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1、无机及分析化学,任课教师：柴兰兰 专 业：2011级食品科学与工程,第一章 气体和溶液,1.1 气 体1.2 溶 液 1.3 胶 体 溶 液,气体的特性与共性特性：组成和性能各不相同共性：可压缩性扩散性气体的形状是可变的，具有与容器相同的体积气体很容易混合，混合后为均一的相,1.1 气 体,描述气体性质的参数,P T V n改变这些参数中的任何一个，其他三个中必然至少有一个发生变化,1.1.1 理想气体状态方程式,理想气体：忽略分子的大小和分子间的作 用力实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温（高于273K）的情况下，可以近似地看成理想气体。,理想气体状态方程：pV=nRTR：摩尔气体常数，8
2、.315 Pam3 mol-1K-1；kPaLmol-1K-1；Jmol-1K-1,理想气体状态方程的应用,1.计算p，V，T，n中的任意物理量,2.确定气体的摩尔质量或质量,pV n RT,3.确定气体的密度,单位要统一,例1-1(p.2)：一学生在实验室中，在73.3kPa和25下收集得250mL某气体，在分析天平上称量，得气体净质量为0.118g，求气体的相对分子质量。解：,相对分子质量为16.0,道尔顿分压定律,如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力。,公式
3、：pi V=ni RT,道尔顿分压定律：混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和公式：p=p1+p2+=,式中：n为混合气体的总量。可见理想气体状态方程不仅适用于某一纯净气体，也适用于混合气体。,pi V=ni RT pV=nRT 两式相除得：,xi：i 组分气体的摩尔分数 则：pi=xi p,即：混合气体中某组分气体的分压力等于该组分的摩尔分数与混合气体总压力的乘积。,氧是人类维持生命的必需气体，缺氧生命就会死亡，过剩的氧会使人致病，只有在氧气的分压维持21 kPa才能使人体维持正常代谢过程。在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气。,（He在血液中溶解度很小，N2的溶解度大，可使人得
4、气栓病）,例1-2（p.3)：在17，99.3kPa的气压下，用排水集气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。解：在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压力和氮气压力之和。查表1-1，17 时饱和水蒸气压力为1.93kPa,例1-3（p.4)：在25 下，将0.100mol的O2和 0.350molH2装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。解：反应前:,2H2+O2=2H2O 通电时0.100mol O2只与0.200molH2反应生成0.200molH2O。液态水所占体积与容器体积相比可忽略不计，但因此产
5、生的饱和水蒸气却必须考虑。因此，反应后：,分散系 一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的系统叫分散系。1、分散质（分散相）：分散系中被分散的物质 2、分散剂（分散介质）：容纳分散质的物质例如：小水滴+空气=云雾，其中小水滴是分散质，空气是分散剂。二氧化碳+水=汽水，其中二氧化碳是分散质，水是分散剂。,1.2 溶液,按分散质粒子直径大小不同可将分散系分为三类：,分子分散系又称溶液。,稀溶液的依数性,不同的溶质溶于某种溶剂中，所得溶液的性质往往不同。但若溶液为稀溶液，却有一些共性，这类性质只与溶液的浓度有关，而与溶质本性无关。我们称这些性质为稀溶液的依数性。包括蒸汽压、沸点、凝固点、
6、渗透压。,1、溶液的蒸汽压降低在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。,如图所示：在密闭的容器中放一杯水，水分子不断蒸发同时又不断凝聚，两种相反的趋势达到平衡时水面上的蒸汽压不在改变，称为此一温度下的饱和蒸汽压。,在水中加入难挥发物质，由于溶质的加入必然降低单位体积内的水分子数目，单位时间内逸出的水分子数目减少。因此一定温度下达到平衡时，溶液的蒸汽压比起纯溶剂的蒸汽压更低。这里溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。,溶液的蒸气压下降值p为 p=pB*p,拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽压乘以溶剂在溶液中的摩尔分数。即
7、：p=pB*xB p:为溶液的蒸汽压 pB*：为纯溶剂的蒸汽压xB：为纯溶剂的摩尔分数 xA+xB=1 p=pB*（1xA）溶液的蒸气压下降值p为 p=pB*p=pB*pB*（1xA）p=pB*xA,=pB*M B b,当溶液很稀时，nBnA,nA+nB nB，因此：,记：K=pB*M B,p=K b 上式表明，在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的种类无关。这是拉乌尔定律的另一种表达形式。质量摩尔浓度b的定义：单位质量溶剂中所含溶质的物质的量。单位：mol/kg，即：,则有：,2、溶液的沸点升高和凝固点降低,沸点：液体蒸气压等于外界大气压
8、力时的温度。凝固点：物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度即固相和液相平衡共存时的温度。,左图：3条曲线：AB：水的蒸气压曲线；AB 溶液的蒸气压曲线；AA：冰的蒸气压曲线；,沸点升高和凝固点降低,难挥发非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立：,Tb=Tb-Tb*=Kb b,同理，凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立：,T f=Tf*-Tf=K f b,Kb摩尔沸点升高常数 Kf 摩尔凝固点降低常数,Kb、Kf 只与溶剂的性质有关，单位：0Ckg/mol 或 Kkg/mol。（表1-3列出常用溶剂的Kf与Kb值）,计算溶液的沸点（Tb）和凝固点（Tf）。求试样
9、的分子量M；日常生活中的应用。如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？,应用：,如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰(防冻剂等)。,因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降(抗旱性）。溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）。,如：制冷剂：250.6K（30g NaCl+100g 水)218K(42.5g CaCl2+100g 水）,例1-4 将5.50g某纯净试样溶于250g苯中，测得该溶液的凝固点为 4.51，求该试样的相对分子量。（纯苯的凝固点为5.53）解：设该试样的分子量为M，查得Kf=5.12Kkg/mol 根据：,=0.110kg/mol,T f=Tf*-Tf=K
10、 f b,半透膜：只允许水分子和一些物质通过，其它物质不能通过（如细胞膜，植物表皮层、人造玻璃纸等）。,渗透:溶剂分子通过半透膜自动扩散的过程。,渗透压:为了维持渗透平衡而施加于溶液的 最小压力。,3、溶液的渗透压,范托夫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度c和温度(T)成正比,而与溶质的种类无关。即:=cRT 或:在一定温度下,非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度(b)成正比,而与溶质的种类无关。即:=bRT,注意,1、产生渗透压的条件,有半透膜存在；,膜内外两种溶液的浓度不同。,2、渗透方向,渗透压的应用：、测定大分子的M、动植物生理：如植物体内水分传导，输血（等渗溶液），
11、合理施肥，淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水。、海水淡化，污水处理（反渗技术）。,例1dm3溶液中含5.0克马的血红素，在298K时测得溶液的渗 透压为1.82102Pa，求马的血红素的摩尔质量。,解：,依数性使用范围:,对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液，这些现象同样存在，不再符合依数性的定量规律。挥发性非电解质稀溶液要具体分析。,蒸气压下降、沸点升高：难挥发非电解质稀溶液,凝固点降低、渗透压：非电解质稀溶液,1.3 胶体溶液,1.3.1 溶胶的制备 1.3.2 溶胶的性质 1.3.3 胶团结构 1.3.4 溶胶的稳定性和聚沉 1.3.5 大分子溶液和凝胶,胶体分散系按分散相和分散介质聚集不同可
12、分成多种类型，其中以固体分散在水中的溶胶最为重要，本节主要讨论这种类型的溶胶。溶胶中的粒子在1100nm之间，它含有数百万乃至上亿个原子，是一种难溶的多分子聚集体，所以溶胶是多相的高分散体系。从热力学看，也是一种不稳定体系。因此，溶胶的基本特征是：多相性、高分散性和热力学不稳定性。,溶胶的制备,要制备稳定的溶胶，需满足两个条件：一是使物质颗粒的大小在合适的范围内(1100nm)，二是胶粒在液体介质中保持分散而不凝结。因此制备胶体一般有两种方法；1、分散法应用最广泛的方法是研磨法，通常用胶体磨把作为分散质的固体颗粒和分散剂一起研磨，直到分散质颗粒的大小达到所要求的程度。,2、凝聚法 凝聚法又可分
13、为物理凝聚法和化学凝聚法。物理凝聚法是利用适当的物理过程使某些物质凝聚成胶粒般大小的粒子，例如将汞蒸汽通入冷水中就可得到汞溶胶。化学凝聚法是在适当条件下（浓度、温度、酸度），使化学反应生成的难溶物质凝聚成胶体粒子而得到胶体溶液，常用的化学反应有水解反应、复分解反应等。例如：FeCl3在沸水中的水解反应：FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(溶胶)+3HCl,1、光学性质（Tyndall现象）丁铎尔发现，若使一束聚光通过溶胶，则从侧面即与光束垂直的方向可以看到一个发光的圆锥体，此即为丁铎尔效应。,1.2.2 溶胶的性质,粒子粒径大于照射光的波长时，粒子表面反射光；粒径略小于波长时，发生散射成乳光
14、。真溶液的散射光非常微弱以致不能被肉眼观察到，因此可以根据有无丁铎尔效应来区分溶胶与真溶液。,2、动力学性质(布朗运动),用超显微镜观察胶体溶液，可以发现胶体粒子在不断地作无规则运动，这种现象叫布朗运动。布朗运动的产生是由于胶体粒子本身的热运动以及分散剂分子对他碰撞的结果。粒子越小，温度越高，则布朗运动越明显。,3、溶胶的电学性质,电泳：在外电场作用下，胶粒向电极移动的现象。图示：在一个U型管中装入棕红色Fe(OH)3溶胶，在U型管的两端各插入一个电极，通电后可观察到正极附近的颜色逐渐变浅，负极附近的颜色逐渐变深。Fe(OH)3溶胶胶粒在电场中由正极向负极移动，显然它是带正电的。大多数金属硫化
15、物，硅胶带负电，称为负溶胶，大多数金属氢氧化物的胶粒带正点，称正溶胶。,胶团结构,例：用AgNO3溶液与过量KI溶液作用制备AgI溶胶，胶团结构式为：,(AgI)mnI-(n-x)K+x-xK+,胶核,1、溶胶的稳定性 溶胶稳定的主要原因：（1）胶粒间同种电荷的排斥作用，胶粒带电是多数溶胶能稳定存在的主要原因。（2）胶粒的溶剂化作用。胶团结构中的吸附层和扩散层都是水化的，在此水化层保护下，胶粒就难因碰撞而聚沉。（3）胶粒的布朗运动，能克服重力引起的沉降。,1.2.4 溶胶的稳定性和聚沉,如果溶胶失去了稳定因素，胶粒相互碰撞将导致颗粒合并变大，最后以沉淀形式析出，这种过程称为聚沉。影响溶胶聚沉的
16、主要因素有:1、电解质的聚沉作用。电解质聚沉的主要原因:、中和了胶粒的电荷、破坏了胶粒的溶剂化膜,电解质聚沉能力的大小:,聚沉能力主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越高,聚沉能力越强。同价离子的聚沉能力随离子水化半径的增大而减小。,聚沉值:使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度。聚沉值越小,聚沉能力越强。,(2)温度对溶胶稳定性的影响 加热能破坏胶体的主要原因:、胶粒运动加剧,碰撞机会增多。、胶粒所带电量减少。(3)溶胶的相互聚沉 聚沉的主要原因:胶粒所带电荷被中和。,应用：、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；、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)3mn Al3+(1.5n-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。,1.2.5 大分子溶液及溶胶,相对分子质量大于103的物质称为大分子物质。在容易聚沉的溶胶中，加入适量的大分子物质溶液，如动物胶、蛋白质等，可以大大地增加溶胶的稳定性，这种作用叫做保护作用。,例如，土壤中的胶体，因受到腐殖质等大分子物质的保护作用，使胶体更加稳定，因而有利于营养物质的迁移。,
