1、“十二五”职业教育国家规划教材无机及分析化学无机及分析化学（第二版）叶芬霞 主编“十二五”职业教育国家规划教材第一章第一章 气体和溶液气体和溶液1.1 气体气体1.2 溶液溶液1.3 胶体胶体学学 习习 要要 点点1.掌握掌握理想气体方程理想气体方程及其应用；及其应用；2.掌握掌握道尔顿分压定律道尔顿分压定律的应用和计算；的应用和计算；3.理解理解稀溶液的依数性稀溶液的依数性及其应用；及其应用；4.熟悉胶体的结构、性质、稳定性等。熟悉胶体的结构、性质、稳定性等。前前 言言化学反应中常涉及到的两个问题化学反应中常涉及到的两个问题:(1)化学反应进行的方化学反应进行的方向向、程度以及反应过、程度以
2、及反应过程中的能量变化关系程中的能量变化关系(2)化学反应进行的快化学反应进行的快慢即化学反应的速率慢即化学反应的速率问题问题可能性可能性现实性现实性化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学化学热力学初步化学热力学初步化学反应速率化学反应速率化学反应平衡化学反应平衡1.1 气体1.理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRT p压力，压力，Pa；V体积，体积，m；物质的量，物质的量，mol；T热力学温度，热力学温度，K；R摩尔气体常数，又称气体常数。摩尔气体常数，又称气体常数。表明了气体的表明了气体的p、V、T、n四个量四个量之间的关系之间的关系 pV=
3、mRT/M 在标准状况下，在标准状况下，1摩尔气体的体积摩尔气体的体积Vm=22.41410-3m3R=pV/nT =m/V =pM/RT333101.32510 Pa22.414 10m1mol273.15K=8.314Pam3/(molK)=8.314J/(molK)R的数值与气体的种类无关，所以也称的数值与气体的种类无关，所以也称通用气体常数通用气体常数mnM 压力不太高、温度不太低时的实际气体：理想气体压力不太高、温度不太低时的实际气体：理想气体低温或高压时的实际气体：理想气体低温或高压时的实际气体：理想气体理想气体：气体分子本身无体积、分子间无作用力理想气体：气体分子本身无体积、分子
4、间无作用力2.道尔顿分压定律道尔顿分压定律分压分压：在相同温度下，各组分气体占有与混合气体相同体积：在相同温度下，各组分气体占有与混合气体相同体积时，所产生的压力。时，所产生的压力。（1）()()ppCpD总（2）iipp总分体积分体积：组分气体在保持混合气体的：组分气体在保持混合气体的 温温 度、压力下，单独存度、压力下，单独存在时所占有的体积。在时所占有的体积。iinn总i=iiinVppnV总总总例例 25时，装有时，装有0.3 MPa O2的体积为的体积为1 dm3的容器的容器与装有与装有0.06 MPa N2的体积为的体积为2 dm3的容器用旋塞连的容器用旋塞连接。旋塞打开，待两气体
5、混合后，计算：接。旋塞打开，待两气体混合后，计算：（1）O2、N2的物质的量；的物质的量；（2）O2、N2的分压力；的分压力；（3）混合气体的总压力混合气体的总压力（4）O2、N2的分体积的分体积解：解：（1）混合前后气体物质的量没有发生变化：）混合前后气体物质的量没有发生变化：22331 133220.3 10 kPa 1dmO=0.12mol8.314J/(mol K)(25+273)K0.06 10 kPa2dmN=0.048mol8.314J/(mol K)(25+273)KpVnRTp VnRT（）（）（2）O2、N2的分压是它们各自单独占有的分压是它们各自单独占有3 dm3时所产生
6、的压时所产生的压力。当力。当O2由由1 dm3增加到增加到 231 130.3MPa 1dmO=0.1MPa3dmpVpV（）当当N2由由2 dm3增加增加3 dm3到时：到时：232230.06MPa2dmN=0.04MPa3dmp VpV（）（3）混合气体总压力：）混合气体总压力：22=O)+(N)0.1MPa+0.04MPa=0.14MPappp总（4）O2、N2的分体积：的分体积：22332332O)0.1MPa(O)=3dm2.14dmp0.14MPaN)0.04MPa(N)=3dm0.86dm0.14MPapVVpVVp总总总总（注意：单位的统一和换算！注意：单位的统一和换算！1.
7、2 溶液溶液把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成分散体系。分散相：分散系中被分散的物质。分散相：分散系中被分散的物质。分散介质：容纳分散质的物质。分散介质：容纳分散质的物质。例如例如 小水滴小水滴+空气空气=云雾，其中小水滴是分散相，空气是分云雾，其中小水滴是分散相，空气是分散介质。散介质。二氧化碳二氧化碳+水水=汽水，其中二氧化碳是分散相，水是分汽水，其中二氧化碳是分散相，水是分散介质。散介质。按分散质粒子直径大小不同分为三类：按分散质粒子直径大小不同分为三类：类型类型 颗粒直径颗粒直径/nm主要性质主要性质实例实例粗分散系100颗粒不能
8、透过滤纸，扩散慢，多相，很不稳定泥浆 牛奶胶体分散系1100颗粒能透过滤纸，透不过半透膜，扩散慢，多相或单相，不稳定 金溶胶 硅酸溶胶分子分散系1颗粒能透过滤纸和半透膜，扩散快，单相，稳定蔗糖、氯化钠溶液 一、一、溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法1.摩尔分数摩尔分数(物质的量分数物质的量分数)溶质溶质(B)的物质的量占溶液物质的量的分数。的物质的量占溶液物质的量的分数。XB=nB/nA+nB XA+XB=12.质量摩尔浓度质量摩尔浓度溶液中溶质溶液中溶质B的物质的量（的物质的量（nB）与溶剂）与溶剂A的质量（的质量（mA）之比之比BBAnbm单位为单位为molkg-1 3.质量分数质量分数
9、系统中溶质的质量（系统中溶质的质量（mB）与溶液质量（）与溶液质量（m）之比）之比 4.物质的量浓度物质的量浓度单位体积（单位体积（V）的溶液内所含溶质）的溶液内所含溶质B的物质的量（的物质的量（nB），），称为溶质称为溶质B的物质的量浓度，简称的物质的量浓度，简称B的浓度的浓度.BBmmBBncV单位为单位为molL-1。二、稀溶液的依数性二、稀溶液的依数性o 溶质溶解在溶剂中形成溶液溶质溶解在溶剂中形成溶液,溶液的性质已不同于原来溶液的性质已不同于原来的溶质和溶剂的溶质和溶剂,这种性质上的变化可分为两类这种性质上的变化可分为两类:o 第一类由第一类由溶质本性溶质本性不同所引起。如酸碱性、导
10、电性、颜不同所引起。如酸碱性、导电性、颜 色、味道等。色、味道等。o 第二类由第二类由溶质数量溶质数量不同所引起。如蒸气压、沸点、凝固不同所引起。如蒸气压、沸点、凝固点、渗透压等。点、渗透压等。o稀溶液的依数性稀溶液的依数性:稀溶液的某些性质只与稀溶液的某些性质只与溶质的粒子数目溶质的粒子数目有关有关,而而与溶质的本性无关与溶质的本性无关,这一类性质称为稀溶液的依数这一类性质称为稀溶液的依数性。性。在一定温度下在一定温度下,某溶剂的饱和蒸气所产生的压力称为该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溶剂的饱和蒸气压,简称蒸气压。简称蒸气压。pA*1.溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降(1
11、)纯溶剂的蒸气压纯溶剂的蒸气压 (2)溶液的蒸气压溶液的蒸气压p pA*溶液的蒸气压下降值溶液的蒸气压下降值p为为 p =pA*p 水水糖水糖水pA*p溶液的蒸气压降低的原因：溶液的蒸气压降低的原因：o 溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上是溶溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。由于溶液中溶质分子占据了溶液的一液中溶剂的蒸气压。由于溶液中溶质分子占据了溶液的一部分表面，阻碍了溶剂分子的蒸发，使达到平衡时蒸发出部分表面，阻碍了溶剂分子的蒸发，使达到平衡时蒸发出来的溶剂分子数减少，产生的压力降低。来的溶剂分子数减少，产生的压力降低。o 比较不同浓度溶液的蒸气压
12、。显然，浓度越大，溶液的比较不同浓度溶液的蒸气压。显然，浓度越大，溶液的蒸气压越低。蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？蒸气压越低。蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？拉乌尔定律：拉乌尔定律：在一定温度下在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降（气压下降（PP）与溶质的物质的量分数）与溶质的物质的量分数(X(XB B)成正成正比比,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。p=pA*XB 2.溶液的沸点升高和凝固点降低溶液的沸点升高和凝固点降低 o 沸点：液体蒸气压等于外沸点：液体蒸气压等于外界大气压力时的温度。界大气压力时的温度。o 凝固点：物质的液相蒸气凝固点：物质
13、的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的压和固相蒸气压相等时的温度温度,即固相和液相平衡共即固相和液相平衡共存时的温度。存时的温度。右图：右图：3条曲线：条曲线：AB（水的蒸气（水的蒸气压曲线），压曲线），AB（溶液的蒸气压（溶液的蒸气压曲线），曲线），AA(冰的蒸气压曲线）冰的蒸气压曲线）o 由上图可以看出，溶液的蒸气压下降，导致由上图可以看出，溶液的蒸气压下降，导致溶液的沸点升高、凝固点降低。溶液的沸点升高、凝固点降低。o 定量关系定量关系:bbbbBTTTK bffffBTTTK b Kb沸点升高常数沸点升高常数 ;Kf 凝固点降低常数凝固点降低常数 Kb,Kf只与溶剂的性质有关，单位：只与溶剂
14、的性质有关，单位：0Ckg/mol 或或Kkg/mol。因此，因此，难挥发难挥发非电解质非电解质稀溶液稀溶液的沸点上升和凝的沸点上升和凝固点下降与溶液的固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关本性无关。日常生活中的应用日常生活中的应用:如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？如：植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降因为细胞液是溶液，溶液的蒸汽压下降(抗旱性），抗旱性），溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）溶液的凝固点降低（耐寒，不致结冰冻坏）又如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇又如：冬天在汽车水箱里加少量甘油或
15、乙二醇，防止水，防止水箱里的水结冰（防冻剂等）箱里的水结冰（防冻剂等）3、溶液的渗透压、溶液的渗透压蔗糖溶液蔗糖溶液纯水纯水渗透压半透膜 产生渗透压示意图产生渗透压示意图o渗透作用渗透作用:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。作用。o渗透压渗透压:为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小压力称为为了阻止渗透作用而施加于溶液的最小压力称为该溶液的渗透压。该溶液的渗透压。o范特霍夫定律范特霍夫定律：非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度非电解质稀溶液的渗透压与溶液物质的量浓度(C)和温度和温度(T)成正比成正比,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。
16、=CBRT 产生渗透压的条件产生渗透压的条件：存在半透膜；半透膜两侧溶液浓度不同。：存在半透膜；半透膜两侧溶液浓度不同。渗透作用的应用：渗透作用的应用：o 测定大分子的测定大分子的M(B).o 动植物生理：如植物体内水分传导，动物溶血，动植物生理：如植物体内水分传导，动物溶血，输血（等渗溶液），合理施肥，淡水鱼在海水中养输血（等渗溶液），合理施肥，淡水鱼在海水中养殖会使鱼脱水。殖会使鱼脱水。o 海水淡化，污水处理（反渗技术）。海水淡化，污水处理（反渗技术）。按分散质粒子直径大小不同分为三类：按分散质粒子直径大小不同分为三类：分散介质分散介质 分散相分散相 名称名称 实实 例例 液液 气气 液液
17、 固固 液溶胶液溶胶 肥皂泡沫肥皂泡沫 含水原油，牛奶含水原油，牛奶 金溶胶，泥浆，油墨金溶胶，泥浆，油墨 固固 气气 液液 固固 固溶胶固溶胶 浮石浮石,泡沫玻璃泡沫玻璃 珍珠珍珠 某些合金，染色的塑料某些合金，染色的塑料 气气 液液 固固气溶胶气溶胶 雾，油烟雾，油烟 粉尘，烟粉尘，烟13 胶体胶体一、胶体的性质一、胶体的性质 1、光学性质（丁达尔现象）、光学性质（丁达尔现象）粒子粒径大于照射光的波长时，粒子表面反射光；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。粒径略小于波长时，发生散射成乳光。2.动力学性质动力学性质(布朗运动布朗运动)3.溶胶的电学性
18、质溶胶的电学性质电泳：电泳：在外电场作用下，在外电场作用下，胶粒向电极移动的现象。胶粒向电极移动的现象。电渗：在外电场作用下，限制胶粒不能移电渗：在外电场作用下，限制胶粒不能移动，而液体介质发生定向移动的现象。动，而液体介质发生定向移动的现象。胶粒带电的原因胶粒带电的原因：n 1、胶粒在溶液中选择性吸附与胶粒组成有关的粒子。、胶粒在溶液中选择性吸附与胶粒组成有关的粒子。n 2、胶粒表面的分子电离，一种离子脱离胶粒进入溶液，、胶粒表面的分子电离，一种离子脱离胶粒进入溶液，另一种离子留在胶粒表面。另一种离子留在胶粒表面。如 Fe(OH)3溶胶：Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-
19、胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 电位离子电位离子:能使固体表面带电的离子称为电位离子。能使固体表面带电的离子称为电位离子。反离子反离子:溶液中与电位离子带相反电荷的离子称为反离子。溶液中与电位离子带相反电荷的离子称为反离子。二、溶胶的结构二、溶胶的结构Fe(OH)3mnFeO+(n-x)Cl-x+xCl-胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 胶粒胶粒 胶核胶核 吸附层吸附层 扩散层扩散层 胶团胶团()()xmAgInInx KxKI胶核胶核(AgI)(AgI)m mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+
20、K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+吸附层吸附层扩扩 散散 层层胶粒胶粒胶胶团团 胶团结构式：胶团结构式：（AgI）mnI-(n-x)K+X-xK+三、胶体的聚沉三、胶体的聚沉溶胶稳定的主要原因溶胶稳定的主要原因:o（1）胶粒间同种电荷的排斥作用）胶粒间同种电荷的排斥作用o（2）胶粒的溶剂化作用）胶粒的溶剂化作用o（3）胶粒的布朗运动）胶粒的布朗运动 1.溶胶的稳定性溶胶的稳定性2.溶胶的聚沉溶胶的聚沉(1)电解质的聚沉作用电解质的聚沉作用o 中和了胶粒的电荷中和了胶粒的电荷o 破坏了胶粒的溶剂化膜破坏了胶粒的溶剂化膜 电解质聚沉能力的大小电解质聚沉能力的大小:聚沉能力聚沉能力主要取决
21、于与胶粒带相反电荷的离子主要取决于与胶粒带相反电荷的离子的价数。价数越高的价数。价数越高,聚沉能力越强。聚沉能力越强。同价离子的同价离子的聚沉能力聚沉能力随离子水化半径的增大而随离子水化半径的增大而减小。减小。聚沉值聚沉值:使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所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。需电解质的最低浓度。聚沉值聚沉值越小越小,聚沉能力聚沉能力越越强。强。(2)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破坏胶体的主要原因加热能破坏胶体的主要原因:o 胶粒运动加剧胶粒运动加剧,碰撞机会增多。碰撞机会增多。o 胶粒所带电量减少。胶粒所带电量减少。(3)溶胶的相互
22、聚沉溶胶的相互聚沉聚沉的主要原因聚沉的主要原因:胶粒所带电荷被中和。胶粒所带电荷被中和。应用：应用：o、土壤中的、土壤中的Fe(OH)3、Al(OH)3等正电溶胶等正电溶胶和粘土、腐殖质等负电溶胶互相聚沉，对土壤胶和粘土、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；粒的结构有重要影响；o、明矾的净水作用：明矾溶于水，水解形成、明矾的净水作用：明矾溶于水，水解形成Al(OH)3溶胶，结构为溶胶，结构为 Al(OH)3mn Al3+（n-x）SO42-2x+x SO42-;胶粒带正电，而天然水中的悬胶粒带正电，而天然水中的悬浮粒子一般带负电荷。浮粒子一般带负电荷。四、大分子溶液和凝胶四、
23、大分子溶液和凝胶o相对分子质量大于相对分子质量大于104的物质称为大分子物质。分天然和合成的物质称为大分子物质。分天然和合成两大类两大类.o与溶胶相同点与溶胶相同点:大分子的分子大小与胶粒大小相近，扩散速度慢，大分子的分子大小与胶粒大小相近，扩散速度慢，不能透过半透膜等。不能透过半透膜等。o与溶胶不同点与溶胶不同点:单相的热力学稳定体系单相的热力学稳定体系,溶解的可逆性。不像溶溶解的可逆性。不像溶胶那样容易聚沉。胶那样容易聚沉。o盐析盐析:加大量的电解质，使大分子物质从水溶液中析出加大量的电解质，使大分子物质从水溶液中析出.o保护作用保护作用:在容易聚沉的溶胶中，加入适量的大分子物质溶液在容易
24、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（如动物胶、蛋白质等），可以大大地增加溶胶的稳定性.o凝胶凝胶:特殊的分散体系。由胶体粒子或线型大分子之间互相连接，形特殊的分散体系。由胶体粒子或线型大分子之间互相连接，形成立体网状结构，大量的溶剂分子被分隔在网状结构的空隙中而失去成立体网状结构，大量的溶剂分子被分隔在网状结构的空隙中而失去流动性所形成的。流动性所形成的。o性质介于固体和液体之间。性质介于固体和液体之间。o呈固体或半固体状，和真正的固体不完全一样，内部结构的强度往往呈固体或半固体状，和真正的固体不完全一样，内部结构的强度往往很有限，易破坏。很有限，易破坏。o形成凝胶的过程称为胶凝。胶凝过程就是网状结构形成和加固的过程。形成凝胶的过程称为胶凝。胶凝过程就是网状结构形成和加固的过程。o如食品中的粉皮、奶酪，动物体的皮肤、肌肉，甚至淤泥，土壤等都如食品中的粉皮、奶酪，动物体的皮肤、肌肉，甚至淤泥，土壤等都可看作凝胶。可看作凝胶。
