第一章-氣體、溶液和膠體

第一章氣體、溶液和膠體1學習要求：1、了解道爾頓分壓定律；2、熟悉溶液的組成量度，稀溶液的依數性及其應用；3、了解膠體的基本概念、結構和性質、穩(wěn)定性與聚沉的關系。主要講授內容：道爾頓分壓定律；基本單元及正確使用，等物質的量規(guī)則，質量分數，摩爾分數，質量濃度，物質的量濃度，質量摩爾濃度；溶液蒸氣壓的下降，沸點升高和凝固點下降，滲透現象、滲透壓、滲透壓定律；溶膠的性質，膠團的結構，溶膠的穩(wěn)定性與聚沉。2氣體溶液稀溶液的通性膠體溶液高分子溶液和乳濁液（了解）重點：溶液的組成量度及非電解質稀溶液的有關計算。難點：非電解質稀溶液的通性及其有關計算31.理想氣體(IdealGas)

1.1.1理想氣體狀態(tài)方程式氣體分子本身沒有體積，分子之間也沒有相互作用力的氣體稱為理想氣體。(StateEquationofIdealGas)§1.1氣體(Gas)4其中， p：氣體的壓力，Pa

V：氣體的體積，m3

n：氣體的物質的量，mol

T：熱力學溫度，K

R：摩爾氣體常數,8.3142.表達式5p=101.325kPa

T=273.15K

Vm=22.414×10-3m33.R的數值標準狀況（S.T.P）：6=8.314Pa·m3·mol-1·

K-1=8.314N·m·mol-1·K-1=8.314J·mol-1·K-1=8.314kPa·L·mol-1·K-17a.已知任意三個變量求另一個量c.確定的氣體密度b.確定氣體的摩爾質量4.應用8例：一學生在實驗室中于73.3kPa和25℃條件下收集250ml氣體，分析天平上稱得凈質量為0.118g，求該氣體的相對分子質量。解：91.分壓當幾種不同的氣體在同一容器中混合時，如果它們之間不發(fā)生反應，按照理想氣體模型，它們將互不干擾，每一種氣體組分都能均勻地充滿整個容器，那么每一組分氣體產生的壓力叫分壓。1.1.2氣體分壓定律

10混合氣體的總壓力等于混合氣體中各組分氣體的分壓力之和；而某組分氣體的分壓是指該組分在同一溫度下單獨占有整個容器體積（即與混合氣體相同體積）時所產生的壓力?！罓栴D分壓定律2.分壓定律(PartialPressureofDalton)11a.表示式或（1）理想氣體狀態(tài)方程式不僅適應于單一組分氣體理想氣體狀態(tài)方程式也適應混合氣體中各組分氣體（2）12（4）理想氣體狀態(tài)方程式還適應于氣體混合物（3）混合氣體中某組分氣體的分壓等于總壓乘以該組分的物質的量分數(摩爾分數)。由式（2）和式（3）得13某混合物由A，B兩組分組成，物質的量分別是nA、nB

，那么物質的量分數b.物質的量分數該組分的物質的量占總物質的量的分數。14

例題：某容器中含有NH3、O2

、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合氣體的總壓p=133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol15p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa161.2.1溶液的定義溶液：

凡兩種以上的物質混和形成的均勻穩(wěn)定的分散體系。

氣體溶液、固體溶液、液體溶液分散系分為：粗分散系、膠體分散系、小分子或小離子分散系，溶液即最后一種。

§1.2

溶液17按分散相粒子的大小分為：（1nm=10-9m）

d<1nm

分子（或離子）分散體系1<

d

<

100nm膠體分散體系（溶膠、高分子溶液）

d

>100nm

粗分散體系（懸濁液、乳狀液）182.物質的量濃度(mol·dm-3)3.質量分數

4.摩爾分數5.體積分數1.質量摩爾濃度(mol·kg-1)19

§1.3稀溶液的通性稀溶液的通性：難揮發(fā)的非電解質的稀溶液的性質與濃度(或者是與溶液中的“粒子數”的多少）有關而與溶質的性質無關.Ostwald稱其為“依數性”。

這些性質包括：蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點下降及滲透壓等20氣液兩相平衡

蒸發(fā)

H2O(l) H2O(g)

凝聚

純水的蒸氣壓示意圖蒸發(fā)凝聚初始：V蒸發(fā)

>V凝聚平衡：V蒸發(fā)

=V凝聚1.3.1蒸氣壓下降211.3.1蒸氣壓下降飽和蒸氣壓（p*）：純液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)時，蒸氣具有的壓力叫做該溫度下液體的飽和蒸氣壓。例如:20℃時，水的飽和蒸氣壓為2339Pa；100℃時，飽和蒸氣壓為101.325kPa。22蒸汽壓下降的原因：純溶劑正常溶液少∴p液<p純劑，c液越大，p液越小。p純-p液的差值也越大。23p：溶液的蒸氣壓；：純溶劑的飽和蒸氣壓；XA：溶劑的摩爾分數設溶質的摩爾分數為xB，則：Δp:純溶劑蒸氣壓與稀溶液蒸氣壓之差24

1.3.2沸點上升沸點：

是指液體的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓時的溫度。沸點上升原因：溶液的蒸氣壓總是低于純溶劑的氣壓。設Tb*

為純溶劑的沸點，

Tb為溶液的沸點，△Tb為沸點上升值，則Kb：溶劑沸點上升常數，決定于溶劑的本性。與溶劑的摩爾質量、沸點、汽化熱有關。Kb：溶液的濃度m=1mol·kg-1時的溶液沸點升高值(p25)。bB：質量摩爾濃度(mol/kg)251.3.3

凝固點下降凝固點：在標準狀況下，純液體蒸氣壓和它的固相蒸氣壓相等時的溫度。凝固點下降原因：溶液蒸氣壓總是低于純溶劑的蒸氣壓。設Tf*

為純溶劑的沸點，

Tf為溶液的沸點，△Tf為凝固點下降值，則Kf：溶劑凝固點下降常數，決定于溶劑的本性。與溶劑的摩爾質量、沸點、汽化熱有關。Kf：溶液的濃度m=1mol·kg-1時的溶液凝固點下降值(p25)。bB：質量摩爾濃度(mol/kg)

同理，蒸氣壓下降的結果導致溶液凝固點下降26

水溶液的沸點上升和凝固點下降示意圖271.3.4

溶液的滲透壓1.滲透現象與滲透壓只允許溶劑的分子通過，不能允許溶質分子通過的膜叫做半透膜。用半透膜將濃度不等的溶液隔開,濃度較低一邊的溶劑分子透過半透膜進入濃度高的溶液一邊，使其液面升高的現象叫做滲透現象。28滲透壓定義：為阻止溶劑分子透過半透膜進入溶液而維持兩邊液面等高必須在溶液一邊需要施加的額外壓力。滲透是溶劑通過半透膜進入溶液的單方向擴散過程。要使溶液的液面不上升，必須在溶液面上施加一定壓力。當施加的壓力達到某一值時，能實現膜的內外液面高度相等。29

難揮發(fā)的非電解質稀溶液的滲透壓與溶液的濃度(mol﹒dm-3)及絕對溫度成正比。π：滲透壓(Pa）c：濃度(mol.m-3)T：熱力學溫度(K)n：溶質的物質的量(mol)V：溶液的體積（m3)302.滲透壓在生物學中的意義：

生物的細胞膜具有半透膜的性質，滲透壓是引起水在生物體中運動的基本推動力。一般植物細胞汁的滲透壓約可達2000kPa，水分可以從植物的根部被送到數十米高的頂端．3132M=128.3g.mol-1例：把0.322g萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固點為278.34K，求萘的摩爾質量。解：苯的凝固點：278.50K，Kf=5.10K·mol-1·kg

1.測定分子的摩爾質量33

例：為防止汽車水箱在寒冬季節(jié)凍裂，需使水的冰點降低到253K，即ΔTf=20.0K，則在每1000g水中應加入甘油多少克？

甘油分子式：C3H8O3，M（C3H8O3）=92g·mol-134§1.4膠體溶液1.4.1、分散體系

一種物質以極小的顆粒（分散質）分散在另一種物質（分散介質）中所組成的體系。分子分散體系<1nm膠態(tài)分散體系1nm-100nm粗分散體系>100nm分散系351.4.2溶膠

膠體分散體系在生物界和非生物界都普遍存在，在實際生產和生活中占有重要地位。如在石油、冶金、造紙、橡膠、塑料、纖維、肥皂等工業(yè)部門，以及其他學科如生物學、土壤學、醫(yī)學、氣象、氣象學中都廣泛地接觸到與膠體分散系有關的問題。固體分散在液體中的一種膠態(tài)體系。361.溶膠的光學性質

丁達爾效應現象：將一束光線照射到透明的溶膠上，在與光線垂直方向上能觀察到一條發(fā)亮的光柱。原因：光通過溶膠時產生明顯的散射作用。3738392.溶膠的動力學性質─布朗運動現象：在超顯微鏡下可以看到溶膠中的發(fā)光點并非是靜止不動，而是在做無休止、無規(guī)則的運動。原因：分散質粒子不斷受到分散劑粒子從各個方向的碰撞。由于粒子熱運動的方向和大小無法預測，導致溶膠粒子的運動是無規(guī)則的。40布朗運動413.溶膠的電學性質（1）電泳現象：在電場作用下，溶膠體系的溶膠粒子在分散劑中能發(fā)生定向遷移的現象。（2）電滲現象：在電場作用下，固相不動，分散劑定向移動的現象。溶膠的電泳和電滲現象統(tǒng)稱電動現象。421.4.3溶膠離子的帶電的原因1.吸附作用溶膠中的固體離子選擇吸附與其組成相似的離子，導致溶膠離子帶電。2.電離作用溶膠表面層的分子電離，導致溶膠離子帶電。431.AgI溶膠的結構示意圖

如果在稍過量的稀KI溶液中，慢慢地加入不過量的AgNO3

溶液，制得AgI膠體的膠團結構為：1.4.4膠團結構(溶膠具有擴散雙電層結構)4445如果反過來，在稍過量的AgNO3溶液中，慢慢加入不過量的KI溶液，制得AgI膠體的膠團結構為：2.氫氧化鐵溶膠的結構示意圖461.4.5溶膠的穩(wěn)定性和聚沉1.溶膠的穩(wěn)定性動力學穩(wěn)定性：分散質粒子在重力作用下，不會從分散劑中分離出來。聚結穩(wěn)定性：溶膠在放置過程中，不會發(fā)生分散質粒子的相互聚結而產生沉淀。溶膠雖屬熱力學不穩(wěn)定體系，但由于雙電層結構的存在使膠粒帶電，一方面同種電荷之間相互排斥，另一方面膠粒的溶劑化膜的保護作用，阻止了膠粒間的直接接觸，保護了溶膠的穩(wěn)定性。雙電層越厚，膠團越穩(wěn)定。47

少量電解質的存在可以使膠粒迅速凝結而聚沉

（1）電解質對溶膠的聚沉的影響2.溶膠的聚沉（2）相互聚沉現象

將兩種帶有相反電荷的溶膠按適當比例相互混合，溶膠會發(fā)生相互聚結而產生沉淀。溶膠的互聚原則：等電量原則。48（3）適當加熱

適當加熱也會減弱離子的吸附作用和水化程度，促使溶膠凝聚。49§1.5高分子和乳濁液

（1）

高分子化