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1、无机及分析化学,2,第一章：溶液与胶体,第一节 分散系及其分类 第二节 溶液的浓度 第三节 稀溶液的依数性 第四节 胶体溶液,3,第一节 分散系及其分类,在分散系中，被分散的物质叫做分散质(或分散相).而容纳分散质的物质称为分散剂(或分散介质).,1.1.1 分散系的概念: 一种或几种物质分散在另一种物质里所形成的系统称为分散系统,简称分散系.,例如：云，牛奶，珍珠,4,按分散质和分散剂的聚集状态进行分类,分散系可分为九类,1.1.2 分散系的分类:,分散系分类（一）,5,若按分散质粒子直径大小进行分类,则可以将分散系分为三类.,分散系分类（二）,6,1.2.1 物质的量及物质的量浓度 I:
2、物质的量:用来表示系统中所含基本单元的量,用符号“n”表示,其单位为摩尔(简称摩),符号mol.基本单元可以是分子、原子、离子、电子等粒子或其特定组合。,第二节 溶液的浓度,摩尔的标准：0.012kg（12g）12C所含有的碳原子数,1mol任何粒子的粒子数叫做阿伏加德罗常数,符号是NA,其数值为 6.021023,7,基本单元的选择是任意的,它既可以是实际存在的,也可以根据需要而人为设定.,如:基本单元可为K2Cr2O7,或根据需要选定1/6 K2Cr2O7,8,III: 摩尔质量:1mol物质的质量称为该物质的“摩尔质量”,符号为M,单位为kgmol-1，常用单位为gmol-1.(例如1m
3、ol 12C的质量是0.012kg,则12C的摩尔质量M(C)12 gmol-1),任何分子、原子或离子的摩尔质量,当单位为gmol-1时,数值上等于其相对原子质量、相对分子质量或离子式量.若用m表示B物质的质量,则该物质的物质的量为：,9,n(K2Cr2O7)= _ n(1/6K2Cr2O7)= _ n(6K2Cr2O7),1/6,6,K2Cr2O7 m=29.42g Mr(K2Cr2O7)=294.18 则：n( K2Cr2O7)= m / M = 29.42g / 294.18g.mol-1 = 0.10mol n(1/6 K2Cr2O7)=,10,IV:物质的量浓度：是指单位体积溶液中
4、所含溶质B的物质的量,以符号CB表示，单位molL-1。,式中nB表示溶液中溶质B的物质的量,V表示溶液的体积,B是溶质的基本单元.cB的SI单位为摩尔每立方米(molm-3),法定单位为摩尔每升(molL-1),11,例1-1 将36g的HCl溶于64gH2O中,配成溶液,所得溶液的密度为1.19gmL-1求c(HCl)为多少？,解: 已知 m(HCl)=36g m(H2O)=64g d=1.19gmL-1 M(HCl)=36.46 gmol-1,12,例1-2 用分析天平称取1.2346g K2Cr2O7基准物质，溶解后转移至100.0mL容量瓶中定容，试计算c(K2Cr2O7)和c(1/
5、6K2Cr2O7) .,.,.,解：m(K2Cr2O7)= 1.2346g M (K2Cr2O7)=294.18g.mol-1,13,14,质量摩尔浓度：1kg溶剂中所含溶质B的物质的量,称为溶质B的质量摩尔浓度,用符号bB表示,单位为molkg-1表达式为：,1.2.2 质量摩尔浓度,15,例1-3 100g水中溶解0.585gNaCl,求此溶液的质量摩尔浓度.,解：NaCl的摩尔质量M(NaCl)58.44gmol 1,16,摩尔分数 在一系统中,某组分i的物质的量ni 占整个系统的物质的量n的分数称为该物质i的摩尔分数,符号为xi ,其量纲为1,表达式为：,双组分系统溶液:,显然，xAx
6、B1 对于多组分系统来说，则有xi1,1.2.3 摩尔分数,17,质量分数混合系统中,某组分B的质量(mB)与混合物总质量(m)之比,称为组分B的质量分数,用符号B表示,其量纲为1,表达式为：,质量分数,以前常称质量百分浓度（用百分率表达则再乘以100）,1.2.4 质量分数,18,质量浓度：每升溶液中所含溶质B的质量(g),用符号表示,单位为gL-1、mg L-1或mg mL-1,计算公式为:,1.2.5 质量浓度,例1-4 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）物质的量浓度 (2)质量摩尔浓度 (3)饱和溶
7、液中NaCl和H2O的摩尔分数,(4)NaCl饱和溶液的质量分数(5)质量浓度.,解：(1) NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：,20,(2) NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为：,（3）NaCl饱和溶液中饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数,21,（4）NaCl饱和溶液的质量分数,（5）NaCl饱和溶液的质量浓度,22,第三节：溶液的依数性,溶液的性质可分为两类:一类是溶质本性不同所引起的,如溶液的密度、体积、导电性、酸碱性和颜色等的变化,溶质不同则性质各异.另一类是溶液的浓度不同而引起溶液的性质变化,如蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降、渗透压等,是一般溶液的共性. 与溶质不同无关.,23,依
8、数性质:溶液性质只取决于溶质粒子的数目,而与溶质的本性无关.溶质的粒子可以是分子、离子,这里只讨论粒子是分子的情况.（非电解质）,依数性的种类:,1.蒸气压下降,3.凝固点下降,2.沸点升高,4.渗透压,1.3.2稀溶液的依数性,24,1.蒸气压下降,饱和蒸气压: 饱和蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压,简称蒸气压. 蒸气压的单位为Pa或kPa.,几个概念:,蒸发: 液体中一部分能量较高的分子克服其它分子对它的吸引而逸出,成为蒸气分子,这个过程叫蒸发,凝聚: 液面附近的蒸气分子被吸引或受外界压力的作用重新回到液体中,这个过程叫做凝聚.,饱和蒸气: 在单位时间内,由液面蒸发的分子数和由气相返回液体的
9、分子数相等,此时的蒸气称为饱和蒸气.,25,拉乌尔定律（Raoults Law）,如果溶液中只有A，B两个组分，则:xA+xB=1,1887年，法国化学家Raoult从实验中归纳出一个经验定律：在定温下,在难挥发非电解质稀溶液中,溶液的蒸气压等于纯溶剂蒸气压P*A乘以溶液中溶剂的物质的量分数xA,用公式表示为：,p=p*xA= p* (1 - xB),pp*- pp* xB,26,拉乌尔定律也可表示为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降(p),与溶质的摩尔分数(xB)成正比。,拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的性质无关
10、。,27,溶液的蒸气压下降,对植物的抗旱抗寒具有重要意义.经研究表明,当外界气温升高或降低时,在有机体的细胞中,可溶物(主要是可溶性糖类等小分子物质)强烈地溶解,增大了细胞液的浓度,从而降低了细胞液的蒸气压,使植物的水分蒸发过程减慢.因此,植物在较高温度下仍能保持必要的水分而表现出抗旱性.,28,2.溶液的沸点升高,沸腾:在一定压力下,液体表面和内部同时进行汽化的过程称为沸腾,此时的温度称为沸点.,沸点:液体沸腾时候的温度。也就是当液体的蒸气压等于外界大气压时的温度.,29,OA:溶剂水的蒸气压曲线,OA:溶液的蒸气压曲线,tb= tb- tb*,30,Kb称为沸点升高系数,单位kgmol-1
11、或Kkgmol-1。常用溶剂的Kb值有表可查.测定Tb值，查出Kb,就可以计算溶质的摩尔质量。,根据拉乌尔定律,难挥发性非电解质稀溶液沸点上升与溶液质量摩尔浓度成正比,与溶质本性无关,其数学表达式为：,31,3.凝固点下降,凝固点:在一定外压下，物质的液相和固相蒸气压相等时的温度。当外压=101.3kPa时的凝固点为正常的凝固点。,难挥发非电解质稀溶液凝固点下降与溶液质量摩尔浓度近似成正比,与溶质本性无关,其数学表达式为：,(Kf称为凝固点降低系数,单位kgmol-1或Kkgmol-1常用溶剂的Kf值有表可查.测定Tb值,查出Kb,就可以计算溶质的摩尔质量.),32,在实际应用中常用溶液的凝固
12、点下降来进行测定。因为同一溶剂的凝固点下降常数比沸点上升常数要大，而且晶体析出现象较易观察，测定结果的准确度高。所以凝固点下降法测定摩尔质量比用沸点上升法应用更为广泛。,Kb(H2O)=0.512K.kg.mol-1 Kf(H2O)=1.86K.kg.mol-1 Kb(C6H6)=2.53 K.kg.mol-1 Kf(C6H6)=5.12 K.kg.mol-1,33,例1-5 烟草的有效成分尼古丁的实验式为C5H7N，今将496mg尼古丁溶于10.0g水中，所得溶液在100kPa下的沸点是100.170C，求尼古丁的化学式。（Kb=0.520C.kg-1.mol-1）,0.170C 0.52
13、0Ckgmol1 MB152 gmol-1,化学式 Mr(C5H7N)n = 81n n=2 故尼古丁的化学式为 C10H14N2,34,例1-6 将2.6g尿素CO(NH2)2溶于100.0g水中，计算此溶液在100kPa时的沸点和凝固点。Kb=0.512 Kf=1.86K.kg.mol-1,tb=1000C+0.220C=100.220C,tf = 0.000C 0.810C = 0.810C,35,4.渗透压,（1）半透膜：只允许小分子通过，而不允许大分子通过的物质，如：细胞膜、动物肠衣、火棉胶等。 （2）渗透：溶剂分子通过半透膜向溶液中自动扩散的过程。 （3）渗透方向：稀溶液,浓溶液,
14、（4）渗透压:在一定温度下，为阻止渗透作用的进行而必须向溶液施加的最小压力。,36,37,渗透压产生的原因,在半透膜左边放溶剂,右边放溶液.只有溶剂能透过半透膜.溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压,致使单位时间内纯溶剂分子透过半透膜进入溶液的速率大于溶液中溶剂分子透过半透膜进入纯溶剂的速率,所以溶剂有自左向右渗透的倾向.,范特霍夫公式, = cRT =,38,溶液的渗透压下降也是测定溶质的摩尔质量的经典方法之一，而且特别适用于摩尔质量大的分子。,渗透也可以在两种不同浓度的溶液之间进行.因此产生渗透作用必须具备两个条件:一是有半透膜存在；二是半透膜两侧单位体积内溶剂的分子数目不同(如水和水溶液之间或
15、稀溶液和浓溶液之间).如果半透膜两侧溶液的浓度相等,则渗透压相等,这种溶液称为等渗溶液.如果半透膜两侧溶液的浓度不等,则渗透压就不相等,渗透压高的溶液称为高渗溶液,渗透压低的溶液称为低渗溶液,渗透是从稀溶液向浓溶液方向扩散.,39,如果外加在溶液上的压力超过了溶液的渗透压,则溶液中的溶剂分子可以通过半透膜向纯溶剂方向扩散,纯溶剂的液面上升,这一过程称为反渗透.,例1-7 在298K将2g某化合物溶于1000g水中，它的渗透压与298K时0.8gC6H12O6和1.2g C12H22O11溶于1000g水中的渗透压相同。试求（1）该化合物的MB（2）tf（3）该化合物水溶液的蒸气压。p*(H2O
16、)=3.12kPa Kf=1.86K.kg.mol-1,40,解：蔗糖和葡萄糖混合水溶液浓度：,41,42,判断各类稀溶液性质时:,总结,1. 相同类型不同浓度的稀溶液,浓度越大,稀溶液性质影响越大.,2. 相同浓度不同类型的稀溶液,对稀溶液性质影响:强电解质弱电解质非电解质.,3.不同类型不同浓度的稀溶液,溶液中粒子数越多对稀溶液性质影响越大.,43,练习：,1.下列0.1mol.L-1水溶液，KCl、HAc、HCl、K2SO4凝固点最高的是_。 2.1mol.L-1C6H12O6、NaCl，0.1mol.L-1Na2SO4、HAc水溶液蒸气压最高的是_。 3.0.1mol.L-1蔗糖水溶液
17、与0.1mol.L-1蔗糖苯溶液凝固点_（相等或不相等）。 4.每升含甘油（Mr=92）46g的水溶液，在273K时的渗透压为_。,HAc,0.1mol.L-1HAc,不相等,44,例6 将50g某物质溶于400g水中，使水的凝固点下降0.65K，则该物质相对的摩尔质量为_. (Kf(H2O) 1.86 Kkgmol1) （A）358 （B）40 （C）186 （D）100,=358gmol-1,A,C,M 越大，b 越小，沸点越低。,tb=Kbb,45,胶体:分散质粒子的半径在1nm 100 nm之间的体系.它包括溶胶和高分子化合物溶液两种.溶胶是高度分散,不稳定的多相系统.由于亲和力不强,
18、故又称为疏液溶胶(或憎液溶胶).,第四节 胶体溶液,46,溶胶的概念及制备,颗粒直径在1100nm的分散质分散到分散介质中,构成的多相系统称为胶体.通常制备胶体的方法有分散法和凝聚法两种。,4.1 溶胶的性质,1.光学性质丁铎尔效应,2.动力学性质布朗运动,3.电学性质电泳和电渗,47,光散射现象,当光束通过分散体系时,一部分自由地通过,一部分被吸收、反射或散射.可见光的波长约在400700 nm之间.,（2）当光束通过胶体溶液,由于胶粒直径小于可见光波长,主要发生散射,可以看见乳白色的光柱。,（3）当光束通过分子溶液,由于溶液十分均匀,散射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光，发生光的透射现
19、象。,（1）当光束通过粗分散体系，由于粒子大于入射光的波长，主要发生反射，使体系呈现混浊。,48,1.光学性质丁铎尔效应,1869年Tyndall发现,若令一束聚光光束通过溶胶,从侧面(即与光束垂直的方向)可以看到一个发光的圆锥体,这就是Tyndall效应.其他分散体系也会产生一点散射光,但远不如溶胶显著.,Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。,49,2.动力学性质布朗运动,1903年发明了超显微镜, 用超显微镜可以观察到溶胶粒子不断地作不规则“之”字形的运动.这种现象称为布朗(Brown )运动.,布朗运动是溶胶粒子本身热运动和分散介质对它撞击的总结果。,布朗运动
20、的作用： 扩散作用(可以自发地使粒子浓度大的区域向粒子浓度小的区域扩散) 动力学稳定性(在一定程度上抵消了由于溶胶粒子的重力作用而引起的沉降),50,51,3. 电学性质电泳和电渗,（1）电动现象：分散质和分散剂在外电场的作用下发生定向移动的现象。 （2）电泳：在外电场作用下，胶粒在分散剂中的定向移动。 （3）电渗：将胶体粒子(分散质)固定不动，分散剂在电场中定向移动。,在外电场作用下，溶胶粒子定向移动. 通过电泳实验,可以判断溶胶粒子所带的电性。如：氢氧化铁溶胶粒子向负极移动，说明Fe(OH)3溶胶粒子带正电。,(1)电 泳,52,(2) 电 渗,分散质粒子固定，在外电场作用下，分散剂的定向
21、移动。,通过电渗实验测定分散剂所带电荷的电性,判断溶胶粒子所带电荷的电性.,U形管上方用少量导电液使电极与胶体分开，以免胶体被破坏,53,图中,3为隔膜,可以用素瓷片、凝胶、玻璃纤维等多孔性物质制成.,如果隔膜吸附阴离子,则介质带正电,通电时向阴极移动;反之,隔膜吸附阳离子,带负电的介质向阳极移动.,54,1.4.2溶胶粒子带电的原因,1.吸 附,一种物质自动聚集到另一种物质表面上的过程称为吸附.能够将其他物质聚集到自己表面上的物质称为吸附剂,被聚集的物质称为吸附质.,固体在溶液中的吸附分为分子吸附和离子吸附两类.,分子吸附:固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中的吸附主要是分子吸附,吸附规律是
22、:极性吸附剂,55,离子吸附:固体吸附剂在强电解质溶液中的吸附主要是离子吸附.离子吸附分为离子选择吸附和离子交换吸附两种,容易吸附极性的溶质或溶剂,非极性吸附剂容易吸附非极性的溶质或溶剂,即“相似相吸”,（）离子选择吸附: 固体吸附剂从溶液中选择吸附某种离子的现象称为离子选择吸附 。,吸附原则是:固体优先选择吸附与自身组成相关或性质相似且在溶液中浓度较大的离子 。,56,例如: 在AgI溶胶的制备过程中,如果AgNO3过量,则胶核优先吸附Ag+离子,使胶粒带正电;如果KI过量,则优先吸附I -离子,胶粒带负电.,（）离子交换吸附: 固体吸附剂在溶液中吸附某种离子的同时，本身又将等量的电荷符号相
23、同的另一种离子释放到溶液中去的过程称为离子交换吸附.它是个可逆过程.,离子交换剂的交换能力:,与离子的浓度有关,离子浓度越大,离子交换能力越大.,57,而离子价数相同时,离子的半径越大, 水合离子半径越小,交换能力越强. 如Cs+ Rb+ K+ Na+ Li+,与离子价数有关,同浓度的离子,离子价数越高,交换能力越强.如交换能力Na+ Mg2+ Al3+,2.溶胶粒子带电的原因,（1）吸附带电,吸附带电:溶胶是一种高度分散的多相系统，它在分散剂中进行选择性吸附,吸附正离子时带正电,吸附负离子带负电,这种现象称为吸附带电.,58,例如 把FeCl3稀溶液逐滴滴加到沸水中水解以制备Fe(OH)3溶
24、胶,其反应为：,59,（2）电离带电,60,1.4.3 胶团结构,溶胶的扩散双电层结构:(以Fe(OH)3溶胶为例加以说明),1.在溶胶的形成过程中,首先是由许多个Fe(OH)3分子聚集成直径在1到100nm范围的固相颗粒作为分散相粒子,它是溶胶的核心,称为胶核。,2.它选择吸附溶液中存在的与其组成相似的FeO+,使胶核表面带正电荷,形成胶粒.FeO+就是电位离子,Cl-为反离子,一部分反离子与电位离子一起形成吸附层,另一部分到分散剂中去,疏散地分布在胶粒周围形成扩散层.,61,胶粒与扩散层一起构成胶团。胶团内反离子的电荷总数等于电位离子的电荷总数，故胶团是电中性的。,吸附层和扩散层的整体称为
25、扩散双电层。,溶胶 溶胶胶粒上形成了厚度大约12个离子的带电层,称为吸附层.在荷电胶粒的周围形成了与吸附层电荷相反的扩散层.这种由吸附层和扩散层构成了电性相反的电层称双电层,又称扩散双电层。,由于双电层的存在而产生电位差,称 电位（电动电位）。溶胶 电位的高低决定了胶粒之间斥力的大小,是决定溶胶稳定性的主要因素.另外,62,溶胶粒子由于表面所形成的双电层结构，使胶粒外形成一层水化膜,在一定程度上增加了溶胶的稳定性。,Fe(OH)3溶胶的胶团结构式,63,m形成胶核物质的分子数，通常m是一个很大的数值，在103左右。 n吸附在胶核表面的电位离子数，n 比m要小得多。 x扩散层的反离子数，也是胶粒
26、所带的电荷数。 (nx)吸附层的反离子数。,同理,也可写出其它物质形成的溶胶的胶团结构式. 如硫化砷溶胶： (As2S3)m nHS (nx)H+x xH+,64,硅酸溶胶： (H2SiO3)m nHSiO3 (nx)H+x xH+,又如用AgNO3溶液与过量KI溶液反应制备的AgI溶胶， 其胶团结构式为： (AgI)m nI (nx)K+x xK+ 相反，用KI溶液与过量AgNO3溶液反应制备的AgI溶胶，其胶团结构式为： (AgI)m nAg+ (nx)NO3x+ x NO3,电泳时，是溶胶粒子在外电场只的移动。 电渗时，是扩散层在外电场中的移动。,65,1.4.4 溶胶的稳定性和聚沉,（
27、1）动力学稳定性: 由于溶胶粒子小,布朗运动激烈,在重力场中不易沉降,使溶胶具有动力稳定性.,1.溶胶的稳定性,（2）电的保护作用：由于胶粒带电，当胶粒相互靠近时，相互接近到其扩散层部分重叠时，胶粒间产生静电排斥作用使其分开，而阻止胶粒的聚集。,溶胶稳定性的原因,（3）溶剂化作用：胶团中的电位离子和反离子都能发生溶剂化作用，在其表面形成具有一定强度和弹性的溶剂化膜这层溶剂化膜阻止了溶胶粒子之间的直接接触，阻碍胶粒的聚结.,66,2.溶胶的聚沉,（1） 外加电解质的影响. 影响最大,主要影响反离子的浓度,因而影响胶粒的电荷，其结果是使胶粒间的电荷排斥力减小,促使胶粒聚结.,从溶胶的稳定性来看,只
28、要破坏了溶胶稳定性的因素,溶胶粒子就会聚结变大,最后从分散剂中分离而沉降,这个过程称为溶胶的聚沉 .,（2） 温度的影响. 温度升高,粒子碰撞机会增多,碰撞强度增加.,（3） 胶体体系的相互作用.当把电性相反的两种溶胶以适当比例相互混合时,溶胶也会发生聚沉。,67,3.电解质对溶胶聚沉作用的影响,聚沉值:使一定量溶胶在一定时间内开始聚沉所需最小电解质的物质的量浓度，称为电解质对溶胶的聚沉值。,(1)聚沉能力主要决定于与胶粒带相反电荷的离子的价数.对于给定的溶胶,导电性离子为一、二、三价的电解质,其聚沉值的比例大约(1/1)6:(1/2)6:(1/3)6.这表示聚沉值与导电性离子价数的六次方成反
29、比,称为舒尔茨-哈代规则,68,(2)价数相同的离子聚沉能力也有所不同,通常离子的水合半径越大离子的聚沉能力越小.例如具有相同负电荷的碱金属盐和碱土金属盐类对AgBr负溶胶的聚沉能力大小次序为： Rb+ K+ Na+ Li+ Ba2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+,69,4.高分子对溶胶的作用,在溶胶中加入高分子化合物,能降低溶胶对电解质的敏感性而提高溶胶的稳定性,这种作用称为高分子化合物对溶胶的保护作用,高分子化合物之所以对溶胶具有保护作用,是因为高分子化合物具有线形结构,能被卷曲地吸附在胶粒表面上,包住胶粒,从而使胶粒稳定.但加入的高分子化合物必须有足够的量,使高分子粒子的数目大大超过溶胶粒子的数目,70,否则,加入的高分子化合物过少,不足以包住溶胶,反而使少数的高分子粒子成为溶胶粒子的聚集中心,使溶胶粒子吸附在上面而合并变大,这种现象称为高分子化合物对溶胶的敏化作用.这时,高分子化合物不能保护溶胶反而促使溶胶的分散度减小而更容易聚沉 。,