溶液和胶体实用教案

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1、使用(shyng)说明： 使用物质的量及其单位(dnwi)mol 时，应指明基本单元物质的化学式、粒子符号或它们的特定组合。 例如 1：化学式、粒子符号(fho) 1mol（H2 ）表示的基本单元是 （H2 ），它含有NA个（H2 ）； 1mol（e）表示的基本单元是 （e）电子，它含有NA个（e） ； 1mol（1/2Ca2+）表示的基本单元是 （1/2Ca2+），它含有NA个（1/2Ca2+） ；例如 2：粒子的特定组合 1mol（ N2 + 3H2 ）表示的基本单元是 （ N2 + 3H2 ），即含有NA个（ N2 + 3H2 ）； 1mol（ CH ）是指 1 摩尔 碳氢单键 ，表示具

2、有NA根CH键。 1mol（ 2NO + O2 = 2NO2 ）是指 1 摩尔反应 （ 2NO + O2 = 2NO2 ），表明NA次（ 2NO + O2 = 2NO2 ）的反应。第1页/共47页第一页，共47页。2、物质(wzh)的量分数（Xi ）： 在一物系中物质 i 的物质的量n（i）占混合物系的物质的量（n）的部分(b fen)数，称为该物质的物质的量分数。即： Xi = n（i） / n（无量纲）3、摩尔(m r)质量（ Mi ）： 每单位物质的量所具有的质量。单位：g mol-1 。 若物系 i 的质量为m（i），其物质的量为 n（i），则摩尔质量M（i）为：（g mol-1）M

3、(i) =m (i)n(i)第2页/共47页第二页，共47页。 理想气体：是一种假设的气体，它的分子是一个没有(mi yu)体积几何质点，分子之间没有(mi yu)作用力。 它可以(ky)用温度、压力、体积和其数量 4个物理量来描述它的状态，它们的关系： PV = nRT 理想气体状态方程注意：理想气体是一种(y zhn)假想的概念，对大多数实验气体在通 常的条件下，PV=nRT一般可精确地描述它们的行为，常常应用于实际气体。一、理想气体状态方程式第3页/共47页第三页，共47页。PV = W/M RT P = n/V RT P = c RT化学(huxu)上应用时气体方程变为：例题：已知1.

4、0105 Pa ，300K时，0.60g的某气体(qt)占50ml， 试求此气体(qt)摩尔质量。（R = 8. 314J/molK）解： 由 PV = W/M RT 得： M = W RT/ PV 代入数据(shj) M 29. 91g /mol第4页/共47页第四页，共47页。二、道尔顿分压定律(dngl)分压：混合气体中，气体 i 在同温度下单独占有(zhnyu)混合气体的容器时所呈现的压力，称为气体 i 的分压（ Pi ）1801年，道尔顿实验结论： 混合气体的总压（P总 ）等于各种气体Pi 之和。 P总= Pi = P1 + P2 + 混合气体中，某种气体的分压等于混合气体总压与该气

5、体摩尔(m r)分数的乘积。 Pi = Xi P总 （T V 不变） 叫道尔顿分压定律及其表达式。第5页/共47页第五页，共47页。例题(lt)： 在实验室中，用排水集气法收集(shuj) 02 245ml，温度为298K，大气压101058 Pa ，收集(shuj)气体时瓶内、外水面相齐，试求： 瓶内 02 的分压；101325Pa和0时干燥 02 的体积。解： 查得 298K时，水的饱和蒸汽压 P0 H2O =3170Pa 收集气体(qt)时，瓶内、外水面相齐 PO2 + P0 H2O = P外 PO2 = P外 - P0 H2O = 101058-3170 =97888 PaV2 = 9

6、7888 245298273.15101325= 218 ml 由 P1 V1T1=P2 V2T2V2 =P1 V1T1T2P2得第6页/共47页第六页，共47页。一、 基本概念 溶 液：由两种或两种以上组分所构成的均相体系 均 相：稳定、不混浊、久置不析出(xch)溶质。 相：在体系内部化学、物理性质完全均匀的一部分。 溶液分类（按相分）： 液态溶液：固-液、液-液、气-液 气态溶液：固-气、液-气、气-气 固态溶液： 固-固第7页/共47页第七页，共47页。二、 溶液(rngy)(rngy)的浓度 （一）、质量分数(fnsh)浓度 （二）、物质的量浓度 （三）、质量摩尔浓度 （四）、摩尔分

7、数(fnsh)浓度 第8页/共47页第八页，共47页。（一）、质量分数(fnsh)浓度 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(fnsh)。 用符号WB表示。 WB=mB/m 常用 ： 百分比浓度（ 10-2 ） p 百万分数(fnsh)浓度（ 10-6 ） ppm 十亿分数(fnsh)浓度（ 10-9 ） ppb第9页/共47页第九页，共47页。（二）、物质(wzh)(wzh)的量浓度 物质的量浓度：每升溶液中所含溶质的物质的量。 用C 表示。 CB = nB/V (mol/dm3 或 mol/L) CB = mB/MB/V 由物质的量引出的关系式:

8、 1、物质的量浓度和质量分数浓度之间的关系式: CB = 1000 d p / MB (mol / L) 2、稀释公式: CB1 VB1 = C B2VB2 3、当用固体(gt)配制溶液时: WB /MB = CB VBNoImageNoImage第10页/共47页第十页，共47页。（三）、质量摩尔(m r)(m r)浓度 质量摩尔浓度: 每千克溶剂(rngj)中所含溶质的物质的量。用m表示。 mB = nB /WA (mol/kg )例题：在50.0 g水中溶有2.00 g甲醇，求该溶液(rngy)的 质量摩尔浓度。答案：甲醇的摩尔质量 M = 32.0 g/mol 50 2.00/32.0

9、 = 1000 m m = 1. 25mol / kg第11页/共47页第十一页，共47页。( (四) )、摩尔分数(fnsh)(fnsh)浓度 溶质的物质的量 (ni) 占溶液总的物质的量 (n) 的 分数称为该溶液的摩尔(m r)分数浓度，用表示。 nnxii当溶液由溶质B 和溶剂(rngj)A组成时: B = nB / nA+nB ； A = nA / nA+nB A+B =1第12页/共47页第十二页，共47页。（五）p、c、m、x 互算关系(gun x)：c 与 pCA =1000 d 液 pMAm 与 pm = p / MA 10001 pc 与 pCA =1000 d 液 mA

10、1000 + mA MAXA 与 m稀释定律CA =MB1000 + mA MBmAC浓 V浓 = C稀 V稀第13页/共47页第十三页，共47页。二、稀溶液(rngy)(rngy)的依数性 难挥发的非电解质稀溶液的某些性质(xngzh)(xngzh)只与溶液中溶质微粒数目有关，而与溶质本性无关的性质(xngzh)(xngzh)，称为稀溶液的依数性。又称为稀溶液的通性。（一）、水的相图(xin t) （二）、稀溶液的依数性 第14页/共47页第十四页，共47页。（一）、水的相图(xin (xin t)t) 相: 体系中物理性质与化学性质完全均匀的一 部分，称为一相。 相变: 在一定条件下,不同

11、的相态之间可以相互转化，称为相变。 相平衡： 相变达到各种相态能稳定共存(gngcn)的状态，称为相平衡。相平衡是一种动态平衡。 水的相图: 表示水的三种状态之间的平衡关系及水的相态变化的平面图,称为水的相图或状态图。见下图第15页/共47页第十五页，共47页。水的相图(xin t) OB曲线：冰的蒸气压曲线， 表示冰和水蒸气两相平衡时对应的温度(wnd)和压力。 OA曲线：水的蒸气压曲线， 表示水和水蒸气两相平衡时对应的温度(wnd)和压力。 OC曲线：水的凝固点曲线, 表示水和冰两相平衡时对应的温度(wnd)和压力。第16页/共47页第十六页，共47页。 三相点O： （273.16 K 或

12、0.0098，610.5Pa） 表示水、冰、水蒸气三相处于平衡状态的温度和压力。水的凝固点E（p=101.325kPa，t=273.15K或0 ） 三条曲线把相图分成(fn chn)了三个单相区： AOB气相区（水蒸气）； BOC 固相区（冰）；COA液相区（水）。 注意：在单相区内，同时改变温度和压力不会发生相变;在曲线上，改变温度或者压力其中之一，另一个也就随之而定了。第17页/共47页第十七页，共47页。（二）稀溶液(rngy)(rngy)的依数性 溶液(rngy)(rngy)的蒸气压下降 溶液(rngy)(rngy)的沸点升高 溶液(rngy)(rngy)的凝固点下降 溶液(rngy)

13、(rngy)的渗透压 第18页/共47页第十八页，共47页。 1、溶液的蒸气压下降定义：液体的蒸发速率和凝聚速率相等时，液体和它的蒸气就处于两相平衡状态，此时的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。 注：蒸气压的大小只与液体的本性和温度有关，而与液体的量无关。结论：在同一(tngy)温度下，难挥发非电解质溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压的现象，叫做溶液的蒸气压下降。 p= p0 p第19页/共47页第十九页，共47页。讨论(toln)：第20页/共47页第二十页，共47页。拉乌尔定律(dngl) : 在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶解在溶剂中的

14、溶质的物质的量分数成正比，而与溶质的本性(bnxng)无关。 其数学表达式为： p=xB p0 推广：对于一个双组分体系来说，xB=nB/nA+nB 对稀溶液(rngy)而言 nAnB p=nB/nA p0 以水为溶剂的稀溶液(rngy)，若水的质量为1000g， 则nA=1000/18.02=55.50mol，nB=mB p=p0/55.50mB= K mB （K=p0/55.50）第21页/共47页第二十一页，共47页。2 2、溶液(rngy)(rngy)的沸点升高沸点：液体的蒸气压等于(dngy)(dngy)外界大气压力时液体对应的温度。结论：溶液沸点高于纯溶剂沸点。即： Tb= Tb-

15、 T0 b Tb= Tb- T0 b Tb=KbmB Tb=KbmB （对水而言： Kb Kb水=0.52=0.52）讨论(toln)：实 例第22页/共47页第二十二页，共47页。 3 3、溶液的凝固点降低凝固点：指液体的蒸气压等于其固体蒸气压时系统对应的温度(wnd)(wnd)，此时液体的凝固和固体的熔化处于平衡状态。结论：溶液凝固点总低于其纯溶剂凝固点。即： Tf= T0 f- Tf Tf= T0 f- Tf ；Tf=KfmB Tf=KfmB （对水而言：Kf=1.86Kf=1.86）讨 论：实 例第23页/共47页第二十三页，共47页。例题1：2.60克尿素CO(N H2) 2 溶于5

16、0.0g水中，试计算 此溶液在101325Pa时的凝固点和沸点。已知 尿素的摩尔(m r)质量为60.0g/mol解: m =2.6060.0100050.0= 0.866 mol/ kg沸点升高值：Tb = Kb m = 0.52 0.866 = 0.45溶液(rngy)沸点：Tb = Tb0 + Tb = 373.15 + 0.45 = 373.60 K凝固点下降(xijing)值：溶液凝固点：Tf = Kf m = 1.86 0.866 = 1.61Tf = Tf0 - Tf = 273.15 -1.61 = 271. 54 K第24页/共47页第二十四页，共47页。例题2：纯苯的凝固点

17、为5.40，0.322g萘溶于80g 苯所得溶液(rngy)的凝固点为5.24，已知苯Kf =5.12 ，求萘的摩尔质量。解： 溶液(rngy)的质量摩尔浓度：Kf m = Tf =WM 1000=M5.40 - 5.245.120. 32280求得萘的摩尔(m r)质量： M = 129.0 g/mol注：根据 Tb 、Tf ，可以测定物质的摩尔质量。第25页/共47页第二十五页，共47页。 （1 1）渗透和渗透压 半透膜：只允许溶剂分子通过，而溶质分子不能通过的薄膜。 渗透：溶剂分子透过半透膜自发的扩散到溶液的现象。 渗透压：在一定的温度下, ,使通过半透膜的渗透作用刚好(gngho)(g

18、ngho)停止所必须向溶液施加的最小压力。 （2 2）溶液的渗透压 =cBRT =cBRT 对稀溶液而言 =mBRT =mBRT 4 4、 溶液(rngy)(rngy)的渗透压实例(shl)第26页/共47页第二十六页，共47页。（一）分散系的概念 由一种或几种物质(wzh)以极小的微粒分散在另一种介质中形成的体系称为分散系； 在分散系中被分散的物质(wzh)叫分散质； 而容纳分散质的介质叫分散剂。（二）分散系的分类一、分散(fnsn)系第27页/共47页第二十七页，共47页。第28页/共47页第二十八页，共47页。第29页/共47页第二十九页，共47页。（三）分散度和比表面 比表面：分散(f

19、nsn)质粒子的总表面积与其总体积之比，常用S。表示。 S。= S/V S：代表总面积；V：代表总体积。设一立方体的边长为L，其体积L3，总表面积为6L2，其比表面积则为:llls66320 可见(kjin)L愈小， S。愈大，表明系统的分散度越高。第30页/共47页第三十页，共47页。 表面吸附 吸附是指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质(jizh)中的分子或离子的现象。具有吸附能力的物质叫吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。 吸附产生的原因：表面层质点比相内质点能量高，高出来的这部分能量称为表面自由能。1、 固体对气体的吸附 吸附吸附剂+吸附质 吸附剂吸附质 + 吸附热 解吸吸附量：达到吸附

20、平衡时,每克吸附剂所能吸附的吸附质的物质的量,单位 molg -1。二、吸 附第31页/共47页第三十一页，共47页。2、 液体(yt)内固液界面上的吸附 （1）分子吸附 吸附对象：非电解质或弱电解质 吸附规律：相似相吸（2）离子吸附吸附对象：离子吸附类型：离子选择性吸附和离子交换吸附 a) 离子选择性吸附： 吸附剂优先吸附与自己组成、性质相似的离子。 如：AgBr在溶液中的吸附 b) 离子交换吸附： 吸附剂从溶液中吸附某种离子时，用本身等电荷地置换出另一种符号相同的离子到溶液中，直至(zhzh)达到平衡。第32页/共47页第三十二页，共47页。 M1X+M2 M2X+M13、吸附的应用(yn

21、gyng) （1） 去离子水的制备 2R-SO3H+Ca2+ (R-SO3)2Ca+2H+ R - N ( C H 3 ) 3 O H + C l - R -N(CH3)3Cl+OH- H+ +OH- H2O（2） 植物从土壤中吸收养分土壤胶体K+Ca2+ 3NH4+土壤胶体NH4+NH4+NH4+ Ca2+ K+第33页/共47页第三十三页，共47页。溶胶：将固态分散相分散在液态分散介质中形成的胶体。1、 溶胶的光学性质丁达尔效应 在暗室里用一束强光射入溶胶，在光的垂直方向上观察会清楚的看见一条发亮的光锥。丁达尔现象的产生是由于胶体粒子对光的散射而形成的。2、 溶胶的动力学性质 布朗运动 布

22、朗运动：胶体离子(lz)的发光点在溶液中不断地作无规则连续运动的现象。原因：分散剂分子的不断撞击； 溶胶粒子本身也有热运动。三、溶胶(rngjio)的性质第34页/共47页第三十四页，共47页。3、 溶胶的电学性质(xngzh) 电泳和电渗 电动现象：溶胶中分散质和分散剂在外电场的作用下发生定向移动(ydng)的现象称为溶胶的电动现象。 电 泳：在电场作用下胶粒在分散剂中的定向运动。Fe(OH)3 溶胶电泳见右图第35页/共47页第三十五页，共47页。溶胶带电(di din)的原因： （1）吸附带电 如：Fe(OH)3溶胶是由FeCl3水解而得，其反应式为: FeCl3 + 3H2O = Fe

23、(OH)3 +3HCl 此外还有副产物FeO+生成: FeCl3 + 2H2O = Fe(OH)2Cl +2HCl Fe(OH)2Cl = FeO+ + Cl- + H2O Fe(OH)3在溶液中选择性的吸附了与自身组成有关的FeO+。 又如：AgBr溶胶， As2S3 溶胶等带电的原因(yunyn)也是由吸附作用而 引起的。第36页/共47页第三十六页，共47页。(2) 电离(dinl)带电 胶粒表面基团( j tun)的电离作用而使溶胶带电。 如：硅酸溶胶，胶粒表面的硅酸分子发生电离，H+离子进入了溶液，而将HSiO3-留在了胶粒表面，使胶粒带了负电。第37页/共47页第三十七页，共47页

24、。四、胶团结构(jigu)(jigu)胶核：位于(wiy)胶团中心，直径在1100nm之间的固体分 子基团。电位离子：使胶粒带电的离子叫电位离子。反离子：与电位离子所带电性相反且处于溶液中的离子。 胶团结构(jigu)第38页/共47页第三十八页，共47页。如：AgI 溶胶(rngjio)（KI 溶液过量 ）。第39页/共47页第三十九页，共47页。 当 AgNO 3 过量时: (AgI) m n Ag + (n-x) NO 3 - x+ x NO 3 - 胶核 吸附离子 反离子 反离子 （ 电位(din wi)离子） 吸附层 扩散层 AgI 胶体(jio t)胶粒胶团第40页/共47页第四十

25、页，共47页。 Fe(OH)3溶胶(rngjio) 胶团的结构式为： Fe(OH)3m nFeO+(n-x)Cl-x+ x Cl- 硅胶胶团的结构式为： (SiO2)m nHSiO3-(n-x)H+x- x H+ As2 S3溶胶(rngjio)胶团的结构式为： (As2 S3)m nHS-(n-x)H+x- x H+第41页/共47页第四十一页，共47页。五 、溶胶(rngjio)(rngjio)的稳定性和聚沉 1 1、溶胶的稳定性（包括动力学稳定性和聚结稳定性）原因(yunyn)(yunyn)：（1 1）胶粒的布朗运动； （2 2）胶粒带电； (3) (3)溶剂化膜的作用 2 2、溶胶的聚

26、沉聚沉：溶胶中的粒子聚结、变大，最后从介质中 沉降出来的现象。第42页/共47页第四十二页，共47页。影响(yngxing)(yngxing)聚沉的因素： （1 1）电解质的聚沉作用：主要是带异号电荷的离子的作用。 a)a) 异号离子的电荷越高，聚沉能力越大( (叔采- -哈迪规则) )。 b)b) 水化半径(bnjng)(bnjng)越小，聚沉能力越大。 c) c) 任何价数的有机离子都有很强的聚沉能力。 电解质对溶胶的聚沉能力可用聚沉值表示： 使一定量的溶胶，在一定的时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度称为聚沉值。单位为 mmolL-1 mmolL-1 。 聚沉值越大，表示该电解质的聚沉能力

27、越小。 （2 2）相互聚沉：两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶发生聚沉。 （3 3） 温度影响 加热也能使溶胶发生聚沉。第43页/共47页第四十三页，共47页。3、溶胶的保护只讨论高分子化合物对溶胶的保护与敏化作用。高分子溶液：高分子化合物在适当的溶剂中能强烈的溶剂化，形成很厚的溶剂化膜而溶解，构成了均匀、稳定的单相分散系称为高分子溶液。(1)保护作用在溶胶中加入足量的高分子化合物后，能显著的降低溶胶对电解质的敏感性，提高溶胶的稳定性，高分子化合物的这种作用称为对溶胶的保护作用。原因：溶剂化了的线状高分子被吸附(xf)在胶粒表面，使胶粒表面多出一层溶剂化保护膜，从而提高了溶胶的稳定性。第44页/共47页第四十四页，共47页。(2)敏化作用(zuyng) 在溶胶中加入少量的高分子化合物后，反而使溶胶对电解质的敏感性大大增加，降低了其稳定性，这种现象称为高分子的敏化作用。 原因：加入的高分子化合物的量太少，不足以包住胶粒，反而使大量(dling)的胶粒吸附在高分子的表面，使胶粒间可以互相“桥联”变大而易于聚沉。第45页/共47页第四十五页，共47页。本章(bn zhn)小结作业(zuy)： P22 2、5、6、11、12第46页/共47页第四十六页，共47页。感谢您的观看(gunkn)！第47页/共47页第四十七页，共47页。