中科大《無(wú)機(jī)化學(xué)》課件1氣體、液體和溶液的性質(zhì)

1、Chapter 1 氣體，液體和溶液的性質(zhì) (The behaviors of Gases Liquid and Solution)1.氣體的性質(zhì)2.液體的性質(zhì)3.溶液的性質(zhì)1 氣體的性質(zhì) 本節(jié)的重點(diǎn)是三個(gè)定律： 1. 道爾頓分壓定律 Daltons law of partial pressures 。 2. 阿碼加分體積定律 Amagats law of partial volumes 。 3. 格拉罕姆氣體擴(kuò)散定律. Grahams law of diffusion 一 理想氣體(Ideal Gases)-討論氣體性質(zhì)時(shí)非 常有用的概念1. 什么樣的氣體稱為理想氣體？ 氣體分子間的作用力很

2、微弱，一般可以忽略； 氣體分子本身所占的體積遠(yuǎn)小于氣體的體積。 即氣體分子之間作用力可以忽略，分子本身的大小可以忽略的氣體稱為理想氣體2理想氣體是一個(gè)抽象的概念，它實(shí)際上不存在，但此概念反映了實(shí)際氣體在一定條件下的最一般的性質(zhì)3實(shí)際氣體在什么情況下看作理想氣體呢？ 只有在溫度高和壓力無(wú)限低時(shí)，實(shí)際氣體才接近于理想氣體。因?yàn)樵诖藯l件下，分子間距離大大增加，平均來(lái)看作用力趨向于零，分子所占的體積也可以忽略.二 理想氣體定律(The Ideal Gas Law) Avogadros hypothesis :Equal volumes of gases at the same temperature

3、a molecular pressure contain equal numbers of molecular. Avogadros law :The volume of a gas maintained at constant temperature and pressure is directly proportional to the number of moles of the gas. 2.理想氣體方程式 The Ideal-gas equation 4. 理想氣體方程式應(yīng)用 Application of the ideal-gas equation. 可求摩爾質(zhì)量 1）已知P, V

4、, T, w 求 M 2）已知P, T, 求 M 5. 實(shí)際氣體與理想氣體的偏差:分子小的非極性分子偏差小，分子大的極性強(qiáng)的分子偏差大 對(duì)于復(fù)雜分子的作用。缺少準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但類似的規(guī)律性為：近程排斥；中程吸引；遠(yuǎn)程為零。 當(dāng)斥力起主要作用時(shí)，PV nRT ，因?yàn)樵谂懦饬Φ淖饔孟录词乖龃笠欢ǖ膲毫?。由于排斥力的抵抗。氣體的體積也不會(huì)變小。所以V實(shí)際偏大。產(chǎn)生偏差，故 PV nRT ； 當(dāng)吸引力起主要作用時(shí) PV nRT ,這是由于分子之間存在的吸引力，使分子對(duì)外界的壓力變小。所以P實(shí)際偏小，產(chǎn)生負(fù)偏差。故 PV nRT 。對(duì)理想氣體定律的修正van der waals equation 為什么P

5、實(shí)10易溶1 10可溶0.1 1微溶0.1難溶對(duì)氣體 T 升高，S 降低。對(duì)固體都有可能 對(duì)固體,液體壓強(qiáng)增大時(shí)。溶解度變化不大，但對(duì)氣體的溶解 度影響很大(Herys law)4.享利定律-氣體溶解定律 1. 敘述：在一定溫度下；一定體積的液體中。所溶解的氣體質(zhì)量與該氣體的分壓成正比解釋：當(dāng)氣體的壓強(qiáng)增加n倍；那么氣體進(jìn)入液體的機(jī)會(huì)也增加n倍，所以氣體溶解的質(zhì)量也增加n倍。故亨利定律與其它氣體的分壓無(wú)關(guān)2.數(shù)學(xué)表達(dá)式: kH=p/xi (KH: Henrys constant) 亨利定律只適用于溶解度小。不與溶劑相互作用的氣體所以HCl,NH3等氣體都不適用亨利定律 （例）二、溶液的濃度（T

6、he concentration of solution） 1. 溶液濃度表示法 1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)（m/m） 2）體積物質(zhì)的量濃度（n/V） 3）質(zhì)量物質(zhì)的量濃度（n/m） 4）摩爾分?jǐn)?shù)（n/n） 2. 各種濃度之間的換算. 3. 各種不同純度試劑的表示： 優(yōu)級(jí)純： Guarantee reagent 分析純： Analytical reagent 化學(xué)純： Chemical reagent 實(shí)驗(yàn)試劑：Laboratory reagent 三、稀溶液的依數(shù)性（ colligative properties of dilute solution）Colligative 來(lái)自希臘語(yǔ)，意為團(tuán)結(jié)、一起的意

7、思。依數(shù)性指的是僅僅與溶液中微粒的個(gè)數(shù)有關(guān)的性質(zhì)，而與溶質(zhì)的種類無(wú)關(guān)。. Lowering the vapor pressure. Elevation of the boiling point. Freezing point depression of solution. Osmotic pressure溶液的蒸氣壓降低（核心）（純?nèi)軇┲屑尤肴苜|(zhì)后，溶液的蒸汽壓小于純?nèi)軇┑恼羝麎海?1) Raoults law：例題在一定溫度下，某難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降與其重量摩爾濃度成正比。 嚴(yán)格來(lái)講。這個(gè)定律只適合理想溶液在一定溫度下，某難揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀軇┑哪?/p>

8、爾分?jǐn)?shù)理想溶液:1.在理想溶液中，各組分分子是如此相似，以致它們之間的相互作用情況完全一致2.當(dāng)各組分分子混合時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)和體積變化。所以拉烏爾定律的實(shí)質(zhì)是理想溶液中分子的揮發(fā)和相應(yīng)純液體的分子完全一樣 如果兩種揮發(fā)性液體混合成一種溶液，沒(méi)有熱效應(yīng)和體積變化，稱為理想溶液，那么這兩種液體以任何比例相混合，其溶液均服從拉烏爾定律.例題 溶液沸點(diǎn)的升高 （）由于溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魤?。所以溶液的沸點(diǎn)要高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)（）表達(dá)式：（）Application: a.已知T求 b.求溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量溶液的凝固點(diǎn)的降低 （）由于溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魵鈮骸Ｋ匀芤旱哪厅c(diǎn)要低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)

9、（）表達(dá)式：（）Application例例 凝固點(diǎn)降低法測(cè)定分子量比沸點(diǎn)升高法測(cè)定分子量更優(yōu)越。因?yàn)镵f數(shù)值大于Kb，所以實(shí)驗(yàn)誤差相對(duì)小一些,其次測(cè)凝固點(diǎn)時(shí)，可以減少溶劑的揮發(fā)。 對(duì)于電解質(zhì)溶液，m 是指溶液中所有溶質(zhì)含的離子的量的摩爾濃度。例如1M NaCl(aq) 中整個(gè)溶質(zhì)的粒子濃度為2M (例題)滲透壓(1)Semipermeable membrane (半透膜) a.材料:Certain materials,including many membra in biological systems and synthetic substances such as cellophane,a

10、re semipermeable Cu2Fe(CN)6 淀積在素?zé)执赏仓屑?xì)孔內(nèi)，也有滲透性 b.作用:They permit the passage of some molecules but not others . They often permit the passage of small solvent molecules such as water but block the passage of large solute molecules or ions. c. Structure: Semipermeable membrane character is a network o

11、f tiny pores within the membrane.(2) Osmosis(滲透)：溶劑分子通過(guò)半透膜向溶液方向移動(dòng)的現(xiàn)象，稱為滲透。There is a net movement of solvent molecules from the less concentrated solution into the more concentrated one. This process is called osmosis.The important point to remember is that the net movement of solvent is always towa

12、rd the solution with the higher solute concentration.(3)Experiment(實(shí)驗(yàn)) a圖中，半透膜左邊放入濃溶液，右邊放入稀溶液；溶劑從右邊移動(dòng)到左邊（就好像溶液要獲得相等的濃度）。由于溶劑的凈移動(dòng)，產(chǎn)生了壓力差，如圖b.它是由于滲透引起的，稱為滲透壓,即為U型管兩邊的液面差；如果在U型管左邊加一個(gè)壓力，可以阻止溶劑分子的靜移動(dòng)，如圖 c（） vant Hoff 方程：（）Application: a.求分子量 b.配制等滲溶液注意此公式只適用于非電解質(zhì)稀溶液在極稀溶液中，一升溶液近似看作1kg溶劑只有在半透膜存在下，才能表現(xiàn)出滲透壓雖

13、然稀溶液的與氣體的完全符合，但與p產(chǎn)生的原因是不同 等滲溶液（isotonic solution）滲透壓相等的溶液，例如紅血球的滲透壓與0.9%的NaCl(aq)的滲透壓相同。若把血液放入小于0.9%NaCl溶液中，水就滲入紅血球中，紅血球溶漲可使紅血球破裂，稱為溶血作用（Hemolysis）,若放入大于0.9%的NaCl溶液中，紅血球中的水分就滲出，紅血球縮小(Sliriver)，所以大量的靜脈注射必須配制與血液相等的滲透壓才能應(yīng)用，否則會(huì)引起嚴(yán)重的疾病。稀溶液依數(shù)性的總結(jié)(1)當(dāng)不揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶解在溶劑中，形成極稀溶液，它的蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低以及滲透壓與在一定的溶劑或一定

14、體積的溶液中所溶解的溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量數(shù)成正比，而與溶質(zhì)的本質(zhì)無(wú)關(guān)。我們把這種溶液在性質(zhì)上變化的規(guī)律性稱為稀溶液的依數(shù)性（Colligative properties）(2)蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低都是由xsolvent 來(lái)決定，因此它們之間有聯(lián)系，而蒸氣壓下降是核心。正是由于蒸氣壓的下降，引起了沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低。四、膠體溶液（Colloidal solution）1.膠體的定義：分散相粒子的直徑在1100nm范圍內(nèi)的均勻分散系。2.膠態(tài)體系有8種（gas-gas 除外） 我們研究固體分散在液體中的膠態(tài)體系溶膠- sol-gel。3.制備(preparation): (1) 凝聚法 (

15、2) 分散法 (機(jī)械，電，超聲波等)a.物理凝聚法 硫的酒精溶液倒入水中形成硫溶膠(更換介質(zhì)法)；b.化學(xué)凝聚法 在特制的反應(yīng)器中，蒸鈉（金屬）與機(jī)化合物（苯）在氣相中形成鈉溶膠（Aerosol）（蒸氣凝聚法） （i）還原法制金溶膠：（ii）氧化法制硫溶膠：（iii）分解法制鎳溶膠：（iv）水解法制氧化鐵水溶膠：4.溶膠的特性：除了高分子溶液的溶膠外，溶膠的分散相與分散介質(zhì)之間存在著明顯的物理界面 (1)丁鐸爾效應(yīng)（Tyndalls effection）:溶膠粒子質(zhì)點(diǎn)散射能力大 (2)電泳現(xiàn)象（Electrophoresis） 這說(shuō)明溶膠粒子帶同性電荷，如果電場(chǎng)中固相不動(dòng)而液相流動(dòng)，稱為電滲析（Electro osmosis） 正電荷膠體：Fe,Cd,Al,Cr,Pb,Ce,Th等氫氧化物溶膠 負(fù)電荷膠體： Au,Ag,Pt,S等溶膠 (3) 溶膠不穩(wěn)定，放置一定時(shí)間，會(huì)沉淀出來(lái)，若再加入分散質(zhì)，不能再形成溶膠，這是不可逆的 (4) 高分子溶液是一個(gè)均勻體系，分散介質(zhì)和分散相之間無(wú)界面，但分子直徑100nm-1nm之間，一般不帶電荷，比溶膠穩(wěn)定。高分子溶液的溶液具有稀溶液的依數(shù)性，也具有丁鐸爾效應(yīng)，但無(wú)電泳現(xiàn)象 (5)膠體分成兩類：親液膠體和疏液（憎液）膠體。前者指大分子溶液，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系；后者則屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定的非