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气体和溶液

气体和溶液. Chapter 1 Gas and Solution. 第 1 章. 1-1 分散系 1-2 气体 1-3 溶液的浓度 1-4 非电解质稀溶液的依数性 1-5 胶体溶液 1-6 高分子溶液和乳浊液 1-7 电解质溶液. 1-1 分散系. 一、分散系的概念：. 二、分散系的分类：. 1-1 分散系. 一、分散系的概念：. 一种或几种物质分散成微小的粒子分布在另一种物质中所构成的系统称为 分散系 ( disperse system) 。

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Presentation Transcript

  1. 气体和溶液 Chapter 1 Gas and Solution 第1章

  2. 1-1 分散系 1-2 气体 1-3 溶液的浓度 1-4 非电解质稀溶液的依数性 1-5 胶体溶液 1-6 高分子溶液和乳浊液 1-7 电解质溶液

  3. 1-1 分散系 一、分散系的概念： 二、分散系的分类：

  4. 1-1 分散系 一、分散系的概念： 一种或几种物质分散成微小的粒子分布在另一种物质中所构成的系统称为分散系(disperse system)。 被分散的物质称分散质(disperate)，亦称分散相(disperated phase)； 起分散作用的物质称为分散剂(dispersant)，亦称分散介质(dispersing medium)。

  5. 1-1 分散系 二、分散系的分类： 1.按聚集状态分 气－气（空气） 气－液（汽水） 气－固（浮石） 液－气（云、雾） 液－液（牛奶） 液－固（肉冻） 固－气（烟、尘） 固－液（溶液） 固－固（合金）

  6. 1-1 分散系 2.按分散质粒子的大小分 < 1 nm真溶液（1nm = 10-9 m） 1-100 nm胶体分散系（溶胶、高分子溶液） > 100 nm粗分散系（悬浊液、乳浊液）

  7. 1-2 气体 一、理想气体状态方程 二、道尔顿分压定律 三、分体积定律 四、实际气体

  8. 1-2 气体 一、理想气体状态方程 • 气体的最基本特征：可压缩性和扩散性。 • 分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体(ideal gas)。理想气体实际上不存在。 低压(低于数百千帕)、高温(高于273K)的条件下的气体可近似看作理想气体，理想气体是实际气体的一种极限情况。

  9. 1-2 气体 理想气体状态方程式 R----摩尔气体常数 pV ＝ nRT R=8.314(Pam3mol-1K-1)=8.314(kPaLmol-1K-1) =8. 314(Jmol -1K–1)

  10. 1-2 气体 二、道尔顿分压定律 组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 分压： 组分气体i 在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体i 的分压。

  11. 1-2 气体 分压定律： 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 +  或 p = pi

  12. 分压的求解： x i i的摩尔分数, 表示某组分的物质的量占混合物中总物质的量的分数。

  13. 分压定律的应用 • 实验室中排水集气法收集的气体总是含有饱和水蒸气：p(总压) = p(气体)+ p(水蒸气)

  14. 1-2 气体 三、分体积定律 分体积： 混合气体中某一组分i的分体积Vi是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。

  15. 1-2 气体 气体分体积定律（law of partial volume） 在温度、压力一定的情况下，混合气体的体积等于组成该混合气体的各组分的分体积之和。 V＝V1＋V2＋…＋Vi＋…

  16. 1-2 气体 四、实际气体（real gas） 分子间有相互作用，分子本身也具有一定的体积，因而实际气体不符合理想气体模型。 范德华方程式（van der Waals equation） a和b称为范德华常数。 常数a用于校正压力；b用于修正体积。 均可由实验确定。

  17. 气体 a /L2·kPa·mol-2 b /L·mol-1 沸点/℃ 液态的摩尔体积/L·mol-1 He H2 O2 N2 CO2 C2H2 Cl2 3.457 24.76 137.8 140.8 363.9 444.7 657.7 0.023 70 0.026 61 0.031 83 0.039 13 0.042 67 0.051 36 0.056 22 -269 -253 -183 -196 -7(升华) -104 -34 0.027 0.029 0.028 0.035 0.040 — 0.054 1-2 气体 常数a值随沸点（boiling point）升高而增大，常数b大致等于气体在液态时的摩尔体积。

  18. 1-3 溶液的浓度 一、物质的量浓度 二、质量摩尔浓度 三、摩尔分数 四、质量分数 五、几种溶液浓度之间的关系

  19. 气态溶液(空气) 液态溶液：(酸、碱) 固态溶液 (合金) 溶质 溶剂 溶 液 1-3 溶液的浓度 广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液。 • 溶液的浓度：是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。 • 由于“溶质的量”可取物质的量、质量、体积，溶液的量可取质量、体积，溶剂的量常可取质量、体积等，所以在实际生活中我们所遇到的浓度的表示方法是多种多样的。

  20. 1-3 溶液的浓度 一、物质的量浓度 (amount-of-substance concentration) 定义： 单位体积溶液中所含溶质的物质的量，用符号cB表示，单位是mol·L-1或mol·dm-3。 cB = nB／V 注意: 使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。

  21. 1-3 溶液的浓度 基本单元（basic cell） 指系统（system）中的基本组分，它既可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，也可以是这些粒子的特定组合，还可以指某一特定的过程或反应，如O2、½(H2SO4)、(H2+ ½O2) 等。 Example： c(KMnO4)=0.10mol·L-1与 c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1的两个溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克， 后者为3.16克。

  22. 质量 基本单元 基本单元数 摩尔质量 Question 1 前者 H3PO4 1 mol 相同 前者是后者的3倍 后者 1/3 H3PO4 3 mol 1mol H3PO4与3mol (1/3 H3PO4 )的基本单元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？摩尔质量比是多少？ （同学们自己回答）

  23. 1-3 溶液的浓度 二、质量摩尔浓度 (molality ) 定义： 单位质量的溶剂中含有溶质B的物质的量 ，用符号bB表示，单位是mol·kg-1 。 bB = nB／mA

  24. 1-3 溶液的浓度 三、摩尔分数 (mole fraction ) 定义： 混合系统（溶液）中某组分B的物质的量占全部系统（溶液）的物质的量的分数，用符号xB表示，量纲是1。 xB = nB／n

  25. 1-3 溶液的浓度 四、质量分数 (mass fraction ) 定义： 混合系统中，某组分B的质量占混合物的总质量的分数，用符号wB表示，量纲是1。 wB = mB／m

  26. 1-3 溶液的浓度 五、几种溶液浓度之间的关系 1.物质的量浓度与质量分数 2.物质的量浓度与质量摩尔浓度 例题：1-1

  27. 【例】：在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量百分浓度，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的物质的量分数。【例】：在常温下取NaCl饱和溶液10.00cm3，测得其质量为12.003g，将溶液蒸干，得NaCl固体3.173g。求：（1）NaCl饱和溶液的质量百分浓度，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的物质的量分数。 解： （1）NaCl饱和溶液的质量百分浓度为： (2) NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：

  28. (3) NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为： （4）NaCl饱和溶液中

  29. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 一、溶液的蒸气压下降 二、溶液的凝固点下降 三、溶液的沸点上升 四、溶液的渗透压

  30. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 溶液的性质 ①与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。 ②与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。 依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。 依数性中较为明显的是： 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压 粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。

  31. 蒸发 H2O(l) H2O(g) 凝聚 蒸发 凝聚 气液两相平衡 纯水的蒸气压示意图 1-4 非电解质稀溶液的依数性 一、溶液的蒸气压下降 初始： V蒸发 > V凝聚 平衡： V蒸发 = V凝聚

  32. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号p表示。 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同 T下的p纯溶剂 ，即溶液的蒸气压下降。蒸气压下降值△p=p纯－p液。

  33. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 蒸汽压下降的原因： 纯溶剂 溶液 ∴p液<p纯剂，c液越大，p液越小。 p纯-p液的差值也越大。

  34. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 拉乌尔定律：在一定的温度下，难挥发的非电 解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘 该溶剂在溶液中的摩尔分数。 p ：溶液的蒸气压 pA*：纯溶剂的蒸气压 nA ：溶剂的物质的量 nB ：溶质的物质的量

  35. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 ∴ nA + nB ≈ nA ∵是稀溶液， nA >> nB nB △p≈ pA*—— nA ∵nA＝mA/MA nB nB ∴ △p≈ pA*—— ＝ pA* — · MA nA mA nB △p＝ pA* ·MA ——＝K·b(B ) mA

  36. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 定义：K蒸 =p* ·MA △p = K蒸b(B) ------ 拉乌尔定律的另一种表述。 K蒸与溶剂、T有关的常数 ①同一温度，溶剂不同，其K蒸不同； ②同一溶剂，温度不同，其K蒸也不同。

  37. 1-4 非电解质稀溶液的依数性

  38. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 二、溶液的凝固点下降 凝固点(freezing point)：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。(固液两相平衡时的温度) 凝固点下降(freezing point depression)：难挥发非电解质稀溶液的凝固点总比纯溶剂低的现象。

  39. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 • Reason：溶液蒸汽压下降。 • 273K时，溶液蒸汽压低于纯溶剂蒸汽压， 也就低于此时冰的蒸汽压 • 此温度下固液两相不能共存 • 冰将融化而致温度下降 • 最终导致凝固点降低

  40. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 实验证明，溶液的凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比： Kf：摩尔凝固点下降常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关，K· kg · mol -1。常见溶剂的Kf值见教材。 bB：溶质的质量摩尔浓度， mol·kg-1。

  41. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 溶液凝固点下降的应用 • 冰和盐混合物常用作制冷剂：冰的表面总附有少量水，当撒上盐后，盐溶解在水中形成溶液，由于溶液蒸气压下降，使其低于冰的蒸气压，冰就要融化。随着冰的融化，要吸收大量的热，于是冰盐混合物的温度就降低。采用NaCl和冰，温度最低可降到-22℃，用CaCl2·6H2O和冰最低可降到-55℃。 • 凝固点下降还可用来测定作为溶质的未知物的相对分子质量。

  42. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 三、溶液的沸点上升 沸点(boilling point)：液体的蒸气压等于外界大气压力时液体对应的温度。 纯水：p外 = 101.3kPa，t纯水 = 100℃. 沸点上升(boilling point rise)：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点的现象。

  43. p po kpa 蒸 气 压 101.3kpa A B’ △p △Tb 温度 Tb* T b 1-4 非电解质稀溶液的依数性 根本原因：蒸汽压下降 p溶液<p纯溶剂, 溶液的沸点上升示意图 B 溶剂 溶液

  44. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 • 根据拉乌尔定律，△p与mB成正比，而△Tb与 △p成正比，∴ △Tb亦应与 mB成正比，△p越大，△Tb也越大。 △Tb = Tb- Tb* = Kb·bB Kb：摩尔沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关，K· kg · mol-1。常见溶剂的Kb值见教材14页表1-8。 bB：溶质的质量摩尔浓度， mol·kg-1。

  45. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 四、溶液的渗透压 半透膜(semipermeable membrane)：仅允许溶剂分子而不允许溶质分子通过的薄膜。 渗透(osmosis)：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程。 渗透压(osmosis pressure) ：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，用符号π表示。 渗透作用产生的条件： ①半透膜存在；②膜两侧溶液的浓度不相等。

  46. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 范特霍夫公式： ΠV=nBRT 或 Π=cBRT ≈ bBRT 溶液很稀时， cB≈ bB 。

  47. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 反渗透：在浓溶液一侧增加较大的压力 可使溶剂进入稀溶液（或溶剂）。 依此 可实现溶液的浓缩和海水的淡化。 P 反渗透 渗 透

  48. 1-4 非电解质稀溶液的依数性 渗透压平衡与生命过程的密切关系： ①给患者输液的浓度；② 植物的生长；③ 人的营养循环。

  49. 1-5 胶体溶液 一、分散度和表面吸附 二、胶团结构 三、胶体溶液的性质 四、胶体溶液的稳定性与聚沉

  50. 1-5 胶体溶液 一、分散度和表面吸附 相(phase)：体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分。以分子和离子状态分散。 相的特点： 分散度(dispersion degree)：物质的分散程度，分散质粒子越小，分散程度越大。 比表面积(specific surface)：单位体积的表面积，用符号s表示。

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