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1、第1章物质的聚集状态Chapter 1 Collective State of Matter 1. 掌握理想气体基本方程，了解实际气体的范 德华方程式； 2. 掌握物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分 数、质量分数的有关计算 ；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 ；本章教学要求5. 5. 了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的基本概念和特征。基本概念和特征。 1-1 分散系 1-2 气体 1-3 溶液的浓度 1-4 非电解质稀溶液的依数性1-5 胶体溶液1-6 高分子溶液和乳浊液1-7 电解质溶液1-1 1-1 分散系分
2、散系二、分散系的分类：一、分散系的概念：1-1 1-1 分散系分散系一种或几种物质分散成微小的粒子分 布在另一种物质中所构成的系统称为分散系 (disperse system)。被分散的物质称分散质(disperate)，亦 称分散相(disperated phase)；起分散作用的物质称为分散剂 (dispersant)，亦称分散介质(dispersing medium)。一、分散系的概念：1-1 1-1 分散系分散系气气（空气） 气液（汽水） 气固（浮石）液气（云、雾） 液液（牛奶） 液固（肉冻）固气（烟、尘） 固液（溶液） 固固（合金） 二、分散系的分类：1.按聚集状态分100 nm 粗
3、分散系（悬浊液、乳浊液）2.按分散质粒子的大小分1-1 1-1 分散系分散系1-2 1-2 气体气体一、理想气体状态方程二、道尔顿分压定律三、分体积定律四、实际气体1-2 1-2 气体气体一、理想气体状态方程v气体的最基本特征：可压缩性和扩散性。v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(ideal gas)。 理想气体实际上不存在。低压(低于数百千帕)、高温(高于273K)的条件下的 气体可近似看作理想气体，理想气体是实际气体的 一种极限情况。1-2 1-2 气体气体R=8.314(Pam3mol-1K-1)=8.314(kPaLmol-1K-1)=8. 314(Jmol
4、-1K1) 理想气体状态方程式pV nRTR-摩尔气体常数1-2 1-2 气体气体二、道尔顿分压定律分压：组分气体i 在相同温度下占有与混合气体 相同体积时所产生的压力，叫做组分气体i 的 分压。组分气体：理想气体混合物中每一种气体。1-2 1-2 气体气体混合气体的总压等于混合气体中各组分 气体分压之和。分压定律：p = p1 + p2 + 或 p = pi分压的求解：x i i 的摩尔分数, 表示某组分的物质的量 占混合物中总物质的量 的分数。分体积： 1-2 1-2 气体气体三、分体积定律混合气体中某一组分i的分体积Vi是该组份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-
5、2 1-2 气体气体在温度、压力一定的情况下，混合气体的体 积等于组成该混合气体的各组分的分体积之和。 气体分体积定律（law of partial volume）VV1V2Vi RExample：25时，装有0.3 MPa O2的体积为 1L的容器，与装有0.06 MPa N2的体积为2L的容器用旋塞连接。打开旋塞，待两边气体混 合后，计算：R（1）O2、N2的物质的量；R（2） O2、N2的分压；R（3）混合气体的总压力；R（4） O2、N2的分体积。R解：（1）混合前后气体物质的量并没有发生变化：R （2）O2、N2的分压是它们各自单独占有3L时所产生的压力：R当O2由1L增加到3L时，
6、R当N2由2L增加到3L时，R（3）混合气体的总压力为：R p= p(O2)+p(N2) =0.1+0.04=0.14MPa R （4）O2、N2的分体积：范德华方程式（van der Waals equation） 1-2 1-2 气体气体四、实际气体（real gas） 分子间有相互作用，分子本身也具有一定 的体积，因而实际气体不符合理想气体模型。 a和b称为范德华常数。 常数a用于校正压力；b用于修正体积。 均可由实验确定。 常数a值随沸点（boiling point）升高而增大，常 数b大致等于气体在液态时的摩尔体积。1-2 1-2 气体气体气体a / L2kPamol-2b /Lmo
7、l-1沸点/液态的摩尔体积 /Lmol-1He H2 O2 N2 CO2 C2H2 Cl23.457 24.76 137.8 140.8 363.9 444.7 657.70.023 70 0.026 61 0.031 83 0.039 13 0.042 67 0.051 36 0.056 22-269 -253 -183 -196 -7(升华) -104 -340.027 0.029 0.028 0.035 0.040 0.0541-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度一、物质的量浓度二、质量摩尔浓度三、摩尔分数四、质量分数五、几种溶液浓度之间的关系 1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度广义地说
8、，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 液气态溶液(空气)液态溶液：(酸、碱)固态溶液 (合金)溶质溶剂溶液的浓度：是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量 。定义：1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度一、物质的量浓度 (amount-of-substance concentration)单位体积溶液中所含溶质的物质的量，用符号 cB表示，单位是molL-1或moldm-3。cB = nBV 注意: 使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。基本单元（basic cell）1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度指系统（system）中的基本组分，它既可
9、以是分子 、原子、离子、电子及其他粒子，也可以是这些粒子的 特定组合，还可以指某一特定的过程或反应，如O2、 (H2SO4)、(H2+ O2) 等。ExampleExample：c(KMnO4)=0.10molL-1 与c(1/5KMnO4) =0.10molL-1的两个溶液。它们所表示1 L溶液中所含KMnO4的物质的量是不 同的，前者是0.10mol， 后者为0.020mol。1mol Na3PO4与3mol (1/3 Na3PO4 ) 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？（同学们思考回答）Question 1基本单元基本单元 数质量摩尔质量前者Na3PO4
10、1 mol 相同前者是后者的3 倍后者1/3 Na3PO43 mol定义：1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度二、质量摩尔浓度 (molality )单位质量的溶剂中含有溶质B的物质的量 ，用 符号bB表示，单位是molkg-1 。bB = nBmA 定义：1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度三、摩尔分数 (mole fraction )混合系统（溶液）中某组分B的物质的量占全部 系统（溶液）的物质的量的分数，用符号xB表示， 量纲是1。xB = nBn定义：1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度四、质量分数 (mass fraction )混合系统中，某组分B的质量占混合物的总质量 的分数，用
11、符号wB表示，量纲是1。wB = mBm1-3 1-3 溶液的浓度溶液的浓度五、几种溶液浓度之间的关系 1.物质的量浓度与质量分数 2.物质的量浓度与质量摩尔浓度 1-4 1-4 非非电解质电解质稀溶液的依数性稀溶液的依数性一、溶液的蒸气压下降二、溶液的凝固点下降三、溶液的沸点上升四、溶液的渗透压1-4 1-4 非非电解质电解质稀溶液的依数性稀溶液的依数性第一类：与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜 色等。 第二类：与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质，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
12、透压粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。溶液的性质初始： V蒸发 V凝聚平衡： V蒸发 = V凝聚一、溶液的蒸气压下降气液两相平衡蒸发H2O(l) H2O(g)凝聚 纯水的蒸气压示意图蒸发凝聚1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性饱和蒸气压：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。1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性Problem：在纯溶剂中加入难挥发的物质（比如在水中加入
13、定量的蔗糖）以后，溶液的蒸气压又会如何变化呢？在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同 T 下的p纯溶剂 ，即溶液的蒸气压下降。蒸气压下降值p=p纯p液。1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性p液 nB nA + nB nAnB p pA* nA nAmA/MAnB nB p pA* pA* MA nA mAnBp pA* MA Kb(B ) mA1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性定义： K蒸 =p* MA K蒸与溶剂、T有关的常数同一温度，溶剂不同，其K蒸不同；同一溶剂，温度不同，其K蒸也不同。溶剂温度/Kp*/kpa Mak
14、g/molK(kPakg/mol ) H2O2983.170.0180.057 H2O2932.330.0180.042 C6H629813.30.0781.041-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性二、溶液的凝固点下降凝固点(freezing point)：在一定的外压下，溶液与固体纯溶剂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) 凝固点下降(freezing point depression)：难挥发非电解质稀溶液的凝固点总比纯溶剂低的现象。H2O（S）H2O（l）p(H2O,l)=610.6Pa=p(H2O,s)时对应的温度为0。1-4
15、1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性实验证明，溶液的凝固点下降值与溶液的 质量摩尔浓度成正比： Kf ：摩尔凝固点下降常数，与溶剂的本性有 关，而与溶质的本性无关，K kg mol -1。常 见溶剂的Kf 值见教材12页表1-3。 bB：溶质的质量摩尔浓度， molkg-1。1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性三、溶液的沸点上升沸点(boilling point)：液体的蒸气压等于外界大气压力时液体对应的温度。纯水：p外 = 101.3kPa，t纯水 = 100.沸点上升(boilling point rise)：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点的现象。1-4 1-4 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性根本原因：蒸汽压下降 p溶液 bHAC b糖 ，bB越大， Tfp越低。 因此,凝固
