无机及分析化学(第一章课件).ppt

1、第一章第一章 气体和溶液（气体和溶液（4学时）学时）1-1 气体气体。nRTpV nRTpV nRTpV n1、理想气体定律、理想气体定律n 理想气体理想气体:我们把分子本身不占体积，分子我们把分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。一种假想间没有相互作用力的气体称为理想气体。一种假想的气体。的气体。n （1）理想气体状态方程）理想气体状态方程n PV=nRTn 真实气体，特别是非极性分子或极性小的真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在压力不太高，温度不太低的情况下，若能分子，在压力不太高，温度不太低的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体较好地服从理

2、想气体状态方程，则可视为理想气体。n pV=nRT R摩尔气体常数在STP下，p=101.325 kPa,T=273.15 Kn=1.0 mol时,Vm=22.414L=22.41410-3 m3nTpVR R=8.314 kPaLK-1mol-1理想气体状态方程：11KmolJ 314.8K 15.273mol 1.0m 1022.414Pa 101325331.计算p，V，T，n中的任意物理量2.确定气体的摩尔质量MmnM=Mr gmol-11.1.2 理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用pVmRTM RTMmpV nRTpV 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT=R

3、TpMpVmRTM =m/VpRTM3.确定的气体密度（2）道尔顿（Dalton）分压定律 分压：在相同温度时，某组分气体单独占有混合气体总体积时的压力。道尔顿（Dalton）分压定律：注：只有理想气体的混合物才严格遵守此定律，在高温、低压下的真实气体近似服从。iippppppp或总321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 VnRTp ,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121 n=n1+n2+分压的求解：x B B的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTp pxpnnpBBB推论：例例1 在17，99.3kP

4、a的大气压下，用排水法收集氮气150ml。求在标准状况下气体经干燥后的体积。解解 17时水的饱和蒸气压1.93kPa nnppVRTnVRTnppiiiimlKkPaKmlkPaTpTVpVTVpTVpkPaNp1362903.1012731504.97)93.13.99()(1221122221112 例题2：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的 混 合 物。取 样 分 析 后，其 中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.7 0 0 m o l。混 合 气 体 的 总 压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+

5、n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol35.5kPakPa0.133200.1320.0pnnp33NH)NH(p(N2)=p p(NH3)p(O2)=(133.035.520.0)kPa =77.5 kPapnnp)O()O(220.180133.0kPa20.0kPa1.200分压定律的应用 例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L。计算反应中消耗锌的质量。解：T=(273+25)K=298K p=98.70kPa V=2.50

6、L298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr(Zn)=65.39Zn(s)+2HCl ZnCl2+H2(g)65.39g 1molm(Zn)=?0.0964mol -1-1(98.703.17)kPa2.50L8.314J Kmol298Kn(H2)=65.39g0.0964mol1molm(Zn)=6.30g=0.0964mol分体积：混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。*1.2.2 分体积定律分体积定律pRTnVBBV =V1 +V2 +pRTnVBBBBVV或pnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV称为B的体积分数ppBB

7、VVxppBBBB,pRTnn21 例题：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4,C2H6,C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10)=47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。解：以CH4的分体积、体积分数为例。解法一：思路，44(CH)(CH)nRTVp总，需先求出n(CH4)n(CH4)=x(CH4)n总47.0100mol=94.0mol47.0+2.0+0.80+0.20-1-1494.0mol 8.314kPa L Kmol298K(CH

8、)150.0kPaV3=1.55 10 L4447.0(CH)(CH)=0.9447.0+2.0+0.80+0.20 x解法二：n RTVp总总总-1-1100.0mol 8.314kPa L Kmol298K150.0kPa3=1.65 10 L3443(CH)1.55 10 L(CH)=0.941.65 10 LVV总1-2 溶液溶液1、基本概念、基本概念体系所要研究的对象。环境体系周围与体系有密切关系的部分。相 体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀部分。2、分散体系分散体系一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。分散质（相）被分散的物质。分散剂（介质）容纳分散质的物质。分散质

9、分散介质3、分散体系的分类（、分散体系的分类（按分散质颗粒大小分类）（1）分子离子分散系：d 1 nm性质：粒子扩散速度快、能透过滤纸及半透膜，普通显微镜及超显微镜都不能看见。举例：蔗糖水、食盐（2）胶体分散体系：1 nm d 100nm性质：粒子不扩散，不能透过滤纸及半透膜，一般显微镜下能看见。举例：悬浊液、乳浊液。4、基础运算（1）物质的量 物质的量是表示组成物质的基本单元数目的多少的物理量。物系所含的基本单元数与0.12kgC12的原子数目相等(6.0231023 阿伏加德罗常数L)，则为1mol。（2）量度方法名称定义数学表达式单位物质的量浓度moldm-3质量分数量纲为1质量摩尔浓度

10、molkg-1物质的量分数量纲为1VBnBc)()(mmBwB)(mBnBm)()(nBnBx)()(4)浓度之间的相互换算5、稀溶液的依数性（1）溶液的性质 与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。BABmmBnmBnVBnBcBMBwVBMmVBnBc)()()()()()()()()(（2）依数性定义：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。依数性是指：溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压（3）溶液的蒸气压下降 纯水的蒸气压示意图纯水的蒸气压示意图蒸发蒸发 H2O(l)H2O(g)凝

11、聚凝聚 气液两相平衡气液两相平衡 饱和蒸气压 在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示。蒸气压下降 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液溶液总是小于同 T 下的p纯溶剂纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。蒸汽压下降的原因蒸汽压下降的原因 纯溶剂纯溶剂 正正常常 溶液溶液 少少（4）拉乌尔（Raoult）定律：在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数。p：溶液的蒸气压 P 0：纯溶剂的蒸气压 XA：溶剂在溶液中的摩尔分数)()(1)()(

12、)()(00BxAppBxAxAxApp因为 xAxB 1 则 PP 0（1 xB）P 0P 0 xB所以 PP 0 PP 0 xB 在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔质量浓度m(B)成正比。)()(5.55)(0BmKBmApp（5）溶液的沸点上升 实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。原因：溶液的蒸气压下降。原因：溶液的蒸气压下降。TbKb m(B)Kb 为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。解释解释:高山上饭煮不熟高山上饭煮不熟注：注：m(B)是溶质的摩尔质量浓度（mol/kg）;溶质物质的量/溶剂的质量。溶液的沸点上升示

13、意图溶液的沸点上升示意图Tb*T b 溶溶剂剂 溶溶液液温度温度 p po o kpa 蒸蒸 气气 压压pTb B101.3kpa101.3kpa AB（6）溶液的凝固点下降 凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）。注：溶液的凝固点注：溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点Tf*。凝固点下降：Kf 为凝固点下降常数解释:海水不易结冰fffTTT0)()(BmKTBmKTffbbB溶液溶液 纯水纯水A A B C T Tf f p p p (kPa)(kPa)p p 0.61050.6105 T Tf

14、f T Tf f*(273K)373K(273K)373K T T溶剂的凝固点下降示意图溶剂的凝固点下降示意图 凝固点下降原因：原因：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降几种溶剂的几种溶剂的K Kb b和和K Kf f值（值（K Kkgkgmolmol-1-1）29.8250.25.03349.7四氯化碳四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸乙酸CH3COOH5.12278.52.53353.15 苯苯1.86273.150.512373.15水水H2OKfTfKb沸点沸点/K溶剂溶剂（7）溶液的渗透压 扩散方向：纯水扩散方向：纯水 糖糖水水 半透膜半透膜液面上升液面上升 液面下

15、降液面下降纯水纯水糖水糖水 渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水=v糖水渗透停止。糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水溶液的渗透压。渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。(8)稀溶液依数性的应用 分子量的测定VMwCwMwmBBABB1000)()(BmKTBmKTffbb例题1取0.817g苯丙氨酸，溶于50.0g水中，测得凝固点为-0.184，求苯丙氨酸的摩尔质量。解：Tf=0.184K=Kfb =1.855(0.817/M)/(510-2)kg =165g/mol1.3 胶体溶液胶体溶液 1、溶胶简介：、溶胶简

16、介：（1）分散系的分类）分散系的分类分子离子分散系：d 1 nm 蔗糖水、食盐 胶体分散体系：1 nm d 100nm 悬浊液、乳浊液（2）基本特征：）基本特征：多相性、高分散性和热力学不稳定性（3）制备方法：）制备方法：分散法；凝聚法2、溶胶的性质、溶胶的性质（1）光学性质：丁铎尔效应 现象：在垂直方向上看到发光的圆锥体形成原因：溶胶对光的散射Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图丁达尔效应示意图 光源光源凸透镜凸透镜光锥光锥（2）动力学性质（）动力学性质（布朗运动）布朗运动布朗运动 现象：超显微镜下看到的无规则的运动。形成原因：分散介质的分子不断地由各个方向同时撞击胶粒。布朗运动布朗运动布朗运

17、动产生的原因：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。子对分散质粒子的不断撞击。液体分子对溶液体分子对溶 胶粒子的撞击胶粒子的撞击 粗分散系粗分散系（3）电学性质：电泳 现象：在外电场作用下的定向移动 电泳：电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。电泳管示意电泳管示意图图 直流电直流电例：Fe(OH)3溶胶向负极移动,As2S3溶胶向正极移动。胶粒带电的原因：吸附带电：吸附吸附一种物质分子自动聚集到另一种物质表面一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上的过程

18、。上的过程。吸附剂吸附剂能够将他种物质聚集到自己表面上的物能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。质。吸附质吸附质被聚集的物质。被聚集的物质。注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的吸附某种离子。吸附某种离子。3、胶团结构、胶团结构（1）Fe(OH)3的胶团结构ClCl)(FeO)OH(Fe-3xxnnxm胶核电位离子 反离子 反离子吸附层 扩散层胶粒胶团（2）Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图胶核吸附电位离子的示意图HH)(HSSAs:SAs3232xxnnxm溶胶HH)(HSiOSiOH:-332xxnnxm硅酸溶胶KK)(ClAgCl:A

19、gClxxnnxm负溶胶（3）几种常见溶胶的胶团结构注意注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。如粒子带不同的电荷。如AgClAgCl溶胶：溶胶：AgCl溶胶的制备：溶胶的制备：AgNO3+KCl =AgCl+KNO3当当AgNO3过量时，溶液过量时，溶液中有中有Ag+、NO3-、K+，分，分散质散质AgCl 优先吸附优先吸附Ag+而而带正电荷。带正电荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+分散质分散质AgCl33NONO)(AgAgCl:AgClxxnnxm正溶胶2022年11月2

20、6日星期六年5月23日星期二 KCl过量时，溶液中有过量过量时，溶液中有过量的的K+、Cl-、NO3-，溶胶粒子优，溶胶粒子优先吸附先吸附Cl-而带负电荷。而带负电荷。Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散质分散质AgCl若是等物质的量进若是等物质的量进行反应，则不能形成行反应，则不能形成溶胶。溶胶。KK)(ClAgCl:AgClxxnnxm负溶胶4、溶胶的稳定性和聚沉、溶胶的稳定性和聚沉（1）溶胶的稳定性）溶胶的稳定性热力学不稳定体系热力学不稳定体系 总趋势是稳定的总趋势是稳定的动力学稳定体系动力学稳定体系溶胶稳定性的原因：

21、溶胶稳定性的原因：胶粒带有同种电荷，相互排斥胶粒带有同种电荷，相互排斥。胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。布朗运动。布朗运动。（2）溶胶的聚沉）溶胶的聚沉定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。促使胶体聚沉的方法有：促使胶体聚沉的方法有：加入电解质；（研究最多应用最广）；加入电解质；（研究最多应用最广）；加入带相反电荷的胶

22、体；加入带相反电荷的胶体；长时间加热。长时间加热。电解质对溶胶的聚沉电解质对溶胶的聚沉聚沉的原因：聚沉的原因：加入电解质后，吸附层的反离子增多，加入电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。而聚沉。电解质聚沉的规则：电解质聚沉的规则：带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加 KCaAl23 同价离子的聚沉能力随着离子水化半径的增大而同价离子的聚沉能力随着离子水化半径的增大而减小。减小。加入带相反电荷的胶体加入带相反电荷的胶体 两种带相反电荷的溶胶以一定比例混合，会产生两种带相反电荷的溶胶以一定比例混合，会产生聚沉。聚沉。温度对溶胶稳定性的影响：温度对溶胶稳定性的影响：加热能促进溶胶聚沉。加热能促进溶胶聚沉。222234MgCaSrBaOHSCNINOBrClFLiNaKNHRbCsH5、大分子溶液及凝胶（1）大分子：相对分子质量大于104的物质。天然：蛋白质、核酸、DNA 合成：橡胶、合成纤维大分子特点：很稳定，可通过盐析的方式使其从水溶液中析出，可用来使溶胶保持稳定。（2）凝胶：不具有流动性的胶体。