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1、绪论0.1 化学是21世纪的中心学科波义耳把化学确立为科学，明确提出“化学的对象和任务就是寻找和认识物质的组成和性质”；1777年，拉瓦锡提出燃烧的氧化学说；1811年，阿伏伽德罗提出分子假说；1807年，道尔顿建立原子论，合理地解释定组成定律和倍比定律，为化学新理论的诞生奠定基础；1869年，门捷列夫提出元素周期律，形成较为完整的化学体系；1913年，丹麦科学家玻尔把量子概念引入原子结构理论，量子力学的建立开辟了现代原子结构理论发展的新历程。0.2 化学与化学的分支学科化学可分为四大分支学科：无机化学、有机化学、物理化学和分析化学。无机化学是化学学科中发展最早的一个分支学科；有机化学是最大的
2、化学分支学科。0.4学习无机及分析化学的预备知识0.4.1 分压定律科学上常用理想气体状态方程式描述气体的行为：PV=nRT式中：R为摩尔气体常量，R=8.314Jmol-1K-1一定温度下，某组分气体占据与混合气体相同体积时所具有的压力称为该组分气体的分压。混合气体总压力是由各组分共同产生的。 P(总)= P(A)+ P(B)+ P(C)+式中：P(总)为混合气体的总压；P(A)、P(B)、P(C)分别为混和气体中A、B、C组分气体的分压。该式就是道尔顿分压定律的数学表达式。它表明“一定温度、一定体积条件下，混合气体的总压等于各组分气体分压之和”。 式中：X(B)为B组分气体的摩尔分数，则P
3、(B)=P(总) x(B)定温条件下，某组分气体的分压与混合理想气体总压相同时，其单独占据的体积称为该组分气体的分体积。混合气体的总体积是各组分气体分体积的加和，称为分体积定律。V(总)=V(A)+V(B)+V(C)+ V(总)= V(B)=X(B) V(总) V(B)=X(B) V(总)0.4.2 有效数字对数数值的有效数字位数只取决于小数部分的位数，整数部分代表该数为10的多少次方，起定位作用。例如，PH=4.30，只有两位有效数字，表示c(H+)=5.010-5molL-1。化学计算中的自然数、倍数、分数、系数等，非测量所得，可视为无误差数字，其有效数字的位数是无限的。有效数字的修约规则
4、是“四舍六入五留双”。当尾数4时则舍；当尾数6时则入；当尾数等于5时，若“5”前面为偶数（包括零）则舍，为奇数则入，总之保留偶数。当几个数相加减时，保留有效数字的位数以绝对误差最大或以小数点后位数最少的那个数为标准。当几个数相乘除时，保留有效数字的位数以相对误差最大或通常以有效数字位数最少的那个数为标准。应当指出，当几个数相乘或相除时，如果位数最少的数的首位是8或9，则有效数字位数可多算一位。例如，0.91.26，可将0.9看成两位有效数字，因为0.9与两位有效数字1.0的相对误差相近，因此0.91.26=1.2。对于高含量组分（10%）的测定，化学分析中用到的分析天平和滴定管等仪器测定结果一
5、般有四位有效数字，则要求分析结果有四位有效数字（如19.36%）；对于中含量组分（1%10%）的测定，一般要求三位有效数字（如5.74%），对于微量组分（1%）的测定，一般要求两位有效数字（如0.56%）。此外，在表示误差时，一般只取一位有效数字，最多取两位有效数字。第1章 分散体系1.1溶液被分散的物质称为分散质（又称分散相）；起分散作用的物质称为分散剂（又称分散介质）。分散系类型分散质粒子直径分散质主要性质实例分散系分散质分散剂小分子或离子分散系100nm分子的大聚集体多相，不稳定，扩散很慢，颗粒不能透过滤纸泥浆泥土H2O均相：在体系内部物理性质和化学性质完全相同且均匀的部分称为相。基本单
6、元时系统组成物质的基本组合，用符号“B”表示，B既可以时分子、原子、离子、电子及其他粒子，也可以是这些粒子的特定组合。溶液中溶质B的物质的量除以溶剂的质量为溶质B的质量摩尔浓度，用“b(B)”表示，即b(B)= 式中：b(B)的SI单位为molkg-1质量摩尔浓度b(B)的数值不随温度变化。溶剂是水的稀溶液，b(B)与c(B)的数值近似相等。溶液中溶质B的物质的量与混合物的物质的量之比称为组分B的摩尔分数，用“x(B)”表示，其量纲为1，即x(B)=。若溶液由A和B两种组分组成，溶质物质的量为n(B)，溶剂的物质的量为n(A)则x(A)= x(B)= 显然，溶液各组分物质的摩尔分数之和等于1，
7、即x(A)+X(B)=1。若溶液由多种组分组成，则xi=1.1.2稀溶液的依数性溶液的性质有两类：一类是由溶质的本性决定的，如密度、颜色、导电性、酸碱性等；另一类性质是由溶质粒子数目的多少决定的，如溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升高、溶液的凝固点下降和溶液的渗透压等。这些性质均与溶质粒子数目多少有关，而与溶质的本性无关，称为依数性。任何纯液体在一定温度下都有确定的蒸气压，且随温度的升高而增大。当纯溶剂溶解一定量难挥发溶质（如蔗糖溶于水中，萘溶于苯中）时，在同一温度下，溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压。这种现象称为溶液的蒸气压下降，即p=p*-p 式中：p为溶液的蒸气压下降值；p*为纯溶剂的蒸气
8、压；p为溶液的蒸气压。显然，这里所说的溶液的蒸气压，实际是指溶液中溶剂的蒸气压（因为溶质是难挥发的）。溶液蒸气压下降的原因是溶质分子占据着一部分溶剂分子的表面，在单位时间内逸出液面的溶剂分子数目相对减少。因此达到平衡时，溶液的蒸气压必定低于纯溶剂的蒸气压，且浓度越大，蒸气压下降越多。拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质B的摩尔分数成正比，即p=p*-x(B) p=Kb(B),K= p*M(A)所以拉乌尔定律又可以表述为，在一定温度下，难挥发电解质稀溶液的蒸气压下降，近似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。当溶质是挥发性的物质时（如乙醇加入水中），p=
9、Kb(B)仍适用，只是p代表的是溶剂的蒸气压下降，不能表示溶液蒸气压的变化（因乙醇也易于蒸发，所以整个溶液的蒸气压等于水的蒸气压与乙醇蒸气压之和）。当溶质是电解质时，溶液的蒸气压也下降，但不遵循该式。水的沸点是373.15K（100）。 降低沸点：加入少量难挥发的非电解质。溶剂沸点Tb /KKb/(Kkgmol-1)凝固点Tf/ K/(Kkgmol-1)水373.150.512273.151.86欲使溶液沸腾，必须升高温度，直到溶液的蒸气压正好等于外界压力（101.3kpa）时，溶液才能沸腾，因此溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。溶液的沸点升高（Tb）等于溶液的沸点（Tb*）之差: Tb= Tb
10、- Tb*溶液沸点升高的根本原因是溶液的蒸气压下降。溶液越浓，蒸气压越低，沸点升高越多。Tb= Kbb(B) 式中：Kb称为沸点升高常数，这个数值只取决于溶剂，而与溶质无关。不同的溶剂有不同的Kb值。溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf*，这种现象称为溶液的凝固点下降，即有Tf= Tf *- Tf。溶液的凝固点下降的原因也是溶液的蒸气压下降。溶液越浓，溶液的蒸气压下降越多，凝固点下降越大。非电解质稀溶液的凝固点下降近似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比即Tf= Kfb(B) 式中：Kf称为凝固点下降常数。Kb和Kf的数值均不是在b(B)=1molkg-1时测定的，因为许多物质当其质量摩尔浓度
11、远未达到1molkg-1时，拉乌尔定律已不适用。此外，还有许多物质的溶解度很小，根本不能形成1molkg-1的溶液。用途：植物体内细胞中具有多种可溶物（氨基酸、糖等），这些可溶物的存在，使细胞的蒸气压下降，凝固点降低，从而使植物表现出一定的抗旱性和耐寒性。根据凝固点下降的原理，人们常用冰盐混合物作冷冻剂。汽车的水箱中加入甘油或乙二醇等物质，可防止水箱在冬天结冰而胀裂。半透膜（一种溶剂分子可通过、溶质分子不能通过）。为了维持渗透平衡而向溶液上方施加的最小压力称为溶液的渗透压。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。如果半透膜的两侧溶液的浓度不相等，其渗透压不等，则渗透压
12、高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。范特霍夫指出在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的渗透压与溶质B的物质的量浓度成正比，即v=n(B)RT =C(B)RT 式中：为渗透压，单位为kpa。当水溶液很稀时，则有=b(B)RT渗透作用的应用：人体内血管输液时，应输入等渗溶液。1.3电解质溶液大多数强酸的分子具有很强的极性。电解质稀溶液的各项依数性值，都比根据拉乌尔定律计算的数值大得多，这种现象称为电解质的“反常行为”。电解质稀溶液依数性偏大的原因，是电解质在水溶液中能够全部离解，使同浓度的电解质溶液比非电解质溶液含有更多的溶质粒子数。1.4胶体溶液如果两相中有一个是气相，则这个界面习惯上称为表
13、面。分散质分散得越细，总表面积就越大。分散系的分散度常用比表面表示，比表面越大，分散度越大。比表面是物质所具有的表面积除以体积，即S0= 式中：S0为比表面；A为表面积；V为总体积。胶体分散系是分散程度很高的体系，具有很大的比表面。在胶体分散系中，分散质颗粒具有很大的总表面积，故相应地具有很大的表面能。活性炭、骨炭和硅胶等都具有吸附能力。吸附是一个放热过程，所放出的热称为吸附热。固体在溶液中的吸附包括分子吸附、离子吸附和离子交换吸附。分子吸附：一般规律是相似相吸，即极性的吸附剂容易吸附极性溶质或溶剂；非极性的吸附剂容易吸附非极性的溶质或溶剂。吸附剂与溶剂的极性相差越大，而和溶质的极性相差越小，
14、则吸附剂在溶液中对溶剂的吸附量越少，对溶质的吸附量就越大。（例如活性炭能脱去水中的色素而不易吸附水；但活性炭不能使苯溶液褪色）离子吸附：离子吸附又分为离子选择吸附和离子交换吸附。离子选择吸附：被吸附的是电位离子，而另外一个过量离子则为反离子。离子交换吸附：吸附剂从电解质溶液中吸附某种粒子的同时，将吸附剂表面上的同号离子等电量的置换到溶液中去的过程称为离子交换吸附或离子交换，且离子交换吸附是一个可逆的过程。丁铎尔效应：在与光路垂直的方向可以清楚地看见一条发亮的光柱。丁铎尔效应就是光的散射现象，粗分散系主要发生光的反射。溶胶粒子的布朗运动：溶胶粒子会发生不断改变方向和速度的布朗运动，且溶胶粒子的布
15、朗运动导致它具有扩散作用，虽然扩散较慢。电泳：在外加电场下，溶胶粒子在分散剂中的定向移动称为电泳。（同极相斥，异极相吸）电渗：在外加电场下，固相不动，分散剂定向移动的现象称为电渗。（同极相吸，异极相斥）溶胶的电泳和电渗统称为电动现象。Fe(OH)3溶胶带正电荷；As2S3溶胶粒子带负电荷。溶胶粒子带电的原因：1.吸附作用（主要）、2.离解作用溶胶具有扩散双电子层结构，胶团内部反离子的电荷总数与电位离子的电荷总数相等，故胶团是电中性的。显然，胶粒内部反离子的电荷总数小于电位离子的电荷总数，因此胶粒是带电的，并且电荷符号必定与电位离子相同，而扩散层带相反电荷。布朗运动和扩散作用阻止了胶粒的下沉，说明溶胶具有动力学稳定性。但溶胶是高度分散的多相体系，具有很大的表面能，即溶胶
