第二章氣體和溶液

第二章氣體和溶液第一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1理想氣體(idealgas)1定義2理想氣體狀態(tài)方程式pV=nRTR摩爾氣體常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下：p=101.325kPaT=273.15K1mol氣體的標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積為22.4141×10-3

m3

第二頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四使用公式時(shí)注意：各物理量的單位

8.315Pa·m3·mol-1·K-1R的其他單位T(K)絕對(duì)溫度，T=273.15+攝氏溫度V～L,p～KPa第三頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四3道爾頓分壓定律例1mol氧氣注入體積為22.4L的密閉容器中，溫度為273k,氣體對(duì)容器壁產(chǎn)生的壓力是多少？再注入1mol氮?dú)?，混合氣體產(chǎn)生的壓力是多少？在T，V一定的混合氣體中，用p1,p2,…表示氣體1,2…的分壓，p表示總壓力，則

p=p1+P2+……或p=∑pi而pi=niRT/Vp=∑pi=∑niRT/V=nRT/V狀態(tài)方程式不僅適用于單一氣體，也適用于混合氣體第四頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四pi=niRT/V

p=∑pi=∑niRT/V=nRT/V

pi/p=ni/nxi=ni/n摩爾分?jǐn)?shù)

pi=xip

混合物中所有組分的摩爾分?jǐn)?shù)的和為1

道爾頓分壓定律對(duì)研究混合氣體非常重要見(jiàn)課本p3-4例2-3第五頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2分散系(dispersesystem)分散系分散質(zhì)（分散相）分散劑（分散介質(zhì)）例葡萄糖水溶液分子分散系（d<1nm）

Fe(OH)3膠體溶液

膠體分散系（d1-100nm）

泥水體系粗分散系（d>100nm）粒子第六頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四相物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的一部分,

相與相間有界面氣相固相液相單相系統(tǒng)（均相系統(tǒng)）例分子分散系多相系統(tǒng)例膠體分散相粗分散相

溶液分子分散系固態(tài)溶液（鋁合金含鎂、錳、銅）氣態(tài)溶液（空氣）液態(tài)溶液（水溶液，有機(jī)溶液）第七頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3稀溶液的通性----依數(shù)性

（colligativeproperties）稀溶液的蒸汽壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓，依賴溶質(zhì)的粒子數(shù)的變化而改變，而與溶質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)

依數(shù)性例如純水的凝固點(diǎn)273.15K，1mol/kg葡萄糖溶液的凝固點(diǎn)？1mol/kg葡萄糖溶液的凝固點(diǎn)？（=273.15-0.512=272.638K）1mol/kgNaCl溶液的凝固點(diǎn)？在這里稀溶液中溶質(zhì)為難揮發(fā)的非電解質(zhì)例如稀葡萄糖水溶液；乙二醇水溶液等NaCl水溶液？稀的苯甲酸乙酯的苯溶液第八頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四純水的蒸汽壓

在一定溫度下，將某純?nèi)軇?，如純水放入密閉的容器中H2O(l)H2O(g)蒸發(fā)凝聚(1)液體的蒸汽壓

2.3.1溶液蒸汽壓下降定義：在一定溫度下與液相達(dá)到平衡時(shí)蒸汽所具有的壓力p(簡(jiǎn)稱蒸汽壓)。單位：Pa,kPa第九頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四不同溫度下水的蒸汽壓

T/Kp/kPaT/Kp/kPa2732782832933033133230.61060.87191.22792.33854.24237.375412.333633334335336337342319.918335.157447.342670.1001101.3247476.02622.3.1溶液的蒸汽壓下降第十頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四說(shuō)明：①p與純?nèi)軇┑谋拘杂嘘P(guān);②溫度升高，p增大;③固體物質(zhì)的蒸汽壓一般很小;④易揮發(fā)性物質(zhì)的p大，難揮發(fā)性物質(zhì)的p

小。2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)溶液蒸汽壓下降的原因（a）純水的蒸汽壓(b)溶液的蒸汽壓2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果在一定溫度下,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑恼羝麎号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。

pB*:純?nèi)軇┑恼羝麎?p:溶液的蒸汽壓。2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）拉烏爾（Raoult）定律∵xA+xB=1（xA

溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)

XB溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)）p=p*

xB

=p*(1-xA)=p*-p*xA∴p*-p=p*xA令Δp=p*-p有

Δp=p*xA

Δp表示溶液的蒸汽壓下降。Δp≥0。2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四拉烏爾定律的另一表示式：由于nB>>nA，

若A溶于1000g溶劑B，有則Δp=K

b

b為溶液的質(zhì)量摩爾濃度（mol·kg-1）K為與溶劑性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)適用：難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液。2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.1溶液的蒸汽壓下降第十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.1溶液的蒸汽壓下降解求K有兩種方法Δp=Kb或

K=pB*MB/1000=77.30kpa×72.15g.mol-1/1000K=5.578KPa.Kg.mol-1第十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.1溶液的蒸汽壓下降

(2)第十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.2溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降BoilingPointrising

andFreezingPoint

lowering

（1）液體的沸點(diǎn)

液體的沸點(diǎn)是液體的蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時(shí)的溫度。液體的正常沸點(diǎn)是指外壓為101.3kPa時(shí)的沸點(diǎn)。第十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）溶液的沸點(diǎn)升高

溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)，這一現(xiàn)象稱之為溶液的沸點(diǎn)升高。溶液沸點(diǎn)升高是由溶液的蒸汽壓下降引起。ΔTb=Tb-Tb0

=Kbb2.3.2溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低b為溶液的質(zhì)量摩爾濃度（mol·kg-1）Kb為溶劑的摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù)第二十頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四常見(jiàn)溶劑的T0b和Kb值溶劑Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)溶劑Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)水1000.512四氯化碳76.75.03乙酸1182.93乙醚34.72.02苯802.53萘2185.80乙醇78.41.222.3.2溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低第二十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）溶液的凝固點(diǎn)降低

凝固點(diǎn)是指物質(zhì)的固、液兩相蒸汽壓相等時(shí)的溫度。

純水的凝固點(diǎn)（273K）又稱為冰點(diǎn)，在此溫度水和冰的蒸汽壓相等。溶液凝固點(diǎn)下降是由溶液的蒸汽壓下降引起。ΔTf

=Tf-Tf0

=Kfb

b為溶液的質(zhì)量摩爾濃度（mol·kg-1）Kf為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)2.3.2溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低第二十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四常見(jiàn)溶劑的T0b

Kb和T0f

Kf值溶劑Tb0/℃Kb/(K·kg·mol-1)Tf0/℃Kf/(K·kg·mol-1)水1000.5120.01.86乙酸1182.9317.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.9第二十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）應(yīng)用測(cè)定溶質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量（特別是小分子）。

雖然理論上沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低兩種方法都可測(cè)量分子量，可是后者不起破壞作用、且Kf值較大，故常用。2.3.2溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低kg·mol-1第二十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.3溶液的滲透壓(osmosispressure)（1）滲透現(xiàn)象和滲透壓力用半透膜將溶液與水分開(kāi),可以看到蔗糖溶液面上升。這種溶劑分子通過(guò)半透膜進(jìn)入到溶液中的過(guò)程,稱為滲透。第二十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四

滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：溶劑分子能通過(guò)半透膜，而溶質(zhì)分子不能。滲透條件：①半透膜②膜兩側(cè)溶液濃度不等。滲透方向：溶劑分子從純?nèi)軇芤?，或是從稀溶液→濃溶液?.3.3溶液的滲透壓力滲透平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，溶劑分子從兩個(gè)相反的方向通過(guò)半透膜的數(shù)目彼此相等第二十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四滲透壓力定義：為維持半透膜兩邊(純?nèi)軇┡c溶液)的滲透平衡而需要的壓力。單位:Pa或kPa。2.3.3溶液的滲透壓力反滲透第二十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）溶液的滲透壓力與濃度及溫度的關(guān)系關(guān)系式：ΠV=nRT

或

Π=cBRT(kPa)

其中cB—物質(zhì)的量濃度(mol·L-1)

R—常數(shù)8.315J·K-1·mol-1

T—絕對(duì)溫度

(273+t)Π=bRT

在濃度很稀時(shí)，b≈

cB注意：若半透膜隔開(kāi)的濃度不等的兩個(gè)非電解質(zhì)溶液，為了防止?jié)B透現(xiàn)象發(fā)生，必須在濃溶液液面上施加一超額壓力，此壓力是兩溶液滲透壓力之差。2.3.3溶液的滲透壓力第二十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）滲透壓力在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)上的意義細(xì)胞都具有半透膜的性質(zhì)，滲透現(xiàn)象普遍存在醫(yī)學(xué)上的等滲、高滲和低滲溶液是以血漿的滲透壓力為標(biāo)準(zhǔn)確定的。正常人血漿的滲透濃度：303.7mmol·L-1臨床上規(guī)定：等滲溶液：cos280-320mmol·L-1

高滲溶液：cos＞320mmol·L-1

低滲溶液：cos＜280mmol·L-12.3.3溶液的滲透壓力第二十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四

不同的生物細(xì)胞需要的等滲溶液的濃度不同

0.9%的生理鹽水及5%的葡萄糖溶液都是等滲溶液。2.3.3溶液的滲透壓力第三十頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四小結(jié)：相對(duì)與純?nèi)軇﹣?lái)說(shuō)，稀溶液的蒸汽壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降和滲透壓，只與溶液的濃度有關(guān)，而與溶質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，這就是稀溶液的通性，又稱為依數(shù)性。相關(guān)公式又稱為稀溶液定律注意：電解質(zhì)溶液，或者濃度較大的溶液也具有上述性質(zhì)，但定量關(guān)系不適用第三十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四

2.4膠體溶液2.4.1膠體分散系膠體分散系的類型很多。

摻少量Cr3+的-Al2O3第三十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四膠體的分散相的粒子的大小為1-100nm，可以是一些小分子、離子或原子的聚集體，也可以是單個(gè)的大分子。分散介質(zhì)可以是液體、氣體，或是固體。本節(jié)主要學(xué)習(xí)的膠體分散系包括溶膠和高分子溶液二類。2.4膠體溶液第三十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.2溶膠

溶膠中的粒子是由數(shù)目巨大的原子（或分子、離子）構(gòu)成的聚集體。直徑為1～100nm的膠粒分散在分散介質(zhì)中，形成熱力學(xué)不穩(wěn)定性分散系統(tǒng)。

多相性、高度分散性和聚結(jié)不穩(wěn)定性是溶膠的基本特性，其光學(xué)性質(zhì)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)都是由這些基本特性引起的。2.4膠體溶液第三十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（1）溶膠的制備

通常需加入穩(wěn)定劑分散法：①研磨法②超聲法③電弧法④膠溶法凝聚法：①物理凝聚法②化學(xué)凝聚法2.4.2溶膠第三十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）溶膠的性質(zhì)①動(dòng)力學(xué)性質(zhì)---布朗運(yùn)動(dòng)

溶膠中的膠體粒子在超顯微鏡下，被觀察到不斷地做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，稱為Brown運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)示意圖2.4.2溶膠第三十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四Brown運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原因：a.介質(zhì)分子處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不斷撞擊膠粒質(zhì)點(diǎn)。b.由于某一瞬間膠粒受到各方撞擊力不均，所以向合力方向移動(dòng)。2.4.2溶膠第三十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四②光學(xué)性質(zhì)---丁鐸爾效應(yīng)Tyndalleffect2.4.2溶膠第三十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四Tyndall現(xiàn)象產(chǎn)生的原因Tyndall效應(yīng)與分散粒子大小、投射光波長(zhǎng)有關(guān)：當(dāng)分散粒直徑＞入射光波長(zhǎng)→光投射在粒子上起反射作用→反射光。當(dāng)分散粒直徑＜入射光波長(zhǎng)→光波可繞過(guò)粒子前進(jìn)且迫使粒子振動(dòng)→第二次波源向各方發(fā)射→散射光2.4.2溶膠第三十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2)可見(jiàn)光在400-700nm粗分散系：1000-5000nm,——反射光(液混濁)膠體分散系：1-100nm，——散射光(乳光，光錐)溶液：＜1nm(＜＜波長(zhǎng))散射現(xiàn)象十分微弱∴觀察不到散射光。2.4.2溶膠第四十頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四③電學(xué)性質(zhì)---電泳

在外電場(chǎng)作用下，帶電膠粒在介質(zhì)中定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱電泳。膠體粒子帶電荷正溶膠；負(fù)溶膠2.4.2溶膠第四十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）膠團(tuán)結(jié)構(gòu)水合膜層吸附層與擴(kuò)散層帶電荷相反，形成擴(kuò)散雙電層吸附層擴(kuò)散層第四十二頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）膠粒帶電原因1膠核表面選擇性吸附與其組成類似的粒子第四十三頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）膠粒帶電原因第四十四頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（5）膠團(tuán)的雙電層結(jié)構(gòu)第四十五頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（6）電動(dòng)電勢(shì)吸附層帶正電荷擴(kuò)散層帶負(fù)電荷Fe(OH)3溶膠的擴(kuò)散雙電層滑動(dòng)面電勢(shì)差E只與膠粒表面吸附的或解析的離子有關(guān)++++---電勢(shì)電動(dòng)電勢(shì)衡量膠粒所帶凈電荷的物理量受電解質(zhì)影響較大第四十六頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四（7）溶膠的穩(wěn)定性與聚沉溶膠穩(wěn)定的原因①布朗運(yùn)動(dòng)②膠粒帶電荷③溶劑化作用---水合膜---彈性膜可以用來(lái)衡量溶膠的穩(wěn)定性，該值越大，擴(kuò)散層越厚，溶劑化層越厚，膠體越穩(wěn)定第四十七頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四影響溶膠聚沉的因素1電解質(zhì)作用——加電解質(zhì)，迫使反離子更多進(jìn)入吸附層，zeta電位下降，擴(kuò)散層變薄，穩(wěn)定性↓

第四十八頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四聚沉值：使溶膠聚沉所需要電解質(zhì)的最小濃度電解質(zhì)聚沉的規(guī)律1）負(fù)離子聚沉正溶膠；正離子聚沉負(fù)溶膠2）反離子的價(jià)數(shù)愈高，聚沉能力愈強(qiáng)。一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)反離子的聚沉值之比近似為(1價(jià)):(2價(jià)):(3價(jià))=100:16:0.143）同價(jià)離子聚沉能力接近，但正離子：H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

負(fù)離子：F-＞Cl->Br->NO3->I->

CNS-第四十九頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2溶膠相互聚沉——膠粒電性相反的兩種溶膠適量混合，電性中和，發(fā)生聚沉。影響溶膠聚沉的因素

明礬在水中水解產(chǎn)生Al(OH)3溶膠帶正電荷，與水中帶負(fù)電荷的懸浮物相互聚沉而使水凈化。3加熱第五十頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5大分子溶液和凝膠（1）大分子定義單個(gè)分子的相對(duì)分子量在一萬(wàn)以上的分子（2）大分子分類分兩大類：天然高分子如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等；

和合成高分子如合成橡膠、纖維及塑料等（3）大分子溶液與溶膠性質(zhì)的比較第五十一頁(yè)，共五十六頁(yè)，編輯于2023年，星期四溶膠高分子溶液(大)相同性質(zhì)1.分散相粒子大小均在1~100nm范圍內(nèi)2.擴(kuò)散速率慢3.不能透過(guò)半透膜不同性質(zhì)