无机及分析化学
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无机及分析化学 1. ( Inorganic and analytical chemistry ). 清清的河流. 第 1 章 溶液与胶体. 随处可见的溶液. 静静的湖泊. 浩瀚的大海. 注射液. 1 、溶解了哪些物质?. 2 、各物质的浓度是多少?. 3 、具有哪些特殊性质?. 4 、这些性质受什么因素的影响?. 5 、如何从分子水平上解释这些性质?. 6 、这些性质的科学意义是什么?. 第 1 章 溶液与胶体. 1.1 溶液组成量度( 浓度 )表示方法 一、浓度表示方法 1 、物质的量浓度 --- c B

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无机及分析化学 1

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Presentation Transcript


1

无机及分析化学1

(Inorganic and analytical chemistry)


1

清清的河流

第1章 溶液与胶体

随处可见的溶液


1

静静的湖泊


1

浩瀚的大海


1

注射液


1

1、溶解了哪些物质?

2、各物质的浓度是多少?

3、具有哪些特殊性质?

4、这些性质受什么因素的影响?

5、如何从分子水平上解释这些性质?

6、这些性质的科学意义是什么?


1

第1章 溶液与胶体

1.1 溶液组成量度(浓度)表示方法

一、浓度表示方法

1、物质的量浓度--- cB

cB = nB / V ( mol · dm-3或 mol · L-1)

2、质量摩尔浓度--- bB

bB = nB / mA( mol · Kg-1 )


1

符号说明

  • cB ----某物质的物质的量浓度

  • c ( H2SO4 )----硫酸的物质的量浓度


3 b b m b v g cm 3 g ml 1

3、质量浓度--- ρB

ρB= mB / V ( g · cm-3 或 g · ml-1 )

ρB与质量密度ρ不同!


1

4 、同类量之比

(1) 质量分数 ωB= mB/ mA+ mB

(2) 物质的量分数 xB=nB/nA+ nB

(3) 体积分数 φB= VB/ VA+ VB

二、浓度换算

ωB→cB; ωB→bB;cB→bB

换算公式的推导?


1

nB

mB

1000ρVωB

=

V

MBV

MB ×V

=

1000ρωB

MB

=

  • ωB→cB

cB =


1

nB

mB

bB =

=

mA

MBmA

1000ρωB

=

MB ×(1000ρ-1000ρωB)/1000

1000ωB

=

MB ×(1-ωB)

  • ωB→bB


1

1000 cB

bB =

- cB M B

1000ρ

cB→bB

请同学们自己推导!


1

pA*

p

凝聚(液)

蒸发(气)

1.2稀溶液的依数性

一、溶液的饱和蒸气压下降


1

1、pA*:定温下,纯溶剂的蒸发与凝集达动态平衡时,饱和蒸气产生的压力。与溶剂本性及温度有关。p-T 关系曲线称饱和蒸气压曲线。

2、p:稀溶液的饱和蒸气压,总是低于同温度下纯溶剂的饱和蒸气压。


1

3、定量关系:拉乌尔定律。

(1) p = pA* xA

(2)Δp = pA* - pA* xA

= pA*(1-xA)

= pA*xB

(3)Δp = k bB,推导如下:


1

n B

n B

xB=

n A + n B

n A

bB

n B

1000

Δp = pA*

mA / M A

对于稀溶液,则有

nA>>nB , nA + nB ≈ nA ,因此

= k bB


1

Δp = k bB

在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比。


1

1、概念:

沸腾、

沸点、

正常沸点

二、稀溶液沸点升高


1

2、相同外压下,相对纯溶剂,稀溶液沸点上升?


1

3、ΔTb= kb bB

-- kb : 沸点上升常数,与溶剂性质有关。


1

三、稀溶液的凝固点下降

1、基本概念:凝固与凝固点

相同外压下,相对纯溶剂,稀溶液凝固点下降。


1

2、ΔTf = kf bB

—kf为凝固点下降常数,与溶剂性质有关。


1

  • 冬天在汽车水箱中加甘油为什么可以防止水箱被冻裂?

  • 为什么海水比淡水更难结冰?

  • 雪天往路面和机翼上撒盐

  • 植物抗寒的生物学机理之一个方面


1

四、溶液的渗透压(π)


1

π

c

d

a

b

半透膜

B室(H2O)

A室(溶液b)

H2O

H2O

1、基本概念:半透膜、渗透现象、渗透压、高(低、等)渗溶液、反渗透。


1

2、定量关系:πV=nRT→π=cBRT→π≈bBRT

式中cB-- mol ·L-1,bB--mol · kg –1

T--K,R--8.314 kPa ·L·mol-1 ·K –1,

π--kPa


1

cB

nB

bB =

mA

1000ρ- cBMB

1000

对于稀水溶液: ρ≈1,且cBMB/1000项较小,故认为cB≈bB。


1

3、生物学意义,植物吸收水分与养分、肥料用量、盐碱地的利用问题、动物的输液等。

溶剂小分子总是从低渗溶液透过半透膜进入高渗溶液。


1

玻璃管

h

空心萝卜

红糖水

H2O

纯水


1

五、依数性的相互关系及应用

1、后三种性质均因溶液饱和蒸气压下降而引起,知其一则可推算出另外三个性质(如何算?)。


1

2、非电解质摩尔质量的测定

称 mB g 溶质, 溶于mA kg溶剂中,配成稀溶液,测依数性之一,如测定π, 因π≈bBRT

而bB=nB/mA=mB/MBmA

得MB= mBRT/ πmAg · mol-1


1

m B

= kf

mAM B

例1某含氮有机物0.18 g溶于12 g水中,测得其凝固点比纯水降低了0.233 K,计算该化合物的摩尔质量。

解: 设该有机物摩尔质量为M,由

ΔTf = kfbB


1

k f m B

MB=

ΔTf mA

k f mB

1.86×0.18

=

MB =

ΔTf mA

0.233×0.012

kf = 1.86 K/(mol·kg);mB = 0.18g

mA= 12 g=0.012kg;ΔTf = 0.233 K

= 129.8 g • mol-1

该有机物的摩尔质量为129.8 g • mol-1


1

nRT

mRT

=

=

π

解:

V

MV

×

×

mRT

1.8

4

8

.

314

278

=

=

M

πV

×0.1

0.533

×

=

4

7

.

98

g

/

mol

10

例2. 278 K时,100ml 溶液中溶解了某种蛋白质1.84 g,测得该溶液的渗透压为533 Pa,计算该蛋白质的摩尔质量。


1

例3、 按饱和蒸气压、沸点、凝固点、渗透压由高到低的顺序排列下列各溶液。

(1)0.1 mol ·L-1HAc

(2)0.1 mol ·L-1NaCl

(3)0.35 mol ·L-1蔗糖

(4)0.1 mol ·L-1CaCl2

(5)0.1 mol ·L-1葡萄糖

当溶质为电解质时,如何处理?


1

解:在一定体积的溶液中,粒子数目越多,即粒子浓度越大,沸点越高。电解质的粒子数目较相同浓度的非电解质多,强电解质的粒子数较相同浓度的弱电解质多,因此,粒子浓度由大到小的顺序为:

(3)>(4)>(2)>(1)>(5),沸点、渗透压顺序与此相同。饱和蒸气压、凝固点顺序与此相反。


1

小 结

1、各依数性产生原因(饱和蒸气压下降);

2、定量公式及公式使用条件、公式的运用;

3、有关现象的解释(依数性原理的应用)。


1

  • 稀溶液的依数性:

  • 对于难挥发非电解质的稀溶液来说

  • 饱和蒸气压下降:拉乌尔定律

p = pA* xAΔp = pA*xBΔp = k bB

  • 沸点升高ΔTb= kb bB

  • 凝固点下降ΔTf = kf bB

  • 渗透压πV=nRT→π=cBRT→π≈bBRT


1

一、基本概念

  • 相:体系中物理、化学性质完全相同且与其它部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分,分为单相体系和多相体系。

1 . 3 胶 体

液体--单相体系。

液体+蒸气--多相体系。

液体+蒸气+锥形瓶--多相体系。


1

  • 一组概念:分散体系、分散质、分散剂

  • 三类分散体系:

  • 真溶液(<1nm):均匀、透明、稳定、粒子扩散速率快、能透过滤纸。----单相体系。

(2) 胶体(1-100nm):均匀、透明、亚稳定、粒子扩散慢、能透过滤纸。----多相体系。

(3) 粗分散系(>100nm):不均匀、不透明、不稳定、粒子扩散慢、不能透过滤纸。----多相体系。


1

地板上的水银球

  • 表面性质之一:因表面分子受力与内部分子不同,有收缩、减小表面积的趋势。


1

活性炭

有机色素

甘蔗汁

  • 表面性质之二 -- 吸附

1、吸附、吸附质、吸附剂

过滤


1

FeO+

Fe3+

H+

Fe3+

选择吸附

H+

n FeO+

Fe(OH)3

m

Cl-

Fe(OH)3

Cl-

2、吸附分类

分子吸附:吸附质为分子。

离子吸附:(离子选择与离子交换吸附)


1

nRSO3H+ + Mn+

(RSO3-)nM + nH+

nRC

+ Ln-

N+OH-

(RC

N+)nL + OH-

  • 离子交换吸附:吸附剂在吸附溶液中离子的同时,将自身等电量的同号离子置换到溶液中,这种吸附称为离子交换吸附。

  • 离子交换剂:分阳离子交换剂和阴离子交换剂。


1

NH4+

Na+

+

2 NH4+

2Na+

+

Na+

NH4+

NH4+

Ca2+

+

2 NH4+

Ca2+

+

NH4+

3、吸附规律;相似(结构与极性)相吸。

特点:同号离子交换、等电荷交换、交换可逆。


1

分散体系

光源

聚光镜

二、胶体的性质

1.光学性质(丁铎尔效应)

胶 体

应用:分散体系种类的鉴别


1

透镜

溶胶

光源

  • 丁铎尔效应

丁铎尔效应:由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性, 当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统, 可发生散射现象—丁铎尔现象。


1

2. 布朗运动


1

电泳

3. 电学性质

  • 胶体粒子带电原因

  • --(离子选择性吸附)。


1

三、胶团与胶粒结构式

缓慢滴加KI溶液至硝酸银溶液中直到过量。

{( AgI )m• nI- •(n-x)K+}x- • xK+

胶 核 电位离子 反离子 扩散层反离子

← 胶 粒 →

← 胶 团 →


1

K+

吸附层

K+

K+

K+

K+

K+

I-

I-

K+

I-

I-

I-

I-

I—

K+

I-

K+

I-

胶核(AgI)m

K+

K+

I-

I-

I-

I-

I-

I-

K+

I-

I-

K+

K+

K+

K+

K+

胶粒

胶 团

扩散层


1

写 出:FeCl3 热水解所得胶体的胶粒结构式

[{Fe(OH)3 } m• nFeO+•(n-x)Cl-] x+

胶核 电位离子 吸附层反离子

← 胶 粒 →


1

[Fe(OH)3]m

扩散层

吸附层

反离子

电位离子

反离子

吸附层

胶核

扩散层

胶粒

胶团

Cl-

Cl-

FeO+

FeO+

FeO+

Cl-

FeO+

Cl-

FeO+

Cl-

Cl-

FeO+

FeO+

FeO+

Cl-

Cl-


1

  • 10mL 0.1mol/L 的 AgNO3溶液与 5mL 0.08mol/L 的KBr反应制备的胶体之胶粒与胶团结构式。

{( AgBr )m• nAg+•(n-x)NO3-}x- • x NO3-

胶核 电位离子 反离子 扩散层反离 ← 胶 粒 →

← 胶 团 →


1

四、胶体的稳定性与聚沉

1、稳定的原因

(1)胶粒荷电,因静电作用相互排斥,阻碍聚结 ;

(2) 胶粒的溶剂化 ;

(3) 布朗运动导致扩散 。


1

(1)加入强电解质:与电位离子电性相反的离子进入吸附层,使胶粒荷电量减少;争夺溶剂分子,溶剂化膜变薄而起聚沉。

正溶胶,强电解质之阴离子起作用;

负溶胶,强电解质之阳离子起作用;

强电解质聚沉能力用聚沉值表征。

2、聚沉及聚沉方法


1

一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需要的 电解质的最低浓度.

聚沉值:

聚沉值越小,聚沉能力越强。

聚沉能力与作用离子电荷数目及水合半径有关。

聚沉规律:

a . 带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。

b . 离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加.


1

离子本身半径

水合离子半径

水化半径

c. 同价阳离子聚沉能力随着离子水化半径的增大而减小。


1

讨论:

  • 对Fe(OH)3胶体:氯化钠、硫酸铵、磷酸钾

  • 对硅酸胶体:碱金属的氯化物

    ---之聚沉值与聚沉能力的比较。

(2)温度对聚沉的影响:加热能促进溶胶聚沉。

(3)相互聚沉:带相反电荷的溶胶以一定比例混合。


1

小 结

1、胶体的特性;

2、胶体的结构(各部分分别是什么);

3、胶体稳定的原因及聚沉(强电解质作用原理及其聚沉能力影响因素)。


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