第1章-物质的聚集状态

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1、1,第一章 物质的聚集状态 Collective State of Matter,1.1 分散系 1.2 气体 1.3 溶液浓度的表示方法 1.4 稀溶液的通性 1.5 胶体溶液 1.6 高分子溶液和乳浊液,2,学习要求 1.了解分散系的分类及主要特征。 2.掌握理想气体状态方程式和气体分压定理。 3.掌握稀溶液的通性及其应用。 4.熟悉胶体的基本概念、结构及其性质等。 5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液 的基本概念和特征。,无机及分析化学 第一章,3,分散系（disperse system）: 由一种或多种物质 分散在另一种物质中形成的混合体系。,分散相(dispersion phas

2、e) 分散系 分散介质(dispersion medium) 分散相和分散介质以是固体、液体或气体。,1.1 分散系,无机及分析化学 第一章,4,表 1-1 按聚集状态分类的各种分散系 分 散 质 分 散 剂 实 例 气 气 空气、家用煤气 液 气 云、雾 固 气 烟、灰尘 气 液 泡沫、汽水 液 液 牛奶、豆浆、农药乳浊液 固 液 泥浆、油漆、墨水 气 固 泡沫塑料、木炭、浮石 液 固 肉冻、硅胶、珍珠 固 固 红宝石、合金、有色玻璃,无机及分析化学 第一章,5,无机及分析化学 第一章,表 1-2 按分散相粒子大小分类的各种分散系 分散相 分散系类型 分散相 主要性质 粒子直径/nm 100

3、 乳浊液 分子的大集合体 多相,不稳定,扩散很慢 悬浮液 颗粒不能透过滤纸,胶体分散系,溶液,粗分散系,6,相：系统中任何一个均匀的部分称为一个相，在同 一相内具有相同的物理性质和化学性质。 单相系统：只含有一相，是均匀的。 多相系统：多于一相的系统叫多相系统。 说明：相与组分不同，相与物态不同，通常两相 之间有明确的界面分开 气态混合物均为一（单）相。液态混合物视互溶 与否分一、二、三相。 固态混合物有多少种纯固体物质，即有多少相。,无机及分析化学 第一章,7,1.2 气体,1.2.1 理想气体状态方程,p 气体的压力 ，单位为Pa V 气体的体积，单位为m3 n 气体的物质的量，单位为mo

4、l R 摩尔气体常数，8.314Jmol-1L-1 T 气体的热力学温度，单位为K,压力不太高、温度不太低，体积和分子间的作用力可以忽略,适用条件,无机及分析化学 第一章,8,1.2.2 道尔顿分压定律,由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的作用力很小，所以气体具有两大特征，即扩散性和可压缩性，任何气体都可以均匀充满它所占据的容器。 如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。 分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力。,无机及分析化学 第一章,9,分压定律(law of partial pressur

5、e):混合气体 的总压等于组成混合气体的各组分 气体的分压之和。,p 气体的总压 pB 组分气体B的分压,(1-2),无机及分析化学 第一章,10,(1-2a),(1-2b),两式相除，得,(1-3),将组分气体B的摩尔分数xB=nB/n代入，得,(1-4),无机及分析化学 第一章,11,(1-5),将式(1-5)代入式(1-3)，得,(1-6),在同温同压状态下,无机及分析化学 第一章,分压定律只适用于理想气体混合物，但对压力不太高的真实混合气体，在温度不太低的情况下也可以使用。,12,外加例题：在250C与101 kPa 压力下，已知丁烷气中 有1.00%(重量)的H2S , 求: H2S

6、 和C4H10 的分压力。,解：设现有1 公斤丁烷气，则其中：,n(H2S) =,n(C4H10) =,P(H2S) =,P(C4H10 ) =,13,广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液。,溶液的浓度：是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量。 由于“溶质的量”可取物质的量、质量、体积，溶液的量可取质量、体积，溶剂的量常可取质量、体积等，所以在实际生活中我们所遇到的浓度的表示方法是多种多样的。,1.3 溶液浓度的表示方法,14,1.3.1 物质的量浓度 cB 溶质B的物质的量浓度 ，单位为molL-1 nB 溶质B的物质的量，单位为mol V 混合物

7、的体积，单位为L,无机及分析化学 第一章,(1-7),15,注意: 使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。,例： c(KMnO4)=0.10molL-1 c(1/5KMnO4)=0.10molL-1的两个溶液。 两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1 L溶 液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克， 后者为3.16克。,无机及分析化学 第一章,16,1mol H3PO4与3mol (1/3 H3PO4 )的基本单元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？摩尔质量比是多少？,Question,17,无机及分析化学 第一章,1.3.2 质量摩尔浓度,bB 溶质B的质量摩尔浓度，单

8、位为molkg-1 nB 溶质B的物质的量，单位为mol mA 溶剂A的质量，单位为kg,质量摩尔浓度与温度无关,(1-8),18,无机及分析化学 第一章,1.3.3 质量分数,mB 物质B的质量 m 混合物的质量 B的质量分数，量纲为1,摩尔分数,(1-9),19,【例】：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）NaCl饱和溶液的质量分数，（2）物质的量浓度，（3）质量摩尔浓度，（4）饱和溶液中NaCl和H2O的摩尔分数。,(2) NaCl饱和溶液的物质的量浓度为：,解：(1) NaCl饱和溶液的质量分数为：,

9、20,(3) NaCl饱和溶液的质量摩尔浓度为：,（4）NaCl饱和溶液中,21,无机及分析化学 第一章,1.3.4 几种溶液浓度之间的关系,1. 物质的量浓度与质量分数 cB 溶质B的量浓度 溶液的密度 溶质B的质量分数 MB 溶质B的摩尔质量,22,无机及分析化学 第一章,2物质的量浓度与质量摩尔浓度,cB 溶质B的物质的量浓度 溶液的密度 m 溶液的质量 nB 溶质B的物质的量,若系统为二组分系统，且B组分含量较少，可认为,23,无机及分析化学 第一章,例 已知浓硫酸的密度1.84gmL-1,含硫酸为96.6%， 如何配制c(H2SO4)=0.10molL-1的硫酸溶液500mL?,解：

10、根据题意, 则有： 根据 C(B)V= C(B)V 则有 所以需量取2.8mL浓硫酸，将浓硫酸慢慢加入400 mL左右的蒸馏水中，然后稀释至500mL。,24,无机及分析化学 第一章,1.4 稀溶液的通性,对于难挥发的非电解质稀溶液而言，他们具 有一些共同的通性，或者称为依数性(colligative property) : 稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下 降和稀溶液的渗透压与溶液中溶质的独立质点数 有关，而与溶质的本身性质无关。,25,无机及分析化学 第一章,1.4.1 溶液蒸气压的下降,饱和蒸气压（saturated vapor pressure）,简称蒸气压(po) ：将一种纯液

11、体（纯溶剂）置于一个密封 容器中，当蒸发速率与凝聚速率相 等时，液体上方的蒸气所具有的压 力称为溶剂在该温度下的饱和蒸气 压。用符号 po表示。,在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p总是小于同 T 下的po ，即溶液的蒸气压下降。蒸气压下降值p = pop。,26,p po，c 越大，p 越小， po - p的差值也越大。,纯溶剂,溶液,蒸汽压下降的原因：,27,无机及分析化学 第一章,拉乌尔定律,p =poA,法国物理学家拉乌尔(Roult F M) 在1887年总结出一条关于溶液蒸气压的规律。 p 溶液的蒸气压，单位为Pa； po 纯溶剂的饱和蒸气压，单位为Pa； A 溶剂的摩尔分

12、数。,28,无机及分析化学 第一章,由于 A十Bl，即 Al一B 所以 p = po（1-B）=po-p oB po-p = p oB p = po-p = p oB p 溶液蒸气压的下降值，单位为Pa B 溶质的摩尔分数 结论 : 在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液 的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成 正比。拉乌尔定律,29,沸点（bp） 液体的蒸气压等于外界压力时，液体 就会沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。 凝固点（fp）物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度。,1.4.2 溶液沸点升高和凝固点下降,30,无机及分析化学 第一章,图 11 溶液的沸点升高凝固点降低示意图,31,无机

13、及分析化学 第一章,Tb = KbbB Tb溶液沸点的变化值，单位为K或； bB溶质的质量摩尔浓度，单位为molkg-1; Kb溶液沸点上升常数，单位为Kkgmol-1或 kgmol-1, Kb只与溶剂的性质有关，而与 溶质的本性无关。不同的溶剂有不同的Kb 值 。,32,无机及分析化学 第一章,Tf 溶液凝固点下降值，单位为K或； bB溶质的质量摩尔浓度，单位为mo1kg-1； Kf 溶液凝固点下降常数，单位为Kkgmol-1 或 kgmol-1。 Kf只与溶剂的性质有关，而与 溶质的本性无关。,TfKfbB,33,冰和盐混合物常用作制冷剂：冰的表面总附有少量水，当撒上盐后，盐溶解在水中形成

14、溶液，由于溶液蒸气压下降，使其低于冰的蒸气压，冰就要融化。随着冰的融化，要吸收大量的热，于是冰盐混合物的温度就降低。采用NaCl和冰，温度最低可降到-22，用CaCl26H2O和冰最低可降到-55。 凝固点下降还可用来测定作为溶质的未知物的相对分子质量。,溶液凝固点下降的应用,34,无机及分析化学 第一章,思考题：难挥发的非电解质稀溶液在不断沸腾时， 它的沸点是否恒定？在冷却过程中它的凝固点是 否恒定？,否；不断沸腾的过程中，溶质浓度不断发生变化，由于依数性与溶液中溶质的质量摩尔浓度有关，因此，浓度的改变会使沸点不断发生变化。对于凝固点也是同理。,35,无机及分析化学 第一章,用测凝固点的方法

15、来估算溶质的相对分子质量。 例 有一质量分数为1.0%的水溶液,测得其凝固 点为273.05K计算溶质的相对分子质量。 解： 根据公式：Tf=KfbB 则有 所以有,36,无机及分析化学 第一章,即mB/mA1.0% 所以溶质的相对分子质量为183,由于该溶液的浓度较小，所以 mA+mBmA,37,无机及分析化学 第一章,1.4.3 溶液的渗透压,渗透(osmosis)：由物质粒子通过半透膜单向扩散的 现象。 半透膜(semipermeable membrane)：在两个不同浓 度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或 阻止某些粒子的物质。,渗透作用产生的条件： 半透膜存在；膜两侧溶液的浓度不相等。,38,无机及分析化学 第一章,图1-2 渗透压示意图,渗透压(osmosis pressure)：为维持只允许溶剂通过的 膜所隔