《物質(zhì)的聚集狀態(tài)》PPT課件.ppt

1、1,第一章 物質(zhì)的聚集狀態(tài),Coiiective State of Matter,2,學(xué) 習(xí) 要 求,1.了解分散系的種類及主要特征。 2.掌握理想氣體狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律及二者的應(yīng)用。 3.掌握蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低、滲透壓等稀溶液的通性及其重要應(yīng)用。,3,1.1 分散系 1.2 氣體 1.3 溶液濃度的表示方法 1.4 稀溶液的通性,4,1.1 分散系,由一種（或多種）物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)所構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為分散系。,被分散的物質(zhì)。,容納分散相的物質(zhì)。,按聚集狀態(tài)或分散質(zhì)粒大小可對(duì)分散系進(jìn)行分類。,5,按聚集狀態(tài)分類的分散系,6,按分散相粒徑分類的分散系,7,1.2 氣體,氣體

2、的特性是擴(kuò)散性和可壓縮性。,1.2.1 理想氣體狀態(tài)方程,理想氣體：分子本身不占有體積、分子間沒有相互作用力的氣體稱為理想氣體。,抽象模型，理想氣體在實(shí)際中并不存在； 高溫、低壓情況下實(shí)際氣體可近似看做理 想氣體。,8,理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體的壓力p、體積V、溫度T、和物質(zhì)的量n之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。,pV = nRT （1-1）,p為氣體壓力，單位：Pa； V為氣體體積，單位：m3; T為氣體溫度，單位：K； n為氣體的物質(zhì)的量，單位：mol； R為摩爾氣體常數(shù)，取值8.314 Jmol-1K-1 。,理想氣體狀態(tài)方程,9,Question,例1-1 某碳?xì)浠衔锏恼羝?，?00及10

3、1.325 kPa時(shí)，密度=2.55 gL-1，由化學(xué)分析結(jié)果可知該化合物中碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比為1:1。試確定該化合物的分子式。,10,Question,例1-1 某碳?xì)浠衔锏恼羝?，?00及101.325 kPa時(shí)，密度=2.55 gL-1，由化學(xué)分析結(jié)果可知該化合物中碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比為1:1。試確定該化合物的分子式。,解：,設(shè)該化合物的摩爾質(zhì)量為M，質(zhì)量為m, 組成為(CH)x。,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV = nRT,解得：x = 6，該化合物的分子式為C6H6。,得：,故：,由：,11,1.2.2 分壓定律,道爾頓理想氣體分壓定律 理想氣體混合物中的各組分氣體均充滿整個(gè)容器

4、，混合氣體中任一組分的分壓與該組分氣體在相同溫度下獨(dú)占整個(gè)容器所產(chǎn)生的壓力相同，而總壓力p等于混合體系中各組分氣體的分壓之和。,約翰道爾頓（1766- 1844 ） 英國化學(xué)家、物理學(xué)家、近代化學(xué)之父。,12,Question,例1-2 在290 K，99.3 kPa的氣壓下，用排水集氣法收集氮?dú)?50 mL。求在273K，101.3 kPa下該氣體經(jīng)干燥后的體積。,解：,13,Question,例1-2 在290 K，99.3 kPa的氣壓下，用排水集氣法收集氮?dú)?50 mL。求在273K，101.3 kPa下該氣體經(jīng)干燥后的體積。,解：,查表1-3得，290K(17)時(shí)水的飽和蒸汽壓為1.

5、93k Pa。,根據(jù)分壓定律： p(N2)=p(總)-p(H2O)=99.3 kPa -1.93 kPa =97.4 kPa,設(shè)氮?dú)飧稍锖蟮捏w積為V，壓力為 p，溫度為T ，則：,合136mL。,14,水的飽和蒸汽壓,水在不同溫度下的飽和蒸氣壓,水的飽和蒸汽壓只與溫度有關(guān)。,表1-3,分壓與組成之間的關(guān)系,我們有下面關(guān)系式,1.2.2,式（2）/ 式（1） 得,= xi,故 pi = p總xi,即組分氣體的分壓等于總壓與該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)之積。P7例題1-2,又 式（3）/ 式（1） 得,= xi,又有 pi = p總xi,即組分氣體的分壓，等于總壓與該組分氣體的體積分?jǐn)?shù)之積。,18,1.3

6、 溶液濃度的表示方法,19,1.3.1 物質(zhì)的量濃度,單位體積溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。,(1-4),nB 為物質(zhì)B 的物質(zhì)的量，SI單位為 mol； V 為溶液的體積，SI 單位為 m3； cB的SI 單位是 molm-3，常用單位是molL-1。,使用物質(zhì)的量濃度時(shí)應(yīng)指明物質(zhì)的基本單元。,20,1.3.2 質(zhì)量摩爾濃度,質(zhì)量摩爾濃度 單位質(zhì)量溶劑中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。,(1-5),mA為溶劑的質(zhì)量，SI單位為kg； bB的單位為molkg-1。,質(zhì)量摩爾濃度與溫度無關(guān)； 使用質(zhì)量摩爾濃度時(shí)應(yīng)指明物質(zhì)的基本單元。,21,Question,例1-3 將0.270 g KCl晶體溶于100

7、g水中，計(jì)算所得溶液中KCl的質(zhì)量摩爾濃度。,解：,22,質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位質(zhì)量溶液中所含物質(zhì)B的質(zhì)量。,(1-6),B的SI單位為1 。,物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的換算：,(1-7),1.3.3 質(zhì)量分?jǐn)?shù),23,Question,例1-4 已知濃硫酸的密度= 1.84 gmL-1, 硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.0 %，若配置500 mL c(H2SO4)=0.10 molL-1的稀硫酸，應(yīng)取濃硫酸多少毫升？,解：,設(shè)需取用濃硫酸的體積為V, 則：,配置溶液時(shí)，首先量取濃硫酸2.8 mL，將其緩緩加入約400 mL的蒸餾水中，然后在容量瓶中定容至500 mL。,24,1.3.摩爾分?jǐn)?shù),摩爾分?jǐn)?shù) 的物質(zhì)的

8、量與混合物總的物質(zhì)的量之比。,(1-8),xB的量綱為1。,兩組分體系中：,xA + xB=1,多組分體系中：,25,溶液濃度的表示方法,26,1.3.5 幾種溶液濃度之間的關(guān)系,.,物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)：,27,i）兩組分溶液，溶質(zhì)B含量較少時(shí)：,(1-9),ii) 稀薄水溶液中：,當(dāng)cB的單位為mol L-1，bB的單位為mol kg-1 時(shí)，二者數(shù)值近似相等。,物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度：,28,1.4 稀溶液的通性,在難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液中，溶液的某些性質(zhì)僅與溶劑中溶質(zhì)的獨(dú)立質(zhì)點(diǎn)數(shù)相關(guān)，而與溶質(zhì)本身的性質(zhì)無關(guān)，如溶液的蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓等，這類性質(zhì)稱為稀溶液的通性或依數(shù)性

9、。包括：蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低和滲透壓現(xiàn)象。,稀溶液：溶劑與溶質(zhì)分子之間、溶質(zhì)分子之間沒有相互作用的溶液，為一種理想化的溶液模型。,稀溶液的通性：,29,1.4.1 溶液蒸汽壓的下降,液體的蒸發(fā),a 敞口容器,一定溫度下，敞口容器中液體將不斷蒸發(fā)至沒有液體留下。,一定溫度下，密閉容器中的液體隨著蒸發(fā)進(jìn)行，最終將達(dá)到液體蒸發(fā)與氣體凝結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，蒸氣壓力不再變化。,液體的飽和蒸汽壓 在一定溫度下，液體與其蒸氣平衡時(shí)的蒸氣壓力為該溫度下的液體的飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。,30,幾種液體的蒸汽壓曲線,蒸氣壓是液體的重要性質(zhì); 蒸氣壓隨溫度升高而增大。,31,在純?nèi)軇┲屑尤胍欢康碾y揮發(fā)溶

10、質(zhì)后，溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)下降，溶劑的表面積較小、能克服分子間引力進(jìn)入氣相的分子數(shù)目要比純?nèi)軇┥?。達(dá)到平衡時(shí)，溶液的蒸氣壓要比相同溫度的純?nèi)軇╋柡驼魵鈮旱?，該現(xiàn)象稱為溶液的蒸氣壓下降。,溶液的蒸氣壓下降,32,拉烏爾定律（Roults Law ）,一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇╋柡驼魵鈮号c溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。,(1-10),拉烏爾（Raoult F M，1830-1901），法國化學(xué)家，主要從事溶液的性質(zhì)研究。,兩組分體系中：,(1-10),一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。,表述1,表述2,33,稀溶液中：,一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓

11、下降與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。,(1-11),表述3,34,1.4.2 溶液沸點(diǎn)的升高和凝固點(diǎn)的降低,沸騰與沸點(diǎn),當(dāng)液體的蒸氣壓與外壓相等時(shí)，液體表面和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生氣化現(xiàn)象，該過程被稱為沸騰。此時(shí)的溫度，稱為液體的沸點(diǎn)。 通常液體的沸點(diǎn)是指其蒸氣壓等于101.325 kPa時(shí)的溫度，稱為正常沸點(diǎn)，也簡稱沸點(diǎn)。液體的沸點(diǎn)會(huì)隨著外壓的升高而升高。,溶液的沸點(diǎn)升高現(xiàn)象,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┮停栽谶_(dá)到溶劑沸點(diǎn)時(shí)，溶液不能沸騰。為了使溶液沸騰，就必須使溶液的溫度升高，加劇溶劑分子的熱運(yùn)動(dòng)，以增加溶液的蒸氣壓。當(dāng)溶液的蒸氣壓與外壓相等時(shí)，溶液開始沸騰。顯然此時(shí)溶液的溫度應(yīng)高于純?nèi)軇?/p>

12、的沸點(diǎn)。,35,p=101.325kPa,Tb,p p,Tb,沸點(diǎn)升高示意圖,難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)， 對(duì)于難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液： Tb = Tb Tb = kbbB (1-12) kb稱為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)，單位為Kkgmol-1。,36,Question,例1-5 68.4g蔗糖(C12H22O11, M=342 gmol-1)溶于1000g水中，計(jì)算該溶液的沸點(diǎn)。,：,37,Question,例1-5 68.4g蔗糖(C12H22O11, M=342 gmol-1)溶于1000g水中，計(jì)算該溶液的沸點(diǎn)。,解：,查表1-4，水的沸點(diǎn)為373.15K, 其沸點(diǎn)升高常數(shù)K

13、b=0.52 Kkgmol-1。,38,表1-4 幾種常見溶劑的Tb和Kb,39,溶液的凝固點(diǎn)下降,凝固點(diǎn),在p=101.325kPa的空氣中，純液體與其固相平衡的溫度就是該液體的正常凝固點(diǎn)，也稱為液體的冰點(diǎn)或固體的熔點(diǎn)。,溶液的凝固點(diǎn)降低,向一純?nèi)軇┡c其固相共存的平衡體系中加入溶質(zhì)，則會(huì)引起溶劑的蒸氣壓下降，導(dǎo)致平衡破壞。對(duì)于固相，由于與之平衡的蒸氣壓要高于此時(shí)溶液的蒸氣壓，所以，此時(shí)必然有固相溶劑融化，降低溶液的濃度，以抵消加入溶質(zhì)后所引起的液相蒸氣壓下降作用。而固相溶劑在融化中要吸收大量的熱，所以在重新達(dá)到平衡過程中，整個(gè)系統(tǒng)的溫度要降低，進(jìn)而引起固相溶劑和溶液上方蒸氣壓的下降。該現(xiàn)象被

14、稱為溶液的凝固點(diǎn)降低。,40,p,T,Tf,溶劑的氣-固平衡線,Tf,凝固點(diǎn)降低示意圖,溶液的凝固點(diǎn)總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)， 對(duì)于難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液： Tf = TfTf= Kf bB Kf 稱為溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)。, Kf只與溶劑性質(zhì)有關(guān); 同種溶劑的Kf 值Kb值。,41,表1-5 幾種溶劑的Tf和Kf,42,水，水溶液，冰體系的飽和蒸氣壓圖,縱坐標(biāo)蒸氣壓 p,橫坐標(biāo)溫度 T,43,Question,例1-6 從人尿中提取出一種中性含氮化合物，將90.0 mg 純品溶解在12.0 g蒸餾水中，所得溶液的凝固點(diǎn)比純水降低了0.233 K，試計(jì)算此化合物的摩爾質(zhì)量。,44,查表1-5得水

15、的凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf =1.86 Kkgmol-1。,凝固點(diǎn)下降法常用于測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。,解：,45,溶液的蒸汽壓下降和凝固點(diǎn)降低的重要實(shí)例,低溫體系的獲得 與水產(chǎn)保鮮,道路的除冰作業(yè),植物的抗旱與抗寒,46,1.4.3 溶液的滲透壓,擴(kuò)散與滲透,物質(zhì)自發(fā)的由高濃度處向低濃度處遷移的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。物質(zhì)粒子通過半透膜單向擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為滲透 。,維持半透膜所隔開的溶液與溶劑之間的滲透平衡所需要的額外壓力稱為滲透壓 。,滲透壓,半透膜,滲透壓現(xiàn)象既存在于半透膜所隔開的溶劑和溶液之間，也存在于不同濃度的溶液之間。滲透壓相等的溶液被稱為等滲溶液 。,47,德國植物學(xué)家 菲弗爾(Peffer W),荷

16、蘭理論化學(xué)家 范特霍夫 (Vant Hoff J H),溫度一定時(shí)，非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度成正比；當(dāng)溶液濃度一定時(shí)，滲透壓與溫度成正比。,滲透壓公式：,為溶液的滲透壓，SI單位為Pa； R為摩爾氣體常數(shù)，為8.314 Jmol-1K-1； cB為溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，SI單位為molm-3； T是體系的溫度，單位為K。,48,Question,例1-7 有一蛋白質(zhì)的飽和水溶液，每升含有蛋白質(zhì)5.18g。已知在293.15 K時(shí)，溶液的滲透壓為0.413 kPa。計(jì)算該蛋白質(zhì)的摩爾質(zhì)量。,49,解：,根據(jù)滲透壓公式得：,50,難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的某些性質(zhì)（蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高與凝固點(diǎn)降低、滲透壓）與一定量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，而與溶質(zhì)本性無關(guān)。這些性質(zhì)被統(tǒng)稱為稀溶液的依數(shù)性。,稀溶液的依數(shù)性,溶液濃度增大時(shí)，溶劑與溶質(zhì)間的作用不可忽略；在電解質(zhì)溶液中會(huì)發(fā)生離解、締合等變化，上述關(guān)系也不在適用，必須加以校正。但可根據(jù)溶液中粒子的總數(shù)來定性比較不同溶液的蒸氣壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)及滲透壓的相對(duì)大小。,但是：,51,1.5 膠體溶液,英國化學(xué)家 格雷厄姆 (18051869),膠體并非是一類特殊的物質(zhì)，而是物質(zhì)以一定的分散度存在的狀態(tài)。膠體分散系是由粒徑在10-910-7m的分散質(zhì)組成的體系，分為膠體溶液和高分子溶液兩大類。,膠體溶液又稱為溶膠，