常把液態(tài)分散系分為三類(如下表)(表1-2)分散系類型低分子或離子膠體分散系粗分散系高分子溶液溶膠<1n5相均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng))
系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分,叫做相。相均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)6溶液的定義溶液是兩種或兩種以上的物質(zhì)所形成的混合物,這些物質(zhì)在分子層次上是均勻的,即分散程度達到分子水平。溶液的定義溶液是兩種或兩種以上的物質(zhì)所形成的混合物,這7氣態(tài)溶液液態(tài)溶液(水溶液)固態(tài)溶液溶液的分類按聚集狀態(tài)來分:氣態(tài)溶液溶液的分類按聚集狀態(tài)來分:8溶劑與溶質(zhì)溶質(zhì)和溶劑是相對的:溶液的性質(zhì)在很大程度上取決于溶質(zhì)和溶劑的相對組成
溶質(zhì):溶劑:氣、固體液少量液體大量液體其它溶液水(水溶液)其它物質(zhì)酒精、液氨汽油(非水溶液)物質(zhì)在溶解過程中伴隨著能量的變化和體積的變化。溶劑與溶質(zhì)溶質(zhì)和溶劑是相對的:溶液的性質(zhì)在很大程度上取決于溶91.2氣體的計量1.理想氣體(idealgas)(1)壓力不太高、溫度不太低
(2)忽略分子本身體積,忽略分子間的作用。1.2氣體的計量(1)壓力不太高、溫度不太低10理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程112.Dalton分壓定律:混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。
p=p1+p2+或p=
pB
2.Dalton分壓定律:混合氣體的總壓等于混12BritishphysicistandchemistJohnDaltonisbestknownfordevelopingtheatomictheoryofelementsandmolecules,thefoundationofmodernphysicalscience.JohnDalton(1766-1844)Britishphysicistandchemist13n=n1+n2+
p=p1+p2+n=n1+n2+p=p1+14分壓的求解:xBB的摩爾分數(shù)混合氣體中某組分氣體的壓力,等于總壓乘以該組分的摩爾分數(shù)。分壓的求解:xBB的摩爾分數(shù)混合氣體中某組分氣體的壓15★分壓定律的應(yīng)用★分壓定律的應(yīng)用16分壓定律的應(yīng)用求Pi、P、ni、n、xiPi=(ni/n)
P=xiPPi/P=ni/n=xi
分壓定律的應(yīng)用17§1-3溶液濃度的表示方法一、物質(zhì)的量物質(zhì)的量:國際單位制(SI)中的基本物理量之一,表示系統(tǒng)中所含基本單元的數(shù)量,用符號“n”表示,單位為“mol”,叫做“摩爾”。
如果系統(tǒng)中物質(zhì)B的基本單元數(shù)目與0.012kgC12的原子數(shù)目一樣多,則物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB就是1mol。
使用物質(zhì)的量及其單位摩爾時,必須注明基本單元,同樣,物質(zhì)的量的導(dǎo)出量,如濃度、摩爾質(zhì)量等,也必須指出基本單元。1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量。M==
m/n,g/mol§1-3溶液濃度的表示方法一、物質(zhì)的量物質(zhì)的量:國際單位制18使用摩爾時必須指明基本單元(用元素符號或化學(xué)式注明在n后的括號內(nèi))。
n(H2)=1mol該物系含有NA個H21molH2n(2H2)=1mol該物系含有NA個2H21mol2H21mol(2H2+O2=2H2O)指1mol反應(yīng)。基本單元可以是分子、原子、離子、電子及其它粒子或這些粒子的特定組合?;締卧拇_定方法:a.由化學(xué)方程式確定:把化學(xué)(或離子)反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)式(或離子式)的具體表達式,包括其計量系數(shù)在內(nèi)作為一個整體確定為該物質(zhì)的基本單元。3H2+N2=2NH3b.根據(jù)需要先選定一物質(zhì)的基本單元,再以該物質(zhì)的基本單元形式配平有這種物質(zhì)參加的化學(xué)反應(yīng)方程式。如:1/5MnO4-+8/5H+=1/5Mn2++Fe3++4/5H2O同一物質(zhì),若基本單元不同,其物質(zhì)的量的數(shù)值不同。如:18克H2O,n(H2O)=1mol,n(1/2H2O)=2mol,n(2H2O)=0.5mol使用摩爾時必須指明基本單元(用元素符號或化學(xué)式注明在n后的括19
二、溶液濃度的表示方法1.物質(zhì)的量濃度(注明基本單元)單位體積溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量。
2.質(zhì)量摩爾濃度(與溫度無關(guān))
每千克溶劑(A)中所含溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量。二、溶液濃度的表示方法1.物質(zhì)的量濃度(注明基20摩爾分數(shù)
溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量占溶液物質(zhì)的量的分數(shù)。
4.質(zhì)量分數(shù)
溶質(zhì)(B)的質(zhì)量與溶液的質(zhì)量之比。
5.密度
ρ=m/v(g/Lorg/mL)單位體積溶液中所含溶液的質(zhì)量。摩爾分數(shù)溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量占21幾種溶液濃度之間的關(guān)系物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分數(shù)cB、ω、ρ物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度cB、ρ、bB幾種溶液濃度之間的關(guān)系物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分數(shù)22濃鹽酸的ωB為37%,密度為1.19g·mL-1,求:(1)c(HCl);(2)bB;濃鹽酸的ωB為37%,密度為1.19g·mL-1,求:23欲配制c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液500mL,問應(yīng)取密度為1.84kg.L-1,質(zhì)量分數(shù)為96%的硫酸多少毫升?如何配制?解:已知,ρ=1.84kg.L-1,ωB=96%的硫酸溶液,其c(H2SO4)=ω*ρ/M=18.0mol.L-1
由等物質(zhì)的量規(guī)則知n(H2SO4)稀=n(H2SO4)濃c(H2SO4)稀V稀=c(H2SO4)濃V濃故V濃=2.8ml配制方法:取密度為1.84kg.L-1,質(zhì)量分數(shù)為96%的硫酸2.8ml,在不斷攪拌下加入到約450ml蒸餾水中,然后稀釋至500ml,即得500ml,c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液。欲配制c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液524解:(1)例在100ml水中,溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液的密度為1.0638g/ml,求蔗糖的物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量摩爾濃度,物質(zhì)的摩爾分數(shù)各是多少?(MC12H22O11=342)(2)(3)解:(1)例在100ml水中,溶解17.1g蔗糖(C1225§1-4稀溶液的通性溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液,溶液的性質(zhì)已不同于原來的溶質(zhì)和溶劑,這種性質(zhì)上的變化可分為兩類:第一類由溶質(zhì)本性不同所引起。如酸堿性、導(dǎo)電性顏色、味道等。第二類由溶質(zhì)數(shù)量不同所引起。如蒸氣壓、沸點、凝固點、滲透壓等。稀溶液的通性(依數(shù)性):稀溶液的某些性質(zhì)只與溶質(zhì)的粒子數(shù)目有關(guān),而與溶質(zhì)的本性無關(guān),這一類性質(zhì)稱為稀溶液的依數(shù)性。
§1-4稀溶液的通性溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液,溶液的26二、稀溶液的依數(shù)性1.溶液的蒸氣壓下降(1)純?nèi)軇┑恼魵鈮涸谝欢囟认?溶劑表面的蒸發(fā)的蒸發(fā)速度與凝聚速度相等時,凝聚和蒸發(fā)達到動態(tài)平衡時所對應(yīng)的蒸汽壓力。每一種液體在一定溫度下都一定的蒸氣壓。而且,液體的蒸汽壓隨溫度的升高而增大。pA*二、稀溶液的依數(shù)性1.溶液的蒸氣壓下降pA*27
(2)溶液的蒸氣壓p<pA0溶液的蒸氣壓下降值Δp為Δp=pA0-p糖水水ppA0(2)溶液的蒸氣壓p<pA0溶液的蒸氣壓下降值28溶液的蒸氣壓降低的原因:
溶質(zhì)是難揮發(fā)非電解質(zhì),因此溶液的蒸氣壓實際上是溶液中溶劑的蒸氣壓。由于溶液中溶質(zhì)分子占據(jù)了溶液的一部分表面,阻礙了溶劑分子的蒸發(fā),使達到平衡時蒸發(fā)出來的溶劑分子數(shù)減少,產(chǎn)生的壓力降低。
比較不同濃度溶液的蒸氣壓。顯然,濃度越大,溶液的蒸氣壓越低。蒸氣壓與溶液的濃度有沒有定量規(guī)律?1887年,法國著名物理學(xué)家拉烏爾根據(jù)大量的實驗結(jié)果,總結(jié)出一個經(jīng)驗定律,這就是拉烏爾定律。溶液的蒸氣壓降低的原因:29拉烏爾(Raoult)定律:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓(P)等于純?nèi)軇┑恼魵鈮?P0)乘以溶劑在溶液中的摩爾分數(shù)(XA)。即:P=P0XA
∵XA+XB=1∴p=pA0(1-XB)溶液的蒸氣壓下降值Δp為Δp=pA0-p=pA0-pA0(1-XB)Δp=pA0XB
因此拉烏爾定律也可以這樣說:拉烏爾(Raoult)定律:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀30
在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降(ΔP)與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)(XB)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。拉烏爾(Raoult)定律:
即:ΔP=P0XB適用范圍:稀溶液;溶質(zhì)為難揮發(fā)非電解質(zhì);溶液為二組分體系
p=p0(1-xB)=p0-p0xBΔP=P0-P=P0xB在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降(ΔP31
當溶液很稀時,nA>nB,nA+nB≈nA,因此x(B)=n(B)n(A)+n(B)=n(B)n(A)Δp=pA0n(B)m(A)/M(A)=pA0
M(A)
b(B)補當溶液很稀時,nA>nB,nA+nB≈32Δp=kb(B)
在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降,近似地與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比,而與溶質(zhì)的種類無關(guān)。這是拉烏爾定律的另一種表達形式。
Δp=kb(B)332.溶液的沸點升高和凝固點降低
沸點:液體蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。凝固點:物質(zhì)的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等時的溫度,即固相和液相平衡共存時的溫度。
沸點升高和凝固點降低左圖:3條曲線:AB(水的蒸氣壓曲線),AˊBˊ(溶液的蒸氣壓曲線),AAˊ(冰的蒸氣壓曲線)2.溶液的沸點升高和凝固點降低沸點:液體蒸氣壓等于外34由上圖可以看出,溶液的蒸氣壓下降,導(dǎo)致溶液的沸點升高、凝固點降低。
定量關(guān)系:凝固點下降值:ΔTf=Tf0-TfΔTb=kbb(B)ΔTf=kfb(B)沸點上升值:ΔTb=Tb-Tb0
kb-沸點升高常數(shù);kf
-凝固點降低常數(shù)
kb、
kf只與溶劑的性質(zhì)有關(guān),單位:0C·kg/mol或K·kg/mol。由上圖可以看出,溶液的蒸氣壓下降,導(dǎo)致溶液的35
因此,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升和凝固點下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比,與溶質(zhì)的本性無關(guān)。
日常生活中的應(yīng)用如:植物為什么表現(xiàn)出一定的抗旱性和耐寒性?因為細胞液是溶液,溶液的蒸汽壓下降(抗旱性),溶液的凝固點降低(耐寒,不致結(jié)冰凍壞)又如:冬天在汽車水箱里加少量甘油或乙二醇,防止水箱里的水結(jié)冰(防凍劑等)因此,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升和凝固36例題1將2.76g甘油溶于200g水中,計算溶液的凝固點約為多少?(甘油分子量為92,水的凝固點為273.00K)解:查Kf(水)=1.86K.kg.mol答:該溶液的凝固點為272.721K。例題1將2.76g甘油溶于200g水中,計算溶液的凝固點約為37
(1)0.1mol/LHAc(2)0.1mol/LNaCl(3)1mol/L蔗糖(4)0.1mol/LCaCl2
(5)0.1mol/L葡萄糖例2按沸點從高到低的順序排列下列各溶液。(1)0.1mol/LHAc例2按沸點從高到低38解:在一定體積的溶液中,粒子數(shù)目越多,即粒子濃度越大,沸點越高。電解質(zhì)的粒子數(shù)目較相同濃度的非電解質(zhì)多,強電解質(zhì)的粒子數(shù)較相同濃度的弱電解多,因此,粒子濃度由大到小的順序為:(3)>(4)>(2)>(1)>(5)沸點順序與此相同。
(1)0.1mol/LHAc(2)0.1mol/LNaCl(3)1mol/L蔗糖(4)0.1mol/LCaCl2
(5)0.1mol/L葡萄糖
解:在一定體積的溶液中,粒子數(shù)目越多,即粒子濃度越大,沸39擴散現(xiàn)象與半透膜:(1)擴散:由于分子的熱運動,只要有濃度差就有擴散現(xiàn)象。特點:溶質(zhì)、溶劑同時進行,無方向性(2)半透膜:只能讓溶劑分子通過而不允許溶質(zhì)分子通過的薄膜。如:膀胱、腸衣、完整的植物根莖等。特點:溶劑運動,有方向性(濃度小→濃度大)
3、溶液的滲透壓擴散現(xiàn)象與半透膜:3、溶液的滲透壓402.滲透:溶劑分子通過半透膜進入溶液的過程。(1)滲透發(fā)生條件:a.半透膜存在,b.半透膜兩邊溶液有濃度差。(2)滲透的結(jié)果:由于滲透作用溶液的體積增大,垂直液面逐漸上升,當單位時間內(nèi)溶劑分子從兩個相反方向透過半透膜的分子數(shù)目相等時達到滲透平衡。滲透壓:為了阻止?jié)B透作用而施加于溶液的最小壓力稱為該溶液的滲透壓。蔗糖溶液純水半透膜產(chǎn)生滲透壓示意圖2.滲透:溶劑分子通過半透膜進入溶液的過程。蔗糖溶液41第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)課件42范特霍夫定律(滲透壓的公式):非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液物質(zhì)的量濃度(C)和溫度(T)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即:Π=CRT或:在一定溫度下,非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液的質(zhì)量摩爾濃度(bB)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即:Π=bBRT(R=8.314J·K-1·mol-1)范特霍夫定律(滲透壓的公式):43滲透作用的應(yīng)用:(1)測定大分子的M(B).P14.例1-6(2)動植物生理:如植物體內(nèi)水分傳導(dǎo),動物溶血,輸血(等滲溶液),合理施肥,淡水魚在海水中養(yǎng)殖會使魚脫水。(3)海水淡化,污水處理(反滲技術(shù))。(4)人體發(fā)燒時需及時喝水或通過靜脈注射等滲的0.9%NaCl和5%葡萄糖溶液(5)農(nóng)作物施完化肥應(yīng)及時澆水。滲透作用的應(yīng)用:44界面與表面分散系的分散度常用比表面表示,s=S/V;單位:m-1分散度與比表面表面能§1-5膠體溶液
物體表面的粒子(分子、原子或離子)比內(nèi)部粒子有更高的能量。表面粒子比內(nèi)部粒子多出的這部分能量稱為表面能。
界面與表面分散系的分散度常用比表面表示,s=S/V;單位:m45
對一定質(zhì)量的分散質(zhì)來說,分散度越高,表面積越大,其表面能越大,因而多相體系是一種不穩(wěn)定體系。為使體系趨于較穩(wěn)定的狀態(tài),表面能有自發(fā)降低的傾向。一般可采用兩種途徑:一是減小表面積使表面能減小,如小液滴可自發(fā)聚集成大液滴;二是通過表面吸附其它質(zhì)點來降低其表面能。
任何兩相界面上均存在著界面能。
一、表面吸附
一種物質(zhì)自動濃集到另一物質(zhì)表面上的過程叫吸附。其中有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑;被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。為什么存在表面吸附?對一定質(zhì)量的分散質(zhì)來說,分散度越高,表面461.分子吸附
固體吸附劑對溶液中非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)分子的吸附稱為分子吸附。這類吸附的一般經(jīng)驗規(guī)律是:相似(極性)相吸。2.離子吸附
固體吸附劑在強電解質(zhì)溶液中對溶質(zhì)離子的吸附稱為離子吸附。固體在溶液中的吸附(補)1.分子吸附固體在溶液中的吸附(補)47離子吸附的種類:(1)離子選擇吸附:固體吸附劑有選擇地吸附溶液中的某種離子,這種吸附稱為離子選擇吸附。
吸附規(guī)則:吸附劑優(yōu)先選擇吸附與自身組成相關(guān)或性質(zhì)相似且溶液中濃度較大的離子。
(2)離子交換吸附:固體吸附劑吸附一種離子的同時釋放出等電量的其它同號離子的過程稱為離子交換吸附。
交換規(guī)則:離子電荷數(shù)越高、水合半徑越小,離子交換能力越強。如AgNO3(過量)+KI(適量)后,AgI固體表面選擇吸附Ag+而帶正電。
離子吸附的種類:如AgNO3(過量)+KI(適量)48
如:交換能力Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+如硬水軟化:①陽2R—SO3H+Ca2+=(R—SO3)2Ca+2H+(除Ca2+、Mg2+)②陰R—N(CH3)3OH+Cl-=R—N(CH3)3Cl+OH-(除Cl-、SO42-)土壤:①施氮肥:②根系分泌出H+:
③NH4+進入土壤溶液作為養(yǎng)分
如:交換能力Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+如硬水軟49
膠團結(jié)構(gòu)式:
[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]X-·xK+(AgI)m膠核K+K+K+K+膠團I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+膠粒膠團構(gòu)造示意圖膠團結(jié)構(gòu)式:[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]X50{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-
膠核電位離子反離子反離子{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+51例:用AgNO3溶液與過量KI溶液作用制備的AgI溶膠,膠團結(jié)構(gòu)式為:
[(AgI)m·nI-·(n-x)K+}x-·xK+例:用KI溶液與過量AgNO3溶液作用制備的AgI溶膠,膠團結(jié)構(gòu)式為:
[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-}x+·xNO3-例:As2S3溶膠膠團的結(jié)構(gòu)式為:
[(As2S3)m·nHS-·(n-x)H+}x-·xH+例:硅酸溶膠的膠團結(jié)構(gòu)式為:
[(H2SiO3)m·nHSiO3-·(n-x)H+}x-·xH+例:用AgNO3溶液與過量KI溶液作用制備的AgI溶膠,膠團52(AgI)m膠核膠團構(gòu)造示意圖膠團NO3-NO3-NO3-NO3-膠粒Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-(AgI)m膠團構(gòu)造示意圖膠團NO3-NO3-NO3-NO353三、溶膠的性質(zhì)1、光學(xué)性質(zhì)(Tyndall現(xiàn)象)
粒子粒徑大于照射光的波長時,粒子表面反射光;粒徑略小于波長時,發(fā)生散射成乳光。三、溶膠的性質(zhì)542.動力學(xué)性質(zhì)(布朗運動)
2.動力學(xué)性質(zhì)(布朗運動)55
電泳:在外電場作用下,膠粒向電極移動的現(xiàn)象。
3.溶膠的電學(xué)性質(zhì)+-Fe(OH)3溶膠NaCl溶液電泳:在外電場作用下,膠粒向電極移動的現(xiàn)象。3.56電滲:在外電場作用下,限制膠粒不能移動,而液體介質(zhì)發(fā)生定向移動的現(xiàn)象。電滲:在外電場作用下,限制膠粒不能移動,而液體介質(zhì)發(fā)生定向移57膠粒帶電的原因:1、膠粒在溶液中選擇性吸附與膠粒組成有關(guān)的粒子。2、膠粒表面的分子電離,一種離子脫離膠粒進入溶液,另一種離子留在膠粒表面。{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-
膠核電位離子反離子反離子如Fe(OH)3溶膠:
電位離子:能使固體表面帶電的離子稱為電位離子。反離子:溶液中與電位離子帶相反電荷的離子稱為反離子。膠粒帶電的原因:{[Fe(OH)3]m·nFeO+·(58四、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉1.溶膠穩(wěn)定性的原因Brown運動和擴散作用膠粒帶電溶劑化作用2.凝結(jié):如果溶膠失去了穩(wěn)定因素,膠粒相互碰撞將導(dǎo)致顆粒合并變大,最后以沉淀形式析出,這種過程稱為凝結(jié),又稱為聚沉。影響溶膠聚沉的主要因素:
溶膠的濃度過高溶膠長時間加熱加入強電解質(zhì):明礬凈水四、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉1.溶膠穩(wěn)定性的原因Brown運動和59電解質(zhì)聚沉能力的大小:①聚沉能力主要取決于與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)。價數(shù)越高,聚沉能力越強。②同價離子的聚沉能力隨離子水化半徑的增大而減小。聚沉值: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。聚沉值越小,聚沉能力越強。電解質(zhì)聚沉能力的大小:①聚沉能力主要取決于與膠粒帶相反電荷60(2)溫度對溶膠穩(wěn)定性的影響加熱能破壞膠體的主要原因:①膠粒運動加劇,碰撞機會增多。②膠粒所帶電量減少。(3)溶膠的相互聚沉聚沉的主要原因:膠粒所帶電荷被中和。
應(yīng)用:Ⅰ、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正電溶膠和粘土、腐殖質(zhì)等負電溶膠互相聚沉,對土壤膠粒的結(jié)構(gòu)有重要影響;Ⅱ、明礬的凈水作用:明礬溶于水,水解形成Al(OH)3溶膠,結(jié)構(gòu)為{[Al(OH)3]m﹒nAl3+﹒(n-x)SO42-}2x+﹒xSO42-;膠粒帶正電,而天然水中的懸浮粒子一般帶負電荷。(2)溫度對溶膠穩(wěn)定性的影響應(yīng)用:Ⅰ、土壤中的Fe(OH)361課后作業(yè)第22頁1-1第23頁1-3、1-4、1-8下周二學(xué)委收作業(yè)交來課后作業(yè)第22頁下周二學(xué)委收作業(yè)交來62ThankyouThankyouThankyouThankyouThankyouThankyouThankyouThankyouTha63第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)64本章內(nèi)容1.1分散體系1.2溶液1.3稀溶液的依數(shù)性1.4膠體溶液1.5乳濁液和高分子溶液(自學(xué))本章內(nèi)容1.1分散體系1.2溶液1.3稀溶液的依數(shù)性65本章要求1.了解物質(zhì)的量及其單位摩爾的概念,掌握物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量摩爾濃度、摩爾分數(shù)的計算;2.了解稀溶液依數(shù)性產(chǎn)生的原理,掌握利用稀溶液的依數(shù)性測定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量,能定性判斷各類電解質(zhì)溶液對稀溶液依數(shù)性的影響;3.了解分散系的概念及分類,了解溶膠的性質(zhì),掌握膠團結(jié)構(gòu),了解溶膠的穩(wěn)定性和凝結(jié)及其影響因素;4.了解乳濁液的特點、類型、穩(wěn)定性;本章要求1.了解物質(zhì)的量及其單位摩爾的概念,掌握物質(zhì)的量濃661.1分散體系
1.
分散體系(分散系):由一種或幾種物質(zhì)分散到另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的體系叫分散系。其中被分散的物質(zhì)叫分散質(zhì),起分散作用的物質(zhì)叫分散劑。(表1-1)
例如:
細小的水滴分散在空氣中形成的云霧各種金屬化合物分散在巖石中形成的礦石等CO2分散在水中形成的汽水1.1分散體系細小的水滴分散在空氣中形成的云霧各種金屬化合67分散系類型低分子或離子分散系(真溶液)膠體分散系粗分散系高分子溶液溶膠<1nm1—100nm>100nm主要性質(zhì)最穩(wěn)定很穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定電子顯微鏡也看不見超顯微鏡可見普通顯微鏡可見能透過半透膜能通過濾紙,不能通過半透膜不能透過濾紙、半透膜單相體系多相體系2.分散系的分類:按分散質(zhì)粒子的大小,常把液態(tài)分散系分為三類(如下表)(表1-2)分散系類型低分子或離子膠體分散系粗分散系高分子溶液溶膠<1n68相均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))非均相系統(tǒng)(或多相系統(tǒng))
系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分,叫做相。相均相系統(tǒng)(或單相系統(tǒng))系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)69溶液的定義溶液是兩種或兩種以上的物質(zhì)所形成的混合物,這些物質(zhì)在分子層次上是均勻的,即分散程度達到分子水平。溶液的定義溶液是兩種或兩種以上的物質(zhì)所形成的混合物,這70氣態(tài)溶液液態(tài)溶液(水溶液)固態(tài)溶液溶液的分類按聚集狀態(tài)來分:氣態(tài)溶液溶液的分類按聚集狀態(tài)來分:71溶劑與溶質(zhì)溶質(zhì)和溶劑是相對的:溶液的性質(zhì)在很大程度上取決于溶質(zhì)和溶劑的相對組成
溶質(zhì):溶劑:氣、固體液少量液體大量液體其它溶液水(水溶液)其它物質(zhì)酒精、液氨汽油(非水溶液)物質(zhì)在溶解過程中伴隨著能量的變化和體積的變化。溶劑與溶質(zhì)溶質(zhì)和溶劑是相對的:溶液的性質(zhì)在很大程度上取決于溶721.2氣體的計量1.理想氣體(idealgas)(1)壓力不太高、溫度不太低
(2)忽略分子本身體積,忽略分子間的作用。1.2氣體的計量(1)壓力不太高、溫度不太低73理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程742.Dalton分壓定律:混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。
p=p1+p2+或p=
pB
2.Dalton分壓定律:混合氣體的總壓等于混75BritishphysicistandchemistJohnDaltonisbestknownfordevelopingtheatomictheoryofelementsandmolecules,thefoundationofmodernphysicalscience.JohnDalton(1766-1844)Britishphysicistandchemist76n=n1+n2+
p=p1+p2+n=n1+n2+p=p1+77分壓的求解:xBB的摩爾分數(shù)混合氣體中某組分氣體的壓力,等于總壓乘以該組分的摩爾分數(shù)。分壓的求解:xBB的摩爾分數(shù)混合氣體中某組分氣體的壓78★分壓定律的應(yīng)用★分壓定律的應(yīng)用79分壓定律的應(yīng)用求Pi、P、ni、n、xiPi=(ni/n)
P=xiPPi/P=ni/n=xi
分壓定律的應(yīng)用80§1-3溶液濃度的表示方法一、物質(zhì)的量物質(zhì)的量:國際單位制(SI)中的基本物理量之一,表示系統(tǒng)中所含基本單元的數(shù)量,用符號“n”表示,單位為“mol”,叫做“摩爾”。
如果系統(tǒng)中物質(zhì)B的基本單元數(shù)目與0.012kgC12的原子數(shù)目一樣多,則物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB就是1mol。
使用物質(zhì)的量及其單位摩爾時,必須注明基本單元,同樣,物質(zhì)的量的導(dǎo)出量,如濃度、摩爾質(zhì)量等,也必須指出基本單元。1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量。M==
m/n,g/mol§1-3溶液濃度的表示方法一、物質(zhì)的量物質(zhì)的量:國際單位制81使用摩爾時必須指明基本單元(用元素符號或化學(xué)式注明在n后的括號內(nèi))。
n(H2)=1mol該物系含有NA個H21molH2n(2H2)=1mol該物系含有NA個2H21mol2H21mol(2H2+O2=2H2O)指1mol反應(yīng)?;締卧梢允欠肿印⒃?、離子、電子及其它粒子或這些粒子的特定組合?;締卧拇_定方法:a.由化學(xué)方程式確定:把化學(xué)(或離子)反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)式(或離子式)的具體表達式,包括其計量系數(shù)在內(nèi)作為一個整體確定為該物質(zhì)的基本單元。3H2+N2=2NH3b.根據(jù)需要先選定一物質(zhì)的基本單元,再以該物質(zhì)的基本單元形式配平有這種物質(zhì)參加的化學(xué)反應(yīng)方程式。如:1/5MnO4-+8/5H+=1/5Mn2++Fe3++4/5H2O同一物質(zhì),若基本單元不同,其物質(zhì)的量的數(shù)值不同。如:18克H2O,n(H2O)=1mol,n(1/2H2O)=2mol,n(2H2O)=0.5mol使用摩爾時必須指明基本單元(用元素符號或化學(xué)式注明在n后的括82
二、溶液濃度的表示方法1.物質(zhì)的量濃度(注明基本單元)單位體積溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量。
2.質(zhì)量摩爾濃度(與溫度無關(guān))
每千克溶劑(A)中所含溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量。二、溶液濃度的表示方法1.物質(zhì)的量濃度(注明基83摩爾分數(shù)
溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量占溶液物質(zhì)的量的分數(shù)。
4.質(zhì)量分數(shù)
溶質(zhì)(B)的質(zhì)量與溶液的質(zhì)量之比。
5.密度
ρ=m/v(g/Lorg/mL)單位體積溶液中所含溶液的質(zhì)量。摩爾分數(shù)溶質(zhì)(B)的物質(zhì)的量占84幾種溶液濃度之間的關(guān)系物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分數(shù)cB、ω、ρ物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度cB、ρ、bB幾種溶液濃度之間的關(guān)系物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分數(shù)85濃鹽酸的ωB為37%,密度為1.19g·mL-1,求:(1)c(HCl);(2)bB;濃鹽酸的ωB為37%,密度為1.19g·mL-1,求:86欲配制c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液500mL,問應(yīng)取密度為1.84kg.L-1,質(zhì)量分數(shù)為96%的硫酸多少毫升?如何配制?解:已知,ρ=1.84kg.L-1,ωB=96%的硫酸溶液,其c(H2SO4)=ω*ρ/M=18.0mol.L-1
由等物質(zhì)的量規(guī)則知n(H2SO4)稀=n(H2SO4)濃c(H2SO4)稀V稀=c(H2SO4)濃V濃故V濃=2.8ml配制方法:取密度為1.84kg.L-1,質(zhì)量分數(shù)為96%的硫酸2.8ml,在不斷攪拌下加入到約450ml蒸餾水中,然后稀釋至500ml,即得500ml,c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液。欲配制c(H2SO4)=0.10mol.L-1的硫酸溶液587解:(1)例在100ml水中,溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液的密度為1.0638g/ml,求蔗糖的物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量摩爾濃度,物質(zhì)的摩爾分數(shù)各是多少?(MC12H22O11=342)(2)(3)解:(1)例在100ml水中,溶解17.1g蔗糖(C1288§1-4稀溶液的通性溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液,溶液的性質(zhì)已不同于原來的溶質(zhì)和溶劑,這種性質(zhì)上的變化可分為兩類:第一類由溶質(zhì)本性不同所引起。如酸堿性、導(dǎo)電性顏色、味道等。第二類由溶質(zhì)數(shù)量不同所引起。如蒸氣壓、沸點、凝固點、滲透壓等。稀溶液的通性(依數(shù)性):稀溶液的某些性質(zhì)只與溶質(zhì)的粒子數(shù)目有關(guān),而與溶質(zhì)的本性無關(guān),這一類性質(zhì)稱為稀溶液的依數(shù)性。
§1-4稀溶液的通性溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液,溶液的89二、稀溶液的依數(shù)性1.溶液的蒸氣壓下降(1)純?nèi)軇┑恼魵鈮涸谝欢囟认?溶劑表面的蒸發(fā)的蒸發(fā)速度與凝聚速度相等時,凝聚和蒸發(fā)達到動態(tài)平衡時所對應(yīng)的蒸汽壓力。每一種液體在一定溫度下都一定的蒸氣壓。而且,液體的蒸汽壓隨溫度的升高而增大。pA*二、稀溶液的依數(shù)性1.溶液的蒸氣壓下降pA*90
(2)溶液的蒸氣壓p<pA0溶液的蒸氣壓下降值Δp為Δp=pA0-p糖水水ppA0(2)溶液的蒸氣壓p<pA0溶液的蒸氣壓下降值91溶液的蒸氣壓降低的原因:
溶質(zhì)是難揮發(fā)非電解質(zhì),因此溶液的蒸氣壓實際上是溶液中溶劑的蒸氣壓。由于溶液中溶質(zhì)分子占據(jù)了溶液的一部分表面,阻礙了溶劑分子的蒸發(fā),使達到平衡時蒸發(fā)出來的溶劑分子數(shù)減少,產(chǎn)生的壓力降低。
比較不同濃度溶液的蒸氣壓。顯然,濃度越大,溶液的蒸氣壓越低。蒸氣壓與溶液的濃度有沒有定量規(guī)律?1887年,法國著名物理學(xué)家拉烏爾根據(jù)大量的實驗結(jié)果,總結(jié)出一個經(jīng)驗定律,這就是拉烏爾定律。溶液的蒸氣壓降低的原因:92拉烏爾(Raoult)定律:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓(P)等于純?nèi)軇┑恼魵鈮?P0)乘以溶劑在溶液中的摩爾分數(shù)(XA)。即:P=P0XA
∵XA+XB=1∴p=pA0(1-XB)溶液的蒸氣壓下降值Δp為Δp=pA0-p=pA0-pA0(1-XB)Δp=pA0XB
因此拉烏爾定律也可以這樣說:拉烏爾(Raoult)定律:在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀93
在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降(ΔP)與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)(XB)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。拉烏爾(Raoult)定律:
即:ΔP=P0XB適用范圍:稀溶液;溶質(zhì)為難揮發(fā)非電解質(zhì);溶液為二組分體系
p=p0(1-xB)=p0-p0xBΔP=P0-P=P0xB在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降(ΔP94
當溶液很稀時,nA>nB,nA+nB≈nA,因此x(B)=n(B)n(A)+n(B)=n(B)n(A)Δp=pA0n(B)m(A)/M(A)=pA0
M(A)
b(B)補當溶液很稀時,nA>nB,nA+nB≈95Δp=kb(B)
在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降,近似地與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比,而與溶質(zhì)的種類無關(guān)。這是拉烏爾定律的另一種表達形式。
Δp=kb(B)962.溶液的沸點升高和凝固點降低
沸點:液體蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度。凝固點:物質(zhì)的液相蒸氣壓和固相蒸氣壓相等時的溫度,即固相和液相平衡共存時的溫度。
沸點升高和凝固點降低左圖:3條曲線:AB(水的蒸氣壓曲線),AˊBˊ(溶液的蒸氣壓曲線),AAˊ(冰的蒸氣壓曲線)2.溶液的沸點升高和凝固點降低沸點:液體蒸氣壓等于外97由上圖可以看出,溶液的蒸氣壓下降,導(dǎo)致溶液的沸點升高、凝固點降低。
定量關(guān)系:凝固點下降值:ΔTf=Tf0-TfΔTb=kbb(B)ΔTf=kfb(B)沸點上升值:ΔTb=Tb-Tb0
kb-沸點升高常數(shù);kf
-凝固點降低常數(shù)
kb、
kf只與溶劑的性質(zhì)有關(guān),單位:0C·kg/mol或K·kg/mol。由上圖可以看出,溶液的蒸氣壓下降,導(dǎo)致溶液的98
因此,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升和凝固點下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比,與溶質(zhì)的本性無關(guān)。
日常生活中的應(yīng)用如:植物為什么表現(xiàn)出一定的抗旱性和耐寒性?因為細胞液是溶液,溶液的蒸汽壓下降(抗旱性),溶液的凝固點降低(耐寒,不致結(jié)冰凍壞)又如:冬天在汽車水箱里加少量甘油或乙二醇,防止水箱里的水結(jié)冰(防凍劑等)因此,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升和凝固99例題1將2.76g甘油溶于200g水中,計算溶液的凝固點約為多少?(甘油分子量為92,水的凝固點為273.00K)解:查Kf(水)=1.86K.kg.mol答:該溶液的凝固點為272.721K。例題1將2.76g甘油溶于200g水中,計算溶液的凝固點約為100
(1)0.1mol/LHAc(2)0.1mol/LNaCl(3)1mol/L蔗糖(4)0.1mol/LCaCl2
(5)0.1mol/L葡萄糖例2按沸點從高到低的順序排列下列各溶液。(1)0.1mol/LHAc例2按沸點從高到低101解:在一定體積的溶液中,粒子數(shù)目越多,即粒子濃度越大,沸點越高。電解質(zhì)的粒子數(shù)目較相同濃度的非電解質(zhì)多,強電解質(zhì)的粒子數(shù)較相同濃度的弱電解多,因此,粒子濃度由大到小的順序為:(3)>(4)>(2)>(1)>(5)沸點順序與此相同。
(1)0.1mol/LHAc(2)0.1mol/LNaCl(3)1mol/L蔗糖(4)0.1mol/LCaCl2
(5)0.1mol/L葡萄糖
解:在一定體積的溶液中,粒子數(shù)目越多,即粒子濃度越大,沸102擴散現(xiàn)象與半透膜:(1)擴散:由于分子的熱運動,只要有濃度差就有擴散現(xiàn)象。特點:溶質(zhì)、溶劑同時進行,無方向性(2)半透膜:只能讓溶劑分子通過而不允許溶質(zhì)分子通過的薄膜。如:膀胱、腸衣、完整的植物根莖等。特點:溶劑運動,有方向性(濃度小→濃度大)
3、溶液的滲透壓擴散現(xiàn)象與半透膜:3、溶液的滲透壓1032.滲透:溶劑分子通過半透膜進入溶液的過程。(1)滲透發(fā)生條件:a.半透膜存在,b.半透膜兩邊溶液有濃度差。(2)滲透的結(jié)果:由于滲透作用溶液的體積增大,垂直液面逐漸上升,當單位時間內(nèi)溶劑分子從兩個相反方向透過半透膜的分子數(shù)目相等時達到滲透平衡。滲透壓:為了阻止?jié)B透作用而施加于溶液的最小壓力稱為該溶液的滲透壓。蔗糖溶液純水半透膜產(chǎn)生滲透壓示意圖2.滲透:溶劑分子通過半透膜進入溶液的過程。蔗糖溶液104第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)課件105范特霍夫定律(滲透壓的公式):非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液物質(zhì)的量濃度(C)和溫度(T)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即:Π=CRT或:在一定溫度下,非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液的質(zhì)量摩爾濃度(bB)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即:Π=bBRT(R=8.314J·K-1·mol-1)范特霍夫定律(滲透壓的公式):106滲透作用的應(yīng)用:(1)測定大分子的M(B).P14.例1-6(2)動植物生理:如植物體內(nèi)水分傳導(dǎo),動物溶血,輸血(等滲溶液),合理施肥,淡水魚在海水中養(yǎng)殖會使魚脫水。(3)海水淡化,污水處理(反滲技術(shù))。(4)人體發(fā)燒時需及時喝水或通過靜脈注射等滲的0.9%NaCl和5%葡萄糖溶液(5)農(nóng)作物施完化肥應(yīng)及時澆水。滲透作用的應(yīng)用:107界面與表面分散系的分散度常用比表面表示,s=S/V;單位:m-1分散度與比表面表面能§1-5膠體溶液
物體表面的粒子(分子、原子或離子)比內(nèi)部粒子有更高的能量。表面粒子比內(nèi)部粒子多出的這部分能量稱為表面能。
界面與表面分散系的分散度常用比表面表示,s=S/V;單位:m108
對一定質(zhì)量的分散質(zhì)來說,分散度越高,表面積越大,其表面能越大,因而多相體系是一種不穩(wěn)定體系。為使體系趨于較穩(wěn)定的狀態(tài),表面能有自發(fā)降低的傾向。一般可采用兩種途徑:一是減小表面積使表面能減小,如小液滴可自發(fā)聚集成大液滴;二是通過表面吸附其它質(zhì)點來降低其表面能。
任何兩相界面上均存在著界面能。
一、表面吸附
一種物質(zhì)自動濃集到另一物質(zhì)表面上的過程叫吸附。其中有吸附能力的物質(zhì)稱為吸附劑;被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。為什么存在表面吸附?對一定質(zhì)量的分散質(zhì)來說,分散度越高,表面1091.分子吸附
固體吸附劑對溶液中非電解質(zhì)或弱電解質(zhì)分子的吸附稱為分子吸附。這類吸附的一般經(jīng)驗規(guī)律是:相似(極性)相吸。2.離子吸附
固體吸附劑在強電解質(zhì)溶液中對溶質(zhì)離子的吸附稱為離子吸附。固體在溶液中的吸附(補)1.分子吸附固體在溶液中的吸附(補)110離子吸附的種類:(1)離子選擇吸附:固體吸附劑有選擇地吸附溶液中的某種離子,這種吸附稱為離子選擇吸附。
吸附規(guī)則:吸附劑優(yōu)先選擇吸附與自身組成相關(guān)或性質(zhì)相似且溶液中濃度較大的離子。
(2)離子交換吸附:固體吸附劑吸附一種離子的同時釋放出等電量的其它同號離子的過程稱為離子交換吸附。
交換規(guī)則:離子電荷數(shù)越高、水合半徑越小,離子交換能力越強。如AgNO3(過量)+KI(適量)后,AgI固體表面選擇吸附Ag+而帶正電。
離子吸附的種類:如AgNO3(過量)+KI(適量)111
如:交換能力Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+如硬水軟化:①陽2R—SO3H+Ca2+=(R—SO3)2Ca+2H+(除Ca2+、Mg2+)②陰R—N(CH3)3OH+Cl-=R—N(CH3)3Cl+OH-(除Cl-、SO42-)土壤:①施氮肥:②根系分泌出H+:
③NH4+進入土壤溶液作為養(yǎng)分
如:交換能力Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+如硬水軟112
膠團結(jié)構(gòu)式:
[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]X-·xK+(AgI
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