無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課件[全](南京大學(xué)第五版)

1、無(wú)機(jī)及分析化學(xué),第一章分散系,1.5高分子溶液,1.3溶液,1.2分散系,1.4膠體溶液,1.1 物質(zhì)的量及其單位,1.1.1 物質(zhì)的量及其單位,物質(zhì)的量是國(guó)際單位制中7個(gè)基本物理量之一，其符號(hào)為n，單位為摩爾(mol)，簡(jiǎn)稱摩。物質(zhì)的量是表示物質(zhì)所含微粒數(shù)(n)與阿伏加德羅常數(shù)(na)之比,即n=n/na。它是把微觀粒子與宏觀可稱量物質(zhì)聯(lián)系起來(lái)的一種物理量。其表示物質(zhì)所含粒子數(shù)目的多少。 物質(zhì)的量的單位是 摩（爾）、符號(hào)：mol,物質(zhì)的量n 粒子數(shù)n 阿伏加德羅常數(shù)na 物質(zhì)的量(mol)=物質(zhì)的質(zhì)量(g)/物質(zhì)的摩爾質(zhì)量(g/mol) 阿伏加德羅常數(shù)(na) 以0.012kg12c所含的碳

2、原子數(shù)作基準(zhǔn)，其近似值為6.021023 mol-1,1.1.2 物質(zhì)的量及其單位,滿足上述關(guān)系的粒子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子(如分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子數(shù))或它們的特定組合。如：1molcacl2與阿伏加德羅常數(shù)相等的粒子是cacl2粒子，其中ca2+為1mol、cl-為2mol，陰陽(yáng)離子之和為3mol或原子數(shù)為3mol。在使用摩爾表示物質(zhì)的量時(shí)，應(yīng)該用化學(xué)式指明粒子的種類，而不使用該粒子的中文名稱。,1.1.3 物質(zhì)的量及其單位,摩爾(mol)、毫摩爾(mmol)、微摩爾(mol) 納摩爾(nmol)、皮摩爾(pmol) 1mol1103mmol 1106mol 1109nmol 1

3、1012pmol,1.1.4 物質(zhì)的量及其單位,以單位體積溶液里所含溶質(zhì)b的物質(zhì)的量來(lái)表示溶液組成的物理量，叫做溶質(zhì)b的物質(zhì)的量濃度。一般使用單位： mol / l 物質(zhì)的量濃度(mol/l)=溶質(zhì)的物質(zhì)的量(mol)/溶液的體積(l)cb=nb/v注意 ：體積是指溶液的體積，而不是溶劑的體積。,1.1.5 物質(zhì)的量濃度,1.1.6 物質(zhì)的量濃度,濃度只是物質(zhì)的量濃度的簡(jiǎn)稱，其它溶液組分含量的表示法中，若使用濃度二字時(shí)，前面應(yīng)有特定的定語(yǔ)。如質(zhì)量濃度、質(zhì)量摩爾濃度。,1.1.7 質(zhì)量摩爾濃度,溶液中某溶質(zhì)b的物質(zhì)的量除以溶劑的質(zhì)量，稱為該溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度。單位為molkg-1,符號(hào)為bb。

4、bb=nb/w式中w為該溶劑的質(zhì)量，以千克（kg）作單位；nb是溶質(zhì)b的物質(zhì)的量，以摩爾(mol)作單位。,1.1.8 質(zhì)量濃度,單位體積混合物中某組分的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度，以符號(hào)表示，單位為kg/m3。組分b的質(zhì)量濃度定義式為 =mb/v式中mb混合物中組分b的質(zhì)量，kg;v混合物的體積，m3。 常用單位是:g/l,1.1.9 質(zhì)量分?jǐn)?shù),溶液中溶質(zhì)b的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是溶質(zhì)b的質(zhì)量mb與溶液質(zhì)量m之比。 符號(hào)是b ，量綱為一。 b mb/m 如，100gnacl溶液中含10gnacl，可表示為（nacl）10%,1.1.10 體積分?jǐn)?shù),純物質(zhì)b在某溫度和壓力下的體積，除以在相同溫度和壓力下的溶

5、液的總體積 。 符號(hào)為，量綱為一。體積分?jǐn)?shù)常用于溶質(zhì)為液體的溶液，如果混合過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化很小，可近似地認(rèn)為等于溶質(zhì)的體積溶液的總體積 。,【例】：已知濃硫酸的密度為1.84g/ml，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.6%，一升濃硫酸中含有的n(h2so4)、n(1/2h2so4)、c(h2so4)、c(1/2 h2so4)各為多少？,解： n(h2so4) = 1.8410000.956/98.08 = 17.9 mol n(1/2h2so4) = 1.8410000.956/49.04 = 35.9 mol,c(h2so4)= 17.9/1 = 17.9 mol/l,c(1/2 h2so4) = 35

6、.9/1 = 35.9 mol/l,【例】：250克溶液中含有40克nacl，計(jì)算此溶液的質(zhì)量摩爾濃度。,解： 水的質(zhì)量250-40 = 210（克） b(nacl) = 40/(58.5210) 1000 = 3.26 mol/kg,【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。,解：m蔗糖342(g/mol) n蔗糖=17.1/342=0.05(mol) v = (100+17.1)/1.0638 = 110.0 (ml)=0.11(l),（1） c(蔗糖) = 0.05/0.11 = 0.454 (

7、mol/l) （2） b(蔗糖) = 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg),分散系分散質(zhì)+分散劑,1.2分散系,一種或幾種物質(zhì)以細(xì)小的粒子分散在另一種物質(zhì)里所形成的系統(tǒng)稱分散系。,如：糖水和泥水等等。,、按聚集狀態(tài)分 氣氣（空氣）氣液（汽水） 氣固（浮石） 液氣（云、霧）液液（酒精） 液固（肉凍） 固氣（煙、塵）固液（溶液） 固固（合金）,1.2.1 分散系的分類：,、按分散質(zhì)粒子的大小分 100 nm 粗分散系（懸濁液、乳狀液）,1.2.1 分散系的分類：,1.2.2 相,1.相體系中具有相同化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的均勻部分。,2相的特點(diǎn) a任何部分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)相同。 b一個(gè)相

8、并不一定是一種單質(zhì)，如食鹽溶液(nacl和h2o)。,c單相體系 分子分散系，如飽和食鹽水、糖水等。溶質(zhì)與溶劑已成一體，組分間沒(méi)有界面。 d多相體系膠體分散系和粗分散系，如溶膠；懸濁液等。各組分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不同，并具有明顯的界面。,1.2.3 理想氣體,pv = nrt r- 摩爾氣體常量,理想氣體狀態(tài)方程式：,在stp下，p =101.325kpa, t=273.15k n=1.0 mol時(shí), vm=22.414l=22.41410-3m3,r=8.314 kpalk-1mol-1,組分氣體： 理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。 分壓： 組分氣體b在相同溫度下占有與混合氣體相同

9、體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體b的分壓。,1.2.4 分壓定律,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 + pi 或 p = pb,n =n1+ n2+ni,分散質(zhì)以分子或者比分子更小的質(zhì)點(diǎn)（如原子或離子）均勻地分散在分散劑中的分散系稱為溶液。,溶 液,1. 3 溶液,通性：只與濃度（溶質(zhì)粒子的數(shù)目）有關(guān)而與溶質(zhì)本性無(wú)關(guān)的性質(zhì)稱為溶液的通性，又叫溶液的依數(shù)性。,1. 3.1溶液的通性,蒸氣壓下降 沸點(diǎn)上升 凝固點(diǎn)下降 具有滲透壓,初始： v蒸發(fā) v凝聚 平衡： v蒸發(fā) = v凝聚,氣液兩相平衡,蒸發(fā) h2o(l) h2o(g) 凝聚,1.3.1.1

10、溶液的蒸氣壓下降,在純?nèi)軇┲屑尤腚y揮發(fā)的物質(zhì)以后，達(dá)平衡時(shí)，p溶液總是小于同溫度下的p純?nèi)軇?，即溶液的蒸氣壓下降。,p=p純p液 蒸汽壓下降的原因：,拉烏爾定律：在一定的溫度下，難揮發(fā)的非電 解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓，等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼?該溶劑在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。,p ：溶液的蒸氣壓 p*：純?nèi)軇┑恼魵鈮?na ：溶劑的物質(zhì)的量 nb ：溶質(zhì)的物質(zhì)的量,na p= p* na + nb,p液p純劑 ，c液越大，p液越小。 p純p液的差值也越大。,沸點(diǎn):溶液的蒸氣壓（p溶液）與外壓（p外壓）相等時(shí)的溫度稱為該溶液的沸點(diǎn)。 純水：p外 = 101.3kpa，t純水 = 100.,難揮發(fā)物質(zhì)溶液的沸點(diǎn)

11、總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)。,1.3.1.2 溶液的沸點(diǎn)上升,p溶液p純?nèi)軇襭 = k蒸 b(b),溶液的沸點(diǎn)上升示意圖,溶液的沸點(diǎn)上升的原因：溶液的蒸氣壓下降。,凝固點(diǎn)：某物質(zhì)的固、液兩相平衡時(shí)的溫度。液相蒸氣壓與固相蒸氣壓相同時(shí)的溫度。若固相蒸氣壓小于液相蒸氣壓時(shí)，液相向固相轉(zhuǎn)化。反之亦然。,1.3.3.3 溶液的凝固點(diǎn)下降,溶液的凝固點(diǎn)tf總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)tf* 。,原因：溶液的蒸氣壓下降。,溶劑的凝固點(diǎn)下降示意圖,溶液的凝固點(diǎn)下降的原因：溶液的蒸氣壓下降。,溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降的原因都是溶液的蒸氣壓下降。而溶液的蒸氣壓下降服從拉烏爾定律，那么這兩種特性也服從拉烏爾定律與溶液

12、的質(zhì)量摩爾濃度成正比： tb=kb b(b) tf=kf b(b),小結(jié)：,1.3.1.4 溶液的滲透壓,滲透作用產(chǎn)生的條件： 半透膜存在； 膜兩側(cè)溶液的濃度不相等。,半透膜的作用：只許溶劑分子通過(guò)，溶質(zhì)分子不能通過(guò)。 初始：溶劑分子擴(kuò)散速度 v純水 v糖水,滲透：溶劑分子通過(guò)半透膜自動(dòng)單向擴(kuò)散的過(guò)程稱為滲透。當(dāng)v純水 = v糖水滲透停止。 糖水溶液增高的這部分水的靜壓力就是糖水溶液的滲透壓。,滲透壓：在一定的溫度下，在半透膜兩邊維持滲透平衡所需施加的外壓力，稱為該溶液的滲透壓。用符號(hào)表示。,1、醫(yī)學(xué)上輸液必需輸?shù)葷B溶液。 2、動(dòng)物體內(nèi)水份的輸送。 3、植物從土壤中吸收水份和營(yíng)養(yǎng)。 4、求算溶

13、質(zhì)的分子量。,滲透現(xiàn)象在生命過(guò)程中的重要作用：,低滲溶液,高滲溶液,1、同一溫度下，溶液的滲透壓與濃度成正比。 2、相同濃度時(shí)，滲透壓與熱力學(xué)溫度成正比。,v = n(b)rt = c(b)rt b(b)rt （溶液很稀時(shí)， c(b) b(b) ） r：氣體常數(shù) 8.314 kpa l mol-1.k-1 t：熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）,【例】人體血的滲透壓為709.275kpa, 人體溫度為37。試計(jì)算給人體輸液時(shí)所用葡萄糖溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？(設(shè)葡萄糖溶液密度是1.01g.ml-1；葡萄糖的分子摩爾質(zhì)量m為180g.mol-1)。,解： = c(葡) rt c = /rt c(葡) = 70

14、9.275/8.314(273.15+37) = 0.28 mol.l-1 aw= c(葡) m/1000 =(0.28180/10001.01)100% = 5.0%,當(dāng)施加在膜溶液側(cè)的壓力大于滲透壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，此時(shí)，溶液中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透。,反滲透,反滲透膜孔徑小至納米級(jí)，在一定的壓力下，h2o分子可以通過(guò)膜，水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)膜，從而使可以透過(guò)的純水和無(wú)法透過(guò)的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。,【例】海水在298k時(shí)的滲透壓為1479kpa，采用反滲透法制取純水，試確定用1000cm3的海水通過(guò)只能使水透過(guò)的半透膜，提

15、取100cm3的純水，所需要的最小外加壓力是多少?,解： 隨著反滲透的進(jìn)行，海水中鹽的濃度增大，當(dāng)?shù)玫?00cm3純水時(shí)，最終海水的滲透壓2和初始海水的滲透壓1的比值為,c1 = n mol1000cm3 c2 n mol (1000 -100)cm3,因?yàn)闈B透前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量未減少,高濃度溶液和強(qiáng)電解質(zhì)溶液也有依數(shù)性，但不遵守拉烏爾定律，故不可用稀溶液依數(shù)性的公式進(jìn)行計(jì)算。,對(duì)于難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液 cb(b)，幾種通性可以互相聯(lián)系起來(lái)，可以互相換算：,膠體是一種高度分散的多相體系。 分散質(zhì)為固相 (1100nm) 分散劑為液相,1.4 膠體溶液,1、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)： 布朗運(yùn)動(dòng),1.4 .1

16、膠體溶液的性質(zhì),膠粒因布朗運(yùn)動(dòng)而具有一定的擴(kuò)散作用。,布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因： 分散質(zhì)粒子本身處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中。 分散劑分子對(duì)分散質(zhì)粒子的不斷撞擊。,液體分子對(duì)溶 膠粒子的撞擊,粗分散系,2、光學(xué)性質(zhì)：丁鐸爾效應(yīng),光學(xué)原理：強(qiáng)光照到分散質(zhì)粒子上，若粒子直徑大于入射光 波長(zhǎng)，則發(fā)生反射或折射，如粗分散系。若粒子直徑與入 射光波長(zhǎng)相比擬，則發(fā)生散射。 散射光稱為乳光。,溶膠中分散質(zhì)粒子直徑： 1 100 nm 可見(jiàn)光波長(zhǎng)： 400 700 nm,在真溶液中，溶質(zhì)顆粒太小（10-9 m）,光的散射極弱，看不到丁鐸爾效應(yīng)。陽(yáng)光從狹縫射進(jìn)室內(nèi)形成光柱也是丁鐸爾效應(yīng)。,3、溶膠的電學(xué)性質(zhì),電泳：在電場(chǎng)中，分

17、散質(zhì)粒子作定向移動(dòng)。,電泳管示意圖,電泳管中: fe(oh)3溶膠向負(fù)極移動(dòng)，說(shuō)明 fe(oh)3溶膠中分散質(zhì)粒子帶正電荷。,膠體粒子帶電的主要原因：,（1）電離作用,h2sio3 sio2h2o h+hsio3-,（2）吸附作用,固體吸附劑優(yōu)先選擇吸附與它組成相關(guān)的離子，或者能夠在固體表面上形成難電離或難溶解物質(zhì)的離子。,例如：fe(oh)3膠體粒子很容易吸附與它結(jié)構(gòu)相似的feo+離子，而帶正電荷。 fe(oh)3mnfeo+,fecl3+ 3h2o = fe(oh)3+3hcl fe(oh)3+ hcl= feocl+ 2h2o feocl= feo+ cl-,1.4.2 膠團(tuán)結(jié)構(gòu),以ag

18、i為例： agno3 + ki = agi +kno3 當(dāng)agno3 過(guò)量時(shí)， 分散質(zhì)帶正電荷，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如下：,當(dāng)ki過(guò)量時(shí)，膠粒帶負(fù)電荷 ，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)如下： (agi )m n i- (n - x ) k+ x- x k+,fe(oh)3膠核吸附電位離子的示意圖,若是等物質(zhì)的量進(jìn)行反應(yīng)，則不能形成溶膠。,注意：因制備溶膠的條件不同，可使膠體粒子帶不同的電荷。,制備agcl溶膠： agno3 + kcl = agcl +kno3,當(dāng)agno3過(guò)量時(shí)，溶液中有ag+、no3- 、k+ ，分散質(zhì)agcl 優(yōu)先吸附ag+而帶正電荷。,由于溶液中存在的ag+和cl-都是膠體的組成離子，它們都有可能被吸附

19、，若制備過(guò)程中：,kcl過(guò)量時(shí)，溶液中有過(guò)量的k+、cl-、no3- ，溶膠粒子優(yōu)先吸附cl- 而帶負(fù)電荷。,1.4.3 電動(dòng)電勢(shì),膠粒與介質(zhì)之間的雙電層及電勢(shì)差,在電場(chǎng)的作用下，膠粒和介質(zhì)作相對(duì)移動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的膠粒固相表面與液體內(nèi)部之間的電勢(shì)差。,1.4.4 溶膠的穩(wěn)定性,(1)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：布朗運(yùn)動(dòng)使膠粒不沉降。 (2)溶劑化作用：使膠粒和反離子周?chē)纬扇軇?化膜。 (3)電勢(shì)穩(wěn)定性：溶膠能穩(wěn)定存在的最重要的原 因是膠粒之間存在靜電排斥力，而阻止膠粒的 聚沉，電勢(shì)越大，靜電排斥力越大，所以 電勢(shì)的數(shù)值可以衡量溶膠的穩(wěn)定性， 越大， 表明溶膠越穩(wěn)定。,膠粒表面積大，表面能大，體系可自動(dòng)聚集降 低表面能，溶膠是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。,1.4.5 溶膠的不穩(wěn)定性,表面能：液體或固體表面粒子比內(nèi)部粒子能量高，多出的這部分能量稱為體系的表面能。,1.4.5 溶膠的不穩(wěn)定性,1g水滴分散成直徑2nm的小水滴，總面積為原來(lái)的625萬(wàn)倍，增加的能量可將這1g水的溫度升高50。同一體系，其分散度越大，其表面能越大。膠體是一種高度分散的多相體系，具有很大的比表面，因此表面能很大。能量越高，體系越不穩(wěn)定，膠體是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。,離子交換吸附：當(dāng)固體從溶液中吸附某種離子后，同時(shí)