第一章气体、溶液和胶体

1第一章气体、溶液和胶体2学习要求1.了解分散系的种类及主要特征。2.掌握理想气体状态方程、道尔顿分压定律及二者的应用。3.掌握蒸气压下降、沸点升高和凝固点降低、渗透压等稀溶液的通性及其重要应用。4.熟悉胶体的基本概念、结构和重要性质等。5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的基本概念和重要特征。31.1分散系1.2气体1.3溶液浓度的表示方法1.4稀溶液的通性1.5胶体溶液1.6高分子溶液和乳浊液41.1分散系由一种（或多种）物质分散于另一种物质所构成的系统，称为分散系。分散相：分散介质：被分散的物质。容纳分散相的物质。按聚集状态或分散质粒大小可对分散系进行分类。5按聚集状态分类的分散系分散相分散介质实例气体气体空气、天然气、焦炉气液体云、雾固体烟、灰尘气体液体碳酸饮料、泡沫液体白酒、牛奶固体盐水、泥浆、油漆气体固体泡沫塑料、木炭液体豆腐、硅胶、琼脂固体合金、有色玻璃6按分散相粒径分类的分散系高分子11~100100小分子或离子分子小集合体分子大集合体粒径/nm类别分散相高分子溶液溶胶小分子或离子分散系胶体分散系粗分散系稳定较稳定不稳定稳定性扩散快，颗粒能透过半透膜扩散慢，颗粒不能透过半透膜扩散很慢，颗粒不能透过滤纸扩散及透过性均相体系多相体系相态葡萄糖水溶液蛋白质水溶液碘化银溶胶泥浆常见实例71.2气体气体的特性是扩散性和可压缩性。1.2.1理想气体状态方程理想气体：分子本身不占有体积、分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。①抽象模型，理想气体在实际中并不存在；②高温、低压情况下实际气体可近似看做理想气体。8理想气体状态方程：理想气体的压力p、体积V、温度T、和物质的量n之间存在确定的函数关系。pV=nRT（1-1）p为气体压力，单位：Pa；V为气体体积，单位：m3;T为气体温度，单位：K；n为气体的物质的量，单位：mol；R为摩尔气体常数，取值8.314Jmol-1K-1。9Question例1-1某碳氢化合物的蒸汽，在100℃及101.325kPa时，密度ρ=2.55g·L-1，由化学分析结果可知该化合物中碳原子数与氢原子数之比为1:1。试确定该化合物的分子式。解：设该化合物的摩尔质量为M，质量为m,组成为(CH)x。15-1-133mol77.89gPa1001325.1K15.373KmolJ314.8mg1055.2根据理想气体状态方程：pV=nRT解得：x=6，该化合物的分子式为C6H6。RTMmpV得：pρRTpVmRTM故：)molg01.1molg0.12()]H()C([11xMMxM由：101.2.2分压定律道尔顿理想气体分压定律理想气体混合物中的各组分气体均充满整个容器，混合气体中任一组分的分压与该组分气体在相同温度下独占整个容器所产生的压力相同，而总压力p等于混合体系中各组分气体的分压之和。约翰·道尔顿（1766-1844）英国化学家、物理学家、近代化学之父。iinpRTVn1321iiipppppp（1-2）（1-3）11水的饱和蒸汽压水在不同温度下的饱和蒸气压温度压力温度压力温度压力/℃/kPa/℃/kPa/℃/kPa00.61182.07407.3750.87232.816525.00111.31294.009584.54121.40304.249687.67131.49314.499790.94141.60324.769894.30151.71335.039997.75161.81345.32100101.32171.93355.63101105.00水的饱和蒸汽压只与温度有关。12Question例1-2在290K，99.3kPa的气压下，用排水集气法收集氮气150mL。求在273K，101.3kPa下该气体经干燥后的体积。解：查表1-3得，290K(17℃)时水的饱和蒸汽压为1.93kPa。根据分压定律：p(N2)=p(总)-p(H2O)=99.3kPa-1.93kPa=97.4kPa设氮气干燥后的体积为V′，压力为p′，温度为T′，则：TVPTPV36343397.410Pa15010m273K1.3610m101.32510Pa290KPVTVPT合136mL。131.3溶液浓度的表示方法名称数学表达式单位物质的量浓度mol﹒L-1质量分数量纲为1质量摩尔浓度mol﹒kg-1摩尔（物质的量）分数量纲为1()()nBcBV()BmwBm()()nBmBm()()nBxBn141.3.1物质的量浓度单位体积溶液中所含溶质B的物质的量。VncBB(1-4)nB为物质B的物质的量，SI单位为mol；V为溶液的体积，SI单位为m3；cB的SI单位是molm-3，常用单位是molL-1。使用物质的量浓度时应指明物质的基本单元。151.3.2质量摩尔浓度质量摩尔浓度单位质量溶剂中所含溶质B的物质的量。AmnbBB(1-5)mA为溶剂的质量，SI单位为kg；bB的单位为molkg-1。①质量摩尔浓度与温度无关；②使用质量摩尔浓度时应指明物质的基本单元。16Question例1-3将0.270gKCl晶体溶于100g水中，计算所得溶液中KCl的质量摩尔浓度。解：2-121KClKClHOKCl0.270gKClHO74.5gmol0.100kg0.0362molkgnbmmMm17质量分数单位质量溶液中所含物质B的质量。mmmmBAABB(1-6)ωB的SI单位为1。物质的量浓度与质量分数间的换算：BBBBBBBBMmMmVMmVnc(1-7)1.3.3质量分数18Question例1-4已知浓硫酸的密度ρ=1.84gmL-1,硫酸的质量分数为96.0%，若配置500mLc(H2SO4)=0.10molL-1的稀硫酸，应取浓硫酸多少毫升？解：设需取用浓硫酸的体积为V,则：'SOH42cVMV-13-124313'HSO0.10molL50010L98.0gmol1.8410gL0.962.810LcVMV配置溶液时，首先量取浓硫酸2.8mL，将其缓缓加入约400mL的蒸馏水中，然后在容量瓶中定容至500mL。191.3.４摩尔分数摩尔分数Ｂ的物质的量与混合物总的物质的量之比。总nnnnxBAABB(1-8)xB的量纲为1。两组分体系中：xA+xB=1多组分体系中：1iix201.3.5稀溶液中浓度换算的近似处理i）两组分溶液，溶质B含量较少时：BABABBBbmnmmnmncB(1-9)ii)稀薄水溶液中：当cB的单位为molL-1，bB的单位为molkg-1时，二者数值近似相等。211.4稀溶液的通性在难挥发的非电解质稀溶液中，溶液的某些性质仅与溶剂中溶质的独立质点数相关，而与溶质本身的性质无关，如溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压等，这类性质称为稀溶液的通性或依数性。包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压现象。稀溶液：溶剂与溶质分子之间、溶质分子之间没有相互作用的溶液，为一种理想化的溶液模型。稀溶液的通性：221.4.1溶液蒸汽压的下降液体的蒸发a敞口容器b密闭容器中一定温度下，敞口容器中液体将不断蒸发至没有液体留下。一定温度下，密闭容器中的液体随着蒸发进行，最终将达到液体蒸发与气体凝结的动态平衡状态，蒸气压力不再变化。液体的饱和蒸汽压在一定温度下，液体与其蒸气平衡时的蒸气压力为该温度下的液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。23几种液体的蒸汽压曲线①蒸气压是液体的重要性质;②蒸气压随温度升高而增大。24在纯溶剂中加入一定量的难挥发溶质后，溶剂的摩尔分数下降，溶剂的表面动能较高、能克服分子间引力进入气相的分子数目要比纯溶剂少。达到平衡时，溶液的蒸气压要比相同温度的纯溶剂饱和蒸气压低，该现象称为溶液的蒸气压下降。溶液的蒸气压下降25拉乌尔定律（Roult’sLaw）一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。A0xpp(1-10)拉乌尔（RaoultFM，1830-1901），法国化学家，主要从事溶液的性质研究。B00B0A0)1(xppxpxpp两组分体系中：1BAxxB00xpppB0xpp(1-10)一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶质的摩尔分数成正比。表述1表述226稀溶液中：ABAAABABBABBMbMnMnnnnnnx一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。BAB0B0kbMbpxpp(1-11)表述327拉乌尔定律的微观解释：一定温度下纯溶剂的饱和蒸汽压：纯溶剂中能进入气相的分子比例：非电解质稀溶液中能进入气相的溶剂分子比例：一定温度下非电解质稀溶液中溶剂的蒸汽压：RTEef/fp0AxfA0xpp拉乌尔定律的适用范围：非电解质稀溶液281.4.2溶液沸点的升高和凝固点的降低沸腾与沸点当液体的蒸气压与外压相等时，液体表面和内部同时发生气化现象，该过程被称为沸腾。此时的温度，称为液体的沸点。通常液体的沸点是指其蒸气压等于101.325kPa时的温度，称为正常沸点，也简称沸点。液体的沸点会随着外压的升高而升高。溶液的沸点升高现象难挥发非电解质稀溶液的蒸气压比纯溶剂要低，所以在达到溶剂沸点时，溶液不能沸腾。为了使溶液沸腾，就必须使溶液的温度升高，加剧溶剂分子的热运动，以增加溶液的蒸气压。当溶液的蒸气压与外压相等时，溶液开始沸腾。显然此时溶液的温度应高于纯溶剂的沸点。29pTp=101.325kPaTb′溶剂溶液ppΘTb沸点升高示意图难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，对于难挥发非电解质的稀溶液：△Tb=Tb–Tb′=kbbB(1-12)kb称为溶剂的沸点升高常数，单位为K·kg·mol-1。30表1-4几种常见溶剂的Tb和Kb溶剂Tb/KKb/Kkgmol-1水(H2O)373.150.52苯(C6H6)353.352.53四氯化碳(CCl4)351.654.88丙酮(CH3COCH3)329.651.71三氯甲烷(CHCl3)334.453.63乙醚(C2H5OC2H5)307.552.1631Question例1-568.4g蔗糖(C12H22O11,M=342gmol-1)溶于1000g水中，计算该溶液的沸点。解：查表1-4，水的沸点为373.15K,其沸点升高常数Kb=0.52Kkgmol-1。)OH()OHC()OHC(2112212112212bBbbmMmKbKTK10.0kg00.1molg342g4.68molkgK52.011373.25KK10.0K15.373)OH(b2bbTTT32溶液的凝固点下降凝固点在p=101.325kPa的空气中，纯液体与其固相平衡的温度就是该液体的正常凝固点，也称为液体的冰点或固体的熔点。溶液的凝固点降低向一纯溶剂与其固相共存的平衡体系中加入溶质，则会引起溶剂的蒸气压下降，导致平衡破坏。对于固相，由于与之平衡的蒸气压要高于此时溶液的蒸气压，所以，此时必然有固相溶剂融化，降低溶液的浓度，以抵消加入溶质后所引起的液相蒸气压下降作用。而固相溶剂在融化中要吸收大量的热，所以在重新达到平衡过程中，整个系统的温度要降低，进而引起固相溶剂和溶液上方蒸气压的下降。该现象被称为溶液的凝固点降低。33pTTf溶剂的气-固平衡线溶剂溶液Tf′凝固点降低示意图溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，对于难挥发非电解质的稀溶液：△Tf=Tf－Tf′=KfbBKf称为溶剂的凝固点降低常数。①Kf只与溶剂性质有关;②同种溶剂的Kf值＞Kb值。34表1-5几种溶剂的Tf和Kf溶剂Tf/KKf/Kkgmol-1水(H2O)273.151.86苯(C6H6)278.665.12硝基苯(C