普通化学气体和溶液ppt课件.ppt

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1、1,普通化学气体和溶液,2,1.1 理想气体状态方程式,1.2 理想气体状态方程式的应用,1.3 道尔顿理想气体分压定律,1.4 道尔顿理想气体分压定律的应用,第一节 气 体,3,式中： p:气体的压力，单位是 Pa或 kPa; V :气体体积，单位 L (m3); n :是气体物质的量，单位 mol； T :气体温度，单位 K; R :摩尔气体常数， R8.314 kPaLmol-1K-1。,在通常温度（如不低于273K）和压力（不高于数百千帕） 的条件下，理想气体的状态方程对大多数气体都适用。,1.1 理想气体状态方程式,4,人们将符合理想气体状态方程式的气体， 称为理想气体。,特点： 1

2、. 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥作用； 2. 分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可 以忽略。 3. 理想气体是人为的气体模型，实际并不存在。 低压、高温下的真实气体可近似看作理想气体,5,理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。,产生偏差的主要原因：气体分子本身的体积的影响；分子间力的影响。,真实气体与理想气体的偏差,6,2. 气体摩尔质量的计算,1.2 理想气体状态方程式的应用,7, = m / V,3. 气体密度的计算,8,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B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B的分压。,1

3、.3 道尔顿理想气体分压定律,9,道尔顿理想气体分压定律,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 = pB,n =n1+ n2+,10,B组分气体分压的求解：,x B B的摩尔分数,11,1.4 分压定律的实际应用,计算气体混合物中各组分气体分压,12,例题: 在25、99.43kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氢气体积为0.4006L，计算在同样温度、压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V 和N。已知 25时水的饱和蒸气压为3.17kPa,解： T =(273+25)K = 298K p=99.438kPa V=4.16L 298K 时，p

4、(H2O)=3.17kPa P（H2）= P（总）- P（H2O）=96.26 kPa,13,一、液体的蒸气压,第二节 液 体,液体在一定的温度、压力下，可以转变为气体，液体转变为气体的过程称为液体的气化， 蒸发和沸腾是液体气化的两种形式。,液体分子脱离液体表面变为气体的过程叫做蒸发；,当温度增加到蒸气压等于外界压力时，气化不仅在液面上进行，并且也在液体的内部发生。内部液体的气化产生了大量气泡上升到液面，气泡破裂，逸出液体，这种现象叫做沸腾。,14,在一定温度下，当液体与其蒸气达到液、气两相平衡时，液面上方的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。,液体

5、分子脱离其表面的汽化速度,气体分子回到液体中的凝结速度,15,液体的蒸气压等于外压时的温度称为液体的沸点。液体的沸点与外压有关，外压越大，沸点就越高。液体在101.325 kPa 下的沸点称为正常沸点。,固体物质也具有一定的蒸气压（固体饱和蒸气压）。但一般情况下，固体的蒸气压较小。 固态物质与液态物质达于平衡状态时的的温度称为液体的凝固点（液体的冰点或固体的的熔点）。,16,1. 蒸气压与液体的本性有关，在一定温度下纯净物质具有一定的蒸气压，不同的物质有不同的蒸气压。,2. 蒸气压与温度有关。温度升高，蒸气压增大。,3. 固体也具有一定的蒸气压 ，温度升高，固体的蒸气压增大。,4. 蒸气压大的

6、称为易挥发性物质，蒸气压小的称为难挥发性物质。,说明：,17,表11 不同温度下水的蒸汽压,18,图11 不同温度下液体的蒸汽压,19,表12 不同温度下冰的蒸汽压,20,为表示水的气、液、固三态之间的平衡关系，以P为纵坐标，T为横坐标，给出体系状态与T、 P之间的关系图，这种图称相图或状态图。,OA线水的蒸汽压曲线。OB线 固液平衡线。OC线 冰的蒸汽压曲线。O点 三相点，水的三相点 T=100 , P=611Pa。,液相区,气相区,固相区,水的相变和相图,21,3.1 分散系基本概念,3.2 分散系的分类,第三节 分 散 系,22,分散系基本概念,分散系：由一种或多种物质分散在其它一种 物

7、质中所构成的系统。,分散质：被分散的物质，处于分割成粒子的 不连续状态。分散剂：分散其它物质的物质，处于连续状态。,23,分散系的分类,在分散系内，分散质和分散剂可以是 s，l，g，1. 按分散质和分散剂的聚集状态，可以分为9类：,24,2. 按分散质粒子大小分类的分散系,25,相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。,26,相：体系中物理、化学性质完全相同的部分称为相。在多相体系中相与相有明显的界面。,27,2. 按分散质粒子大小分类的分散系,28,4.1 物质的量浓度,4.2 质量摩尔浓度,第四节 溶液的组成标度,4.3 摩尔分数,4.4 质量分数,4

8、.5 质量浓度,4.6 几种溶液的组成标度间的换算,29,Amount of substance concentration定义：溶质B的物质的量除以混合物体积。单位：molL1； mmol L1 ; mol L1; nmol L1表示式： cB=nB/V注意事项：需要指明基本单元使用范围：已知(相对)分子量的物质,1. 物质的量浓度,30,2. 质量摩尔浓度（molality）,定义：溶液中所含溶质B的物质的量除以溶剂的质量。单位：mol kg1表示式：bB=nB/mA使用优点：不受温度影响使用局限：不易称量,31,3. 摩尔分数（mole fraction）,定义：B物质的量与混合物的物质

9、的量之比。单位：1常用符号：xA=nA/(nA+nB) xB=nB/(nA+nB) nA+nB=1,32,4. 质量分数,定义：B物质的质量与混合物质量之比， 表示相同质量单位物质的相对含量。单位：1表示式： B= mB /（mA+ mB）表示方法：分数或者小数举例： 硫酸 = 98% or 0.98,33,5. 质量浓度,定义: B物质的质量与混合物体积之比。符号:B单位：Kg/m 3;gL1；mg L1;g L1表示式： B = mB/V表示方法：分数或者小数举例： NaCl = 9 g L1,34,体积分数,35,6. 几种溶液的组成标度间的换算,（1）. cB 与B间的换算,cB=nB

10、/V=mB/MBV=mB /MBm= B /MB,（2）. cB 与 bB 间的换算,cB=nB/V= nB /m . = bB ,36,5.1 稀溶液蒸气压下降,第五节 溶液的依数性,5.4 溶液的渗透压,5.2 稀溶液沸点升高,5.3 稀溶液凝固点下降,37,1. 稀溶液蒸气压下降,(1) 水的蒸汽压 vapor pressure,38,(1) 水的蒸汽压 vapor pressure (2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering,39,溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为：1）溶液表面被溶质微粒所占据，减少溶剂蒸发的机会。2）溶质分子与溶剂分子发生的溶剂化作用，

11、也减少溶剂蒸发的机会。,40,结果：稀溶液溶剂蒸发的速率比纯溶剂蒸发得慢，体系中气相分子数目少，故稀溶液蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压： 对溶液来讲, 蒸气压大于P, 液化；蒸气压小于P, 汽化。,P P0,41,42,(1) 水的蒸汽压 vapor pressure (2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering (3) 拉乌尔定律(Raoults Law),在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积.,43,对于只有一种溶质的稀溶液，设xB为溶质的物质的量分数，则 xA xB =1，上式可写作,P = P0 （1- xB ）,P

12、 = P0 - P0 xB,P0 - P = P0 xB,P0 P,P0P = P = P0 xB,P 表示溶液的蒸汽压下降。,44,在稀溶液中：,（ nA nB ）,若取 mA 溶剂，则,按质量摩尔浓度定义，在数值上,P = K bB,bB = nB/mA,nA = mA/MA,P = P0 xB = P0 MA bB,K:质量摩尔蒸汽压下降常数， 仅与溶剂种类有关。,45,适用条件： 难挥发非电解质的稀溶液。,? 易挥发非电解质的稀溶液。? 难挥发电解质的稀溶液。? 难挥发非电解质的浓溶液。,46,2. 稀溶液的沸点升高 (Boiling point elevation),47,2. 稀溶

13、液的沸点升高 (Boiling point elevation),沸点升高与质量摩尔浓度的关系,b=KbbB,48,3. 稀溶液的凝固点下降 ( freezing point depression ),凝固点：物质的固、液两相蒸汽压相等时的温度。,纯水的凝固点（273.15K）又称为冰点。,溶液的凝固点：指刚有溶剂固体析出时的温度。,49,3. 稀溶液的凝固点下降 ( freezing point depression ),50,3. 稀溶液的凝固点下降 ( freezing point depression ),凝固点下降与质量摩尔浓度的关系,f = Kf bB,51,4 稀溶液的渗透压 （

14、Osmotic pressure of dilute solution）,4.1 渗透现象（Osmosis）,52,4.1 渗透现象（Osmosis）,稀糖水,4 稀溶液的渗透压 （Osmotic pressure of dilute solution）,53,4.1 渗透现象（Osmosis）,可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。,54,4.1 渗透现象（Osmosis）,液面下降,液面上升,55,4.1 渗透现象（Osmosis）,56,4 稀溶液的渗透压 （Osmotic pressure of dilute solution）,4.1 渗透现象（Osmosis）,（1）定义

15、：一种通过半透膜进行的扩散现象。,57,4.1 渗透现象（Osmosis）,可以允许小分子自由通过而不允许大分子通过的薄膜。,58,59,4.2 渗透压（Osmotic Pressure）,（1）定义: 使渗透作用达到平衡所需施加的最小压力。,60,（2）渗透压的影响因素,61,蒸汽压下降：p = KbB 沸 点 升 高：Tb = KbbB 凝固点下降：Tf = KfbB,62,例题：有一蛋白质的饱和溶液，每升含有蛋白质5.18g。 已知在293.15K时，溶液的渗透压为0413kPa。 求算此蛋白质的摩尔质量。,4.3 渗透压的实际应用,（1）在科研中的应用,63,医学上，正常人血浆的渗透压

16、为 721 824 kPa,（1）在科研中的应用,4.3 渗透压的实际应用,（2）在生物体中的应用,64,65,（3）在工业上的应用,反渗透技术： 在浓度较大溶液一侧加上比其渗透压还要大的压力， 迫使溶剂从高浓度溶液向低浓度溶液扩散，从而达 到浓缩溶液目的的方法。,4.3 渗透压的实际应用,（2）在生物体中的应用,（1）在科研中的应用,66,67,68,6.1 胶体溶液,6.2 表面吸附,第六节 胶体溶液,6.3 溶胶的制备与性质,6.5 溶胶的稳定性和聚沉,6.4 胶团的结构,69,按分散质粒子大小分类的分散系,6.1 胶体溶液,70,S（总表面积） s = V （总体积）,比表面积：单位体

17、积的表面积，用符号s表示。,6.1 胶体溶液,71,表面能： 液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。,6.2 表面吸附,凝聚和吸附是两种降低表面能的途径。,一种物质自动浓集到另一物质表面上的过程叫吸附。其中有吸附能力的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质。,72,对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，其表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。 一般可采用两种途径： 一是减小表面积使表面能减小，如小液滴可自发聚集成大液滴； 二是通过表面吸附其它质点来降低其表面能。,为什么存在表面吸附？,73,举例：土

18、壤中的表面吸附过程： 施氮肥： 根系分泌出H+： NH4+进入土壤溶液作为养分。,74,6.3 溶胶的制备与性质,6.3.1 溶胶的制备,（1）分散法 研磨法是用胶体磨把大颗粒固体磨细，在研磨的同时加入丹宁或明胶做稳定剂。工业用的胶体石墨、颜料、医用硫溶胶等都是用胶体磨磨制成的。,75,1869 年，英国物理学家 Tyndall发现： 在暗室中让一束会聚的光通过溶胶，在与光束垂直的方向上可以看到一个圆锥形光柱，这种现象就称为 Tyndall 现象。,（1） 溶胶的光学性质 Tyndall 现象,6.3.2 溶胶的性质,76,光学原理：溶胶的分散质粒子的直径在1100 nm之间，小于可见光的波长

19、（400760 nm)，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall 现象。,在溶液中，溶质颗粒太小（10-9 m）,光的散射极弱，看不到丁达尔效应。,77,78,（2） 溶胶的动力学性质Brown运动,在超显微镜下观察时，可以看到溶胶的分散质粒子在分散剂中不停地做不规则的折线运动，这种运动称为 Brown运动。,79,布朗运动产生的原因： 分散质粒子本身处于不断的热运动中。 分散剂分子对分散质粒子的不断撞击，其合力不为零而引起的。,溶胶的分散质粒子由于 Brown 运动，能自动地从浓度较高处移向浓度较低处，这种现象称为扩散。 在生物体内，扩散是物质输送或物质分子通过细胞膜的推动

20、力之一。,80,（3） 溶胶的电学性质电泳和电渗,A：电泳：,电泳管中: Fe(OH)3溶胶向负极移动，说明 Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带正电荷。,在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。,81,电泳时，不仅胶粒向一电极移动，与此同时与胶粒对应带相反电荷的离子向另一电极移动。,胶体微粒的移动说明胶粒是带电的，且有正负之分。胶粒带正电称为正溶胶,如：一般金属氢氧化物的溶胶，向直流电源负极（阴）移动；胶粒带负电称为负溶胶,如：土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶，则向直流电源正极（阳）移动；,由于胶体溶液是电中性的，所以，胶粒带正电荷（或负电荷），则分散介质必带负电荷（或正电荷）。,82,胶

21、粒带电的原因 ：1、吸附作用：胶核的比表面很大，很容易吸附溶液中的 离子。实验表明，与胶粒具有相同组成的 离子优先被吸附。 2、离解作用：胶粒与溶液中的分散剂接触时，表面分子 发生解离，有一种离子进入溶液，而使胶 粒带电。 例如，硅酸溶胶的胶粒是由很多 xSiO2yH2O 分子组成的， 表面上的 H2SiO3 分子在水分子作用下发生解离：,如 Fe(OH)3溶胶： Fe(OH)3mnFeO+,FeCl3+ 3H2O = Fe(OH)3+3HCl Fe(OH)3+ HCl= FeOCl+ 2H2O FeOCl= FeO+ Cl-,83,电泳 是介质不动，胶粒运动。,B：电渗：,胶粒设法固定不动，

22、分散剂在电场中作定向移动的现象称为电渗。,84,6.4 胶团的结构,以AgI为例： AgNO3 + KI = AgI +KNO3当KI过量时，胶粒带负电荷 ，胶团结构如下：,85,86,当AgNO3 过量时， 分散质带正电荷，胶团结构如下： （AgI )m n Ag+ ( n -x ) NO3- x+ x NO3-,87,Fe(OH)3溶胶： Fe (OH)3m n FeO+ (n - x) Cl-x+ xCl-,As2S3溶胶： （ As2S3 ）m n HS- (n -x) H+x- x H+,硅酸溶胶： （SiO2)m n HSiO3- (n-x) H+x- x H+,胶粒带电，胶团不带

23、电 （电中性）,88,6.5 溶胶的稳定性和聚沉,溶胶具有一定的稳定性，其原因如下：(1)动力学稳定性： Brown 运动：溶胶的胶粒的直径 很小，Brown 运动剧烈，能克服 重力引起的沉降作用。(2) 聚集稳定性：同一种溶胶的胶粒带有相同电荷， 当彼此接近时，由于静电作用相互 排斥而分开。胶粒荷电量越多，胶 粒之间静电斥力就越大，溶胶就越 稳定。胶粒带电是大多数溶胶能稳 定存在的主要原因。,6.5.1 溶胶的稳定性,89,（3）溶剂化作用：溶胶的吸附层和扩散层的离子都 是水化的（如为非水溶剂，则是 溶剂化的），在水化膜保护下， 胶粒较难因碰撞聚集变大而聚沉。 水化膜越厚，胶粒就越稳定。,9

24、0,6.5.2 溶胶的聚沉和保护,电解质对溶胶的聚沉作用,（1）溶胶的聚沉（注意：胶体的聚沉是不可逆的）。,在溶胶中加入易溶强电解质，将使更多的反离子进入扩散层，减少了胶粒所带电荷，使水化膜变薄，使胶粒的 运动足以克服胶粒之间的静电斥力，导致胶粒在相互碰撞时可能聚集合并变大，最终从溶胶中聚沉下来。,91,电解质对溶胶的聚沉规律为：,a.电解质对溶胶的聚沉作用，主要是由与胶粒带相反电荷的离子（反离子）引起的。反离子所带电荷越多，其聚沉能力越大。 b.带相同电荷的离子的聚沉能力虽然接近，但也略有不同。对负溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为： Cs+Rb+K+Na+Li+ Ba2+Sr2+Ca2+Mg

25、2+ 对正溶胶来说，其聚沉能力的相对大小为： Cl-Br-NO3I-,92,c.有机化合物的离子（如脂肪酸盐和聚酰胺类化合物的离子）都有较强的聚沉能力，能有效地破坏溶胶使之聚沉。,93,温度对溶胶稳定性的影响 加热能破坏胶体的主要原因: a. 胶粒运动加剧,碰撞机会增多。 b. 胶粒所带电量减少。溶胶的相互聚沉,将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合，也会产生聚沉现象，称为溶胶的互聚。 与电解质的聚沉作用不同的是，只有当两种溶胶的胶粒所带电荷完全中和时，才会完全聚沉；否则，可能聚沉不完全，甚至不聚沉。,聚沉的主要原因: 胶粒所带电荷被中和。,94,应用：1、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正电溶胶和粘土、腐殖质等负电溶胶互相聚沉，对土壤胶粒的结构有重要影响；2、明矾的净水作用：明矾溶于水，水解形成Al(OH)3溶胶，结构为 ： Al(OH)3mnAl3+（n-x）SO42-2x+x SO42- 胶粒带正电，而天然水中的悬浮粒子一般带负电荷。,