第四章氣體、溶液、膠體

第四章氣體、溶液和膠體24.1氣體

4.2溶液4.3溶液的依數(shù)性4.4膠體練習(xí)34.1.1理想氣體狀態(tài)方程式4.1氣體

分子間距離分子間相對(duì)位置體積外形氣態(tài)：大可變不定不定液態(tài)：小

可變

固定不定固態(tài)：小

固定

固定固定物質(zhì)的三態(tài)變化：4O2分子

理想氣體：分子不占體積分子間無相互作用低壓高溫實(shí)際氣體：分子有體積分子間有相互作用理想氣體與實(shí)際氣體5

波義爾定律（1662）：17世紀(jì)中葉，英國科學(xué)家波義爾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：溫度恒定時(shí)，一定量氣體的壓力和它體積的乘積為恒量。

P∝1/V

PV=constant

查爾斯(1787)－蓋-呂薩克(1802)定律：壓力恒定時(shí)，一定量氣體的體積與它的熱力學(xué)溫度成正比。

V∝T

V=bT6

理想氣體狀態(tài)方程：到了19世紀(jì)，法國科學(xué)家克拉伯龍綜合波義爾定律和查爾斯定律,把描述氣體狀態(tài)的3個(gè)參量p,V,T歸于一個(gè)方程式。7R:氣體常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況注意單位的一致！84.1.2分壓定律分體積：在相同溫度下，各組分氣體具有與混合氣體相同壓力時(shí)，所具有的體積稱為該組分氣體的分體積。分壓力：在混合氣體中，各種組分的氣體分子分別占有相同的體積(即容器的總空間)和具有相同的溫度?；旌蠚怏w的總壓力是各種分子對(duì)器壁產(chǎn)生撞擊的共同作用的結(jié)果。每一種組分所產(chǎn)生的壓力叫分壓力，它可看作在該溫度下各組分分子單獨(dú)存在于容器中時(shí)所產(chǎn)生的壓力Pn。9分壓定律：

溫度和體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。

某組分氣體的分壓力等于該氣體單獨(dú)占據(jù)總體積時(shí)，所表現(xiàn)的壓力。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃10xi:

摩爾分?jǐn)?shù)分壓定律的另一種表達(dá)分壓定律的一種表達(dá)11分散質(zhì)分散劑分散分散系（固、液、氣態(tài)）分散系：一種或幾種物質(zhì)以細(xì)小的粒子分散在另一種物質(zhì)里所形成的體系分散質(zhì)：被分散的物質(zhì)（分散相）分散劑：把分散質(zhì)分散開來的物質(zhì)（分散介質(zhì)）4.2分散體系12分散系分類分子分散系(d<1nm)膠體分散系(d:1-100nm)粗分散系(d>100nm)相體系中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的一部分單相體系多相體系（存在界面）13冰和水兩相體系14表1

按分散質(zhì)顆粒大小分類的分散系小于1nm(10–9

m)分子離子粒子能通過濾紙與半

NaCl

分散系透膜，擴(kuò)散速度快溶液

1~100nm

膠體粒子能通過濾紙但不

Fe(OH)3

分散系

能透過半透膜,擴(kuò)散慢溶膠

蛋白質(zhì)溶液顆粒直徑大小類型主要特征實(shí)例大于100nm粗

粒子不能通過濾紙不

豆?jié){

分散系

能透過半透膜,不擴(kuò)散牛奶15表2按物質(zhì)聚集狀態(tài)分類的分散系

氣

空氣

氣

液

云、霧

固

煙、塵

氣

泡沫塑料

固

液

珍珠

固

有機(jī)玻璃

氣

肥皂泡沫

液

液

牛奶

固

Fe(OH)3溶膠、泥漿水

分散劑

分散質(zhì)

實(shí)例16分子分散系(d<1nm)溶液固態(tài)液態(tài)氣態(tài)本節(jié)討論的主要內(nèi)容是以水為溶劑的水溶液分散質(zhì)以分子或者比分子更小的質(zhì)點(diǎn)均勻地分散在分散劑中所得的分散系4.3溶液174.3.1溶液濃度的表示法濃度一定量的溶液或溶劑中所含溶質(zhì)的量稱為溶液的濃度。分類物質(zhì)的量濃度質(zhì)量摩爾濃度摩爾分?jǐn)?shù)無綱量質(zhì)量分?jǐn)?shù)無綱量質(zhì)量濃度

1L溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，稱為該溶液的物質(zhì)的量濃度。用符號(hào)cB表示，cB＝nB/V。

式中：nB為物質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為即mol；V為溶液的體積，單位為m3。濃度的常用單位為mol·L-1。1.物質(zhì)的量濃度

1Kg溶劑中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，稱為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，用符號(hào)bB，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

bB＝nB/mA

式中：bB為質(zhì)量摩爾濃度，單位mol·kg-1

；mA為溶劑的質(zhì)量(Kg)。由于物質(zhì)的質(zhì)量不受溫度的影響．所以溶液的質(zhì)量摩爾濃度是一個(gè)與溫度無關(guān)的物理量。

2．質(zhì)量摩爾濃度（重點(diǎn)）某組分i的物質(zhì)的量與溶液總物質(zhì)的量之比，稱為該組分i的摩爾分?jǐn)?shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

xi=ni/n

3．摩爾分?jǐn)?shù)

某組分i的質(zhì)量與混合物質(zhì)量之比，稱為該組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

Wi=mi/m

4．質(zhì)量分?jǐn)?shù)

溶質(zhì)的質(zhì)量mB與溶液的體積V之比，稱為質(zhì)量濃度，用符號(hào)ρB表示，其表達(dá)式為：

ρB＝mB/V

單位可用g·L-1、mg·L-1、g·mL-1、ug·L-1等。5．質(zhì)量濃度

23ppm和ppb濃度(用于極稀的溶液)1ppm：百萬分之一1ppb：十億分之一選擇題：質(zhì)量摩爾濃度的優(yōu)點(diǎn)是（）準(zhǔn)確度高(B)應(yīng)用廣泛(C)計(jì)算方便(D)其值不隨溫度而改變練習(xí)：將50g20%的硝酸鉀溶液稀釋到200g，稀釋后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是（）A.20%B.10%C.5%D.1%【知識(shí)點(diǎn)撥】

關(guān)于溶液稀釋一定要抓住：溶液稀釋前后，溶質(zhì)的質(zhì)量不變。解：

C配制2mol/L的NaOH溶液2L，需要NaOH多少克？已知：MNaOH=40g/mol。

將60g草酸晶體(H2C2O4·2H2O)溶于水中，配制成1升溶液，求該溶液的物質(zhì)的量濃度。（M草酸=126g/mol)26在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測(cè)得其質(zhì)量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，（2）物質(zhì)的量濃度，（3）質(zhì)量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分?jǐn)?shù)。(5)NaCl的質(zhì)量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)解：

（1）NaCl飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：練習(xí)27

(2)NaCl飽和溶液的物質(zhì)的量濃度為：(3)NaCl飽和溶液的質(zhì)量摩爾濃度為：在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測(cè)得其質(zhì)量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，（2）物質(zhì)的量濃度，（3）質(zhì)量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分?jǐn)?shù)。(5)NaCl的質(zhì)量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)28（4）NaCl飽和溶液中，NaCl和H2O的摩爾分?jǐn)?shù)（5）NaCl的質(zhì)量濃度在常溫下取NaCl飽和溶液10.00cm3，測(cè)得其質(zhì)量為12.003g，將溶液蒸干，得NaCl固體3.173g。求：（1）NaCl飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，（2）物質(zhì)的量濃度，（3）質(zhì)量摩爾濃度，（4）飽和溶液中NaCl和H2O的摩爾分?jǐn)?shù)。(5)NaCl的質(zhì)量濃度。(MNaCl=58.44g·mol-1，MH2O=18.00g·mol-1)29在100mL水中，溶解17.1g蔗糖（分子式為C12H22O11)，溶液的密度為1.0638g·mL-1，求蔗糖的物質(zhì)的量濃度，質(zhì)量摩爾濃度，摩爾分?jǐn)?shù)各是多少？例：解：（1）30（2）（3）題目解：公式=代入數(shù)據(jù)(包括單位)=單位制的統(tǒng)一(必要時(shí))=中間運(yùn)算過程(此步驟可不寫)=結(jié)果(包括單位)注意解題規(guī)范31稀溶液的性質(zhì)如：顏色、導(dǎo)電性、酸堿性1.由溶質(zhì)的本性決定2.取決于溶液中溶質(zhì)的自由粒子數(shù)目稱為溶液的依數(shù)性凝固點(diǎn)下降沸點(diǎn)升高滲透壓溶液的蒸氣壓下降4.3.2稀溶液的依數(shù)性如：321、溶液的蒸氣壓下降溶劑的蒸發(fā)和蒸氣壓蒸發(fā)：液體表面的氣化現(xiàn)象蒸氣：液面上的氣態(tài)分子群33飽和蒸氣壓：蒸發(fā)、冷凝速度相等，氣相、液相達(dá)到平衡，液相上方氣體的壓力始：蒸發(fā)速率較大，冷凝速率為零，氣相分子增多蒸發(fā)和冷凝過程中：蒸發(fā)速率較大，冷凝速率較小，氣相分子增多平衡時(shí)：蒸發(fā)速率等于冷凝速率，氣相分子數(shù)目不變34若在純?nèi)軇┲屑尤肷倭侩y揮發(fā)非電解質(zhì)（如葡萄糖)：純水蒸氣壓

p*

溶液蒸氣壓

p＞拉烏爾定律35拉烏爾定律：

在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓，等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。=p*xA式中：p

：溶液的蒸氣壓p*：純?nèi)軇┑恼魵鈮?/p>

nA

溶劑的物質(zhì)的量nB

：溶質(zhì)的物質(zhì)的量

xA：溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)對(duì)于一個(gè)只有兩組分的系統(tǒng)來說，xA+xB=1p=p*xA=p*(1-xB)=p*-p*xB可得，△p=p*-p=p*xB所以，在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓下降與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。36拉烏爾定律使用局限性：若溶液濃度較大，溶質(zhì)分子對(duì)溶劑的作用不可忽略時(shí)，不適用溶質(zhì)為電解質(zhì)，不適用易揮發(fā)溶質(zhì)時(shí)，不適用。注意37沸點(diǎn):

溶液的蒸氣壓（p溶液）與外壓（p外壓）相等時(shí)的溫度稱為該溶液的沸點(diǎn)。純水：p外壓

=101.3kPa，T純水=100℃.實(shí)驗(yàn)證明：難揮發(fā)的稀溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)2溶液的沸點(diǎn)上升38溶液的沸點(diǎn)上升示意圖Tb*Tbppokpa

蒸氣壓溶劑溶液溫度△p△TbB101.3kpaAB’根本原因：蒸汽壓下降p溶液<p純?nèi)軇?39由拉烏爾定律知：△p與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，因此難揮發(fā)、非電解質(zhì)稀溶液的沸點(diǎn)升高與溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度成正比：△Tb=KbbB式中為bB質(zhì)量摩爾濃度，Kb為溶的沸點(diǎn)升高常數(shù)。應(yīng)用上式可以測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量Ｍ。40例：將2.67g萘(C10H8)溶于100g苯中，測(cè)得該溶液的沸點(diǎn)升高了0.531K（純苯的沸點(diǎn)為80.2℃），求萘的相對(duì)分子質(zhì)量。（苯的Kb=2.55Kkgmol-1）解：

Tb=KbbB0.531K=2.57KKgmol-1

M(萘)=128.2gmol-141凝固點(diǎn)：液態(tài)蒸氣壓與固態(tài)蒸氣壓相等時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度溶液的凝固點(diǎn)Tf總是低于純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)Tf*△Tf=Tf*-Tf

=Kf·bBKf

：摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)，與溶劑的本性有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)，K·kg·mol-1。常見溶劑的Kf

值見教材58頁。bB：溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度，mol·kg-1。3.溶液的凝固點(diǎn)降低42冰和鹽混合物常用作制冷劑：冰的表面總附有少量水，當(dāng)撒上鹽后，鹽溶解在水中形成溶液，由于溶液蒸氣壓下降，使其低于冰的蒸氣壓，冰就要融化。隨著冰的融化，要吸收大量的熱，于是冰鹽混合物的溫度就降低。采用鹽和冰，溫度最低可降到-22℃，用CaCl2·2H2O和冰最低可降到-55℃。凝固點(diǎn)下降還可用來鑒定物質(zhì)的純度，物質(zhì)越純，凝固點(diǎn)降低的越少。溶液凝固點(diǎn)下降的應(yīng)用43

綜合以上，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比，與溶質(zhì)的本性無關(guān)。44擴(kuò)散：物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移直到均勻分布的現(xiàn)象。擴(kuò)散的速率與物質(zhì)的濃度梯度成正比。半透膜：允許某些物質(zhì)通過而不允許另一些物質(zhì)透過的多孔性薄膜，例如動(dòng)物的腸衣、植物的細(xì)胞膜滲透作用:溶劑分子通過半透膜進(jìn)入溶液的現(xiàn)象稱為滲透作用?；靖拍?.溶液的滲透壓45溶液的滲透壓的產(chǎn)生：蔗糖溶液純水半透膜

產(chǎn)生滲透壓示意圖滲透平衡:水分子通過半透膜在純?nèi)軇┖腿芤褐g的滲透速度相等時(shí)，體系建立起動(dòng)態(tài)平衡。滲透壓：滲透平衡時(shí)純?nèi)軇┖腿芤簝蛇叜a(chǎn)生的壓力差46非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液物質(zhì)的量濃度(C)和溫度(T)成正比,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。即:Π=nRT/V=CBRTV-溶液體積n-物質(zhì)的量T-絕對(duì)溫度c-物質(zhì)的量濃度R=8.31kPa·L/K·mol產(chǎn)生滲透壓的條件：存在半透膜；半透膜兩側(cè)溶液濃度不同。

范特霍夫定律：反滲透反滲透：當(dāng)在溶液一側(cè)施加的靜壓力大于滲透壓時(shí)，可以使溶劑分子反方向流動(dòng)，即溶劑分子從溶液流向純?nèi)軇?，這種現(xiàn)象叫做反滲透。48例：一種蛋白質(zhì)，摩爾質(zhì)量約為12000g·mol-1。欲測(cè)定其摩爾質(zhì)量，試通過計(jì)算討論用凝固點(diǎn)下降法、沸點(diǎn)上升法或滲透壓法哪種方法較好？

Kf(H2O)=1.86K·kg·mol-1；Kb(H2O)=0.52K·kg·mol-1，49？TheBest50依數(shù)性的應(yīng)用植物細(xì)胞液中溶有氨基酸、糖類物質(zhì)，有一定的抗旱性蒸氣壓下降植物還有一定的耐寒性

用NaCl等物質(zhì)與冰混合而制成的冷凍劑

為何稀飯比水燙傷得厲害？

冬天，人們常往汽車的水箱中加入甘油等物質(zhì)，以防止水箱因水結(jié)冰而脹裂。凝固點(diǎn)下降沸點(diǎn)上升51例：依數(shù)性的相互推導(dǎo)

某難揮發(fā)、非電解質(zhì)水溶液的凝固點(diǎn)為272.15K，計(jì)算：此溶液的沸點(diǎn)；

解：因Tf=273.15K-272.15K=1.0=Kf

b(B)

所以

b(B)=1.0K/1.86=0.538

又因Tb=Kb

b(B)

所以Tb=0.5120.538=0.27

沸點(diǎn)

T=373.15+0.27=373.42K

注意：稀溶液的依數(shù)的定量關(guān)系不適用于濃溶液和電解質(zhì)溶液。解：∵△Tf≈Kf×bB

∴（273.0-272.44）=0.56K

bB=0.56/1.86∵π=cRT≈bBRT

∴π≈(0.56/1.86)×8.31×310=776kPa答(略)例.298K,海水的平均π為3.04×103kPa,計(jì)算與海水等滲的尿素溶液濃度。例.

人的血漿在272.44K結(jié)冰,求在體溫310K的滲透壓。解：∵π=cRT

∴c=π/RT=3.04×103/(8.31×298)=1.23mol/L答(略)稱取某中藥提取物結(jié)晶0.115g溶于1.36g樟腦中,測(cè)得凝固點(diǎn)為442.6K,計(jì)算此結(jié)晶的摩爾質(zhì)量。（樟腦的Tf=452.8K,Kf=39.7）解:(1)先計(jì)算溶液濃度

bB=(0.115/M)/(1.36×10-3)(2)再計(jì)算結(jié)晶的摩爾質(zhì)量∵△Tf=Kf·bB

（452.8-442.6）=39.7×0.115/(M×1.36×10-3)

解之得：M=329g/mol答：此結(jié)晶的摩爾質(zhì)量為329g/mol

。54依數(shù)性小結(jié)

蒸氣壓下降，沸點(diǎn)上升，凝固點(diǎn)下降，滲透壓都是難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的通性；它們只與溶劑的本性和溶液的濃度有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。稀溶液依數(shù)性的定量關(guān)系只適應(yīng)于非電解質(zhì)稀溶液（難揮發(fā)），而對(duì)于濃溶液或電解質(zhì)溶液，定量關(guān)系不再成立。55膠體溶液：由顆粒大小為1-100nm的分散質(zhì)高度分散在液態(tài)分散劑中形成的系統(tǒng)。分為兩類：一是溶膠，由小分子、原子或離子聚集成較大顆粒而形成的多相系統(tǒng)，如Fe(OH)3溶膠和As2S3溶膠二是高分子溶液，由一些高分子化合物所組成的溶液，分子結(jié)構(gòu)較大。561、光學(xué)性質(zhì)：丁達(dá)爾效應(yīng)；2、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)；3、電學(xué)性質(zhì)：電泳現(xiàn)象與電滲現(xiàn)象。57CuSO4溶液Fe(OH)3膠體5859Fe(OH)3溶膠粒子在電場(chǎng)中向負(fù)極遷移，溶膠粒子帶正電。電滲:若將分散質(zhì)固定，讓分散劑在電場(chǎng)作用下遷移，稱為電滲。60611.吸附作用

由于顆粒直徑很小，所以具有很大的比表面積和表面能