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1、第一章 气体、溶液和胶体,生态工程系,教学内容 1理想气体的状态方程和道尔顿分压定律 2溶液的浓度的各种表达方式； 3难挥发非电解质稀溶液的依数性； 4胶体的结构、性质、稳定性和聚沉。 重点： 1溶液的组成量度及非电解质稀溶液的 依数性及应用。 2胶团的结构及性质。,引言 气体、溶液与胶体在自然界普遍存在，如：我们熟悉的空气，人类呼吸氧气，江河湖海是自然界最大的水溶液体系；云、烟、雾、石油、细胞液等为胶体。它们与工农业生产和人类的生命活动密切相关。,概念 系统：人为的把要研究的对象称作系统。 相：体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分。 (1) 一个相里可以有一种物质，也可以有多种物质，如
2、食盐溶液，液相里有两种物质。 (2)一个系统里可以只有一个相（单相系统），也可以有几个相（多相系统）：,单相体系：如饱和食盐水、糖水等。 特点 ：溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面 多相体系：如不溶于水的泥浆溶液；水与油组成的体系等。 特点：各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。,一、分散系,分散质,分散剂,分散,分散系,（固、液、气态）,分散系,一种或几种物质以细小 的粒子分散在另一种物 质里所形成的体系。,分散质,被分散的物质。,分散剂,把分散质分散开来 的物质。,表1 按分散质颗粒大小分类的分散系,小于1nm(109) 分子离子 粒子能通过滤纸与半 NaCl 分散系 透膜，扩
3、散速度快 溶液,1100nm 胶体 粒子能通过滤纸但不 Fe(OH)3 能透过半透膜,扩散慢 溶胶 蛋白质 溶液,颗粒直径大小 类 型 主 要 特 征 实 例,大于100nm 粗 粒子不能通过滤纸不 豆 浆 分散系 能透过半透膜,不扩散 乳 汁,表2 按物质聚集状态分类的分散系,气 空 气 气 液 云、雾 固 烟、尘,气 泡沫塑料 固 液 珍 珠 固 有机玻璃,气 肥皂泡沫 液 液 牛 奶 固 Fe(OH)3溶胶、泥浆水,分散剂 分散质 实 例,第一节 气 体,理想气体状态方程式 道尔顿分压定律,理想气体： 分子不占体积 分子间无相互作用,低压 高温,实际气体： 分子有体积 分子间有相互作用,
4、（1）理想气体状态方程式,Boyle定律：17世纪中叶，波义尔的实验结果：温度恒定时，一定量气体的压力和它体积的乘积为恒量。 PV=nRT（理想气体状态方程式）。 Pv=nRT是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。,PV = constant,PV=nRT 其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为普适气体常量，T为绝对温度（T的单位为开尔文(字母为K)，数值为摄氏温度加273.15,如0即为273.15K）。当p，V，n，T的单位分别采用Pa(帕斯卡)，m3(立方米)，mol，K时，R的数值为8.31。该方程严格意义上来说只适用于理想气体。,（2）道尔顿分
5、压定律(1807),得出下列结论：某一气体在气体混合物中产 生的分压等于在相同温度下它单独占有整个容器 时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其 中各气体分压之和，这就是气体分压定律。,道尔顿分压定律主要是讨论混合气体中分压力与总压力的关系。其要点是： (1)混合气体的总压力等于各组成气体的分压 力之和 P总 = P1 + P2 + P3 + . （推导） 所谓分压力，就是指各组成气体在温度不变、单独占据混合气体所占的全部体积时，对器壁施加的压力。总压力就是各组分气体分压力总和。,(2)各组分气体的分压力等于其摩尔分数乘以总压力：PA= XAP （推导） 例1-1:在251K和97kPa下收
6、集得某干燥空气试样，经分析其中N2、O2、Ar的摩尔分数分为0.78，0.21，0.01，求试样在收集时各种气体的分压力？,第二节 溶液,分 散 系 溶 液 的 浓 度 电 解 质 溶 液,溶液：一种物质以分子、离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系叫溶液。分为电解质溶液和非电解质溶液通常不指明溶剂的溶液都是水溶液，简称为溶液。 一定量溶液或溶剂中所含的溶质的量即“溶液浓度”。根据“溶质的量”的不同表示方法及它在溶液或溶剂中的量，溶液的浓度可以用不同的方法来表示，常用的表示方法，质量摩尔浓度、物质的量浓度、质量分数和摩尔分数。,（1）物质的量浓度 溶液中溶质B的物质的量浓度是指溶
7、质B的物质的量除以混合溶液的体积。用符号cB表示，即： 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。单位为1mol。物质的量浓度的单位为molm3；常用单位为molL1。使用物质的量单位“mol”时，要指明物质的基本单元。基本单元的定义：系统中组成物质的基本组分，可以是分子、离子、电子等及其这些粒子的特定组合。如O2、(H2SO4)、（H2+ O2）。同一种物质，用不同的基本单元表示其浓度时，其浓度值不同。,（2）质量摩尔浓度 1000g（1kg）溶剂A中所含溶质B的物质的量，溶质B的物质的量除于溶剂A质量，称为溶质B的质量摩尔浓度。其数学表达式为： （SI单位为molkg-1 ）,（
8、3）摩尔分数 溶质B的物质的量与混合物总的物质的量之比，称为溶质B的摩尔分数，其数学表达式为： 对于一个两组分的溶液体系来说，溶质B的物质的量分数xB与溶剂A的物质的量分数xA分别为： 若将这个关系推广到任何一个多组分体系中，则：,4）质量分数 定义：混合体系中，溶质B的质量与混合物的质量之比，称为溶质B的质量分数，其数学表达式为： 例11 如何将25g NaCl配制成 为0.25的食盐溶液？ 解：,（5）体积分数 在相同的温度和压强下，混合气体中组分B单独占有体积除于混合气体总体积，叫做组分B的体积分数。 （6）其他浓度：比例浓度和ppm 、ppb,（7）溶液浓度间的换算 例1-3： 在10
9、0 mL水中，溶解17.1 g蔗糖（分子式为C12H22O11)，溶液的密度为1.0638g mL-1，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，摩尔分数各是多少？,第三节 溶液的依数性,溶液的性质,颜色、导电性、酸碱性,凝固点下降,沸点升高,渗透压,溶液的蒸气压下降,（1）溶液的蒸气压 初始： V蒸发 V凝聚 平衡： V蒸发 = V凝聚 在一定温度下，将纯液体放在密闭容器中当其蒸发速率与蒸汽凝聚成液态的速率相等V时，即蒸发与凝聚达到动态平衡，此时液面上部的蒸气量达到最大，称为饱和蒸气，饱和蒸气所产生的压力叫饱和蒸气压。,在一定温度下，任何纯溶剂都有一定的饱和蒸气压（p*）。 易挥发性物质：蒸气压大
10、 难挥发性物质：蒸气压低 固体也会蒸发，也有蒸气压,如果在纯溶剂中加入一定量的非挥发性溶质，溶剂的蒸气压就会发生改变。实验证明，在相同的温度下，当把难挥发的非电解质溶质加入溶剂形成溶液后，稀溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。,实验测定25C时： 水的饱和蒸气压: p (H2O) = 3167.7 Pa； 0.5molkg-1 糖水的蒸气为:p(H2O)=3135.7Pa； 1.0molkg-1 糖水的蒸气压为:p(H2O)=3107.7 Pa。,解释产生这种现象的原因：当纯溶剂中溶入了难挥发的非电解质时，纯溶剂的部分表面被溶剂化的溶质所占据，单位时间内逸出溶液液面的分子数目就会相应减少，结果在达
11、到平衡时，溶液表面蒸发的分子数和回到溶液表面的分子数也较纯溶剂的少，因而使溶液的蒸气压下降。,结论： 溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度 越大，蒸气压下降越多。,思考题,一杯纯水和一杯溶液放入一个 密闭的容器中会产生怎样的现象？,1887年，法国物理学家拉乌尔（Raoult）提出：“在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积”，这就是拉乌尔定律。 式中p为溶液的蒸气压，p*为纯溶剂的蒸气压，xA为溶剂的摩尔分数。,拉乌尔定律只适用于非电解质的稀溶液，在稀溶液中（nAnB） ： 若以水为溶剂，则1000g水中 式中，K为蒸气压下降常数，它的大小只与溶剂本性有关。该式表明稀溶
12、液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。,（2）溶液的沸点上升 定义：液体的沸点是指液体的蒸气压等于外界压力（大气压）时的温度。 一定的外压下，任何纯液体都有一定的沸点。 如：纯水：p外 = 101.3kPa，t纯水 = 100 实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。,水的正常沸点:100C,溶液的沸点:？100C,溶液沸点Tb升高,若在纯水中加入少量难挥发的非电解质后， 会产生什么现象呢？,实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。,沸点上升原因：其根本原因是溶液的蒸气压下降。溶液在原温度下不能沸腾，欲使沸腾，必须升高温度，直到溶液的蒸汽压力等于
13、外界压力，达到沸腾。这种现象就称为溶液的沸点升高。,根据拉乌尔定律，p与b(B)成正比，而tb 与p成正比，tb亦应与 b(B)成正比，p越大，tb也越大。它的数学表达式为： tbKb bB Kb为溶剂沸点升高常数，单位为Kkgmol-1。Kb只与溶剂有关，与溶质无关，不同的溶剂有不同的Kb值，常用溶剂的Kb和Kf值 见P9表1-5。 应用：在实验工作中常利用较浓的盐溶液来做高温热浴。,三、溶液的凝固点下降,该物质的液相和固相达到平衡时的温度（p液p固时的T）,溶液凝固点Tf下降,C,B,物质的凝固点(Tf),凝固点下降原因：由于液态溶液的蒸气压下降，在纯溶剂的凝固点f* 时溶液的蒸气压低于固
14、态纯溶剂的蒸气压，此时溶液不能凝固，必须降低温度，溶液和固态纯溶剂的蒸气压都下降，但溶剂的蒸气压下降更快，当达到另一更低的温度时， 固相溶剂的蒸气压与溶液中溶剂的蒸气压相等，此时的温度就是溶液的凝固点，溶液的凝固点下降主要原因还是由于溶液的蒸气压下降所致。,难挥发非电解质稀溶液的凝固点下降Tf 与溶液的质量摩尔浓度bB成正比，而与溶质的性质无关。它的数学表达式为： Tf Kf bB Kf为溶剂凝固点下降常数，单位为Kkgmol-1。Kf与Kb一样只与溶剂有关，而与溶质无关。,例13： 把0.322g萘溶于80g苯中所得溶液的凝固点为278.34K，求萘的摩尔质量。 已知苯的凝固点为278.50
15、K,Kf 值为5.10 Kkgmol-1. 解释：植物的抗寒抗旱 应用：汽车水箱中加入少量甘油或乙二醇，哪一种效果好？ 在化学反应制冷、工农业生产制冷中。在冬季，建筑工人经常在水泥中加入食盐（食盐和冰251K）或氯化钙（CaCl22H2O和冰218K）,（4）溶液渗透压 给缺水的植物浇上水，不久，植物茎叶挺立？ 实验：,溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透。达到了渗透平衡时，蔗糖水液面比纯水液面高出h，这段液面高度差所产生的压力称为该溶液的渗透压。也可将渗透压这样定义：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。,如果在浓度高的溶液一端施加外压，当外加压力大于渗透压时，溶剂分子就会从高浓度的一端向低浓度溶液一端渗透，这一过程叫做反渗透。,渗透的条件： 1） 膜的存在 2） 膜两边浓度不等 1886范特荷甫总结得出：“稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度的关系同理想气体状态方程式一致”，即 V = nBRT = cBRT 式中
