第二章氣體和分散系統(tǒng)

第二章氣體和分散系統(tǒng)第1頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)基本要求31第一節(jié)稀溶液的依數(shù)性32第二節(jié)表面化學(xué)33第三節(jié)膠體4第2頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一教學(xué)基本要求1.掌握稀溶液的蒸汽壓、沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓這些依數(shù)性的變化規(guī)律，以及溶液組成的各種表示方法。2.掌握表面活性物質(zhì)的定義，了解其應(yīng)用。3.掌握膠體的基本特征，了解膠體的基本性質(zhì)。第3頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一能力目標(biāo)：1.能夠應(yīng)用稀溶液的依數(shù)性求物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。2.能正確地選擇和使用表面活性物質(zhì)。3.能寫出膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式，能破壞溶膠穩(wěn)定性，使之聚沉。第4頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)稀溶液的依數(shù)性一、溶液組成及表示法溶液的一般概念凡兩種以上的物質(zhì)混和形成的均勻穩(wěn)定的分散體系稱為溶液。有氣體溶液、固體溶液、液體溶液等。溶液多指液體溶液，通常分為電解質(zhì)溶液、非電解質(zhì)溶液。溶液由溶質(zhì)和溶劑組成。溶解過程：溶質(zhì)分子或離子的離散過程；溶劑化過程。溶液的形成伴隨隨能量、體積、顏色的變化。第5頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)：物質(zhì)的量濃度(mol/L)：摩爾分?jǐn)?shù)(%)：質(zhì)量摩爾濃度(mol/kg)：第6頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

習(xí)題：30g乙醇(B)溶于50g四氯化碳(A)中形成溶液，其密度為ρ=1.28×103kg/m3，試用質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量摩爾濃度來表示該溶液的組成。

解：質(zhì)量分?jǐn)?shù)

w＝（乙醇的質(zhì)量）/｛（乙醇的質(zhì)量+四氯化碳的質(zhì)量）×100％｝＝30/（30+50）×100％＝37.5％乙醇的物質(zhì)的量：30/46=0.65mol；四氯化碳物質(zhì)的量:50/47=1.06mol；乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)＝0.65/(0.65+1.06)=0.38；四氯化碳的摩爾分?jǐn)?shù)＝1.06/(0.65+1.06)=0.62或者＝1-0.38＝0.62。

物質(zhì)的量濃度c=(1×1.28×103×37.5%)/(1000×46)=0.0104mol/L

質(zhì)量摩爾濃度b=(0.65×1000)/50=13mol/kg第7頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、稀溶液的依數(shù)性溶液的某些性質(zhì)只與溶液的濃度有關(guān)，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。這些性質(zhì)包括：蒸氣壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降及滲透壓增大等，適用于難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液。2.1蒸氣壓下降第8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)測(cè)定25C時(shí)，水的飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167.7Pa；0.5mol/kg糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3135.7Pa；

1.0mol/kg糖水的蒸氣壓為:

p(H2O)=3107.7Pa。溫度壓強(qiáng)純?nèi)軇〤1C2C2>C1結(jié)論：

溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑?，溶液濃度越大，蒸氣壓下降越多?/p>

第9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一稀溶液的蒸氣壓下降溫度壓強(qiáng)純?nèi)軇〤1p1p0t第10頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一拉烏爾定律（1887年，法國(guó)物理學(xué)家）在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀軇┑哪柗謹(jǐn)?shù)。設(shè)溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)為XA，溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)為XBΔp:純?nèi)軇┱魵鈮号c稀溶液蒸氣壓之差第11頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一結(jié)論：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。應(yīng)用：蒸氣壓下降常數(shù)

質(zhì)量摩爾濃度第12頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2溶液的沸點(diǎn)升高液體的沸點(diǎn)是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時(shí)的溫度。因?yàn)槿芤旱恼魵鈮嚎偸堑陀诩內(nèi)軇┑恼魵鈮海凰匀芤旱姆悬c(diǎn)升高。稀溶液的沸點(diǎn)升高示意圖溫度壓強(qiáng)純?nèi)軇〤1p1pA0Tb0TbΔTb第13頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ΔTb=KbbBKb：溶劑沸點(diǎn)上升常數(shù)，單位為K.Kg/mol決定于溶劑的本性，與溶劑的摩爾質(zhì)量、沸點(diǎn)、汽化熱有關(guān)。bB：溶液的質(zhì)量濃度，單位為

mol/kg第14頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3溶液的凝固點(diǎn)下降在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，純液體蒸氣壓和它的固相蒸氣壓相等時(shí)的溫度為該液體的凝固點(diǎn)。溶液蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑恼魵鈮?，溶液凝固點(diǎn)會(huì)下降。Kf：溶劑凝固點(diǎn)降低常數(shù)K.Kg/mol

；

bB：溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度mol/kg

。第15頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.4溶液的滲透壓1、滲透現(xiàn)象第16頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、溶液的滲透壓由于半透膜兩邊的溶液?jiǎn)挝惑w積內(nèi)水分子數(shù)目不同而引起稀溶液溶劑分子滲透到濃溶液中的傾向。為了阻止發(fā)生滲透所需施加的壓力，叫溶液的滲透壓。半透膜：可以允許溶劑分子自由通過而不允許溶質(zhì)分子通過。濃度差：溶劑透過半透膜進(jìn)入溶液的趨向取決于溶液濃度的大小，溶液濃度差大，滲透趨向大。3、滲透現(xiàn)象產(chǎn)生的條件第17頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、溶液的滲透壓的計(jì)算Van’tHoff(范特霍夫)公式：

與理想氣體方程無本質(zhì)聯(lián)系。：滲透壓，kPa

V：溶液體積，L

R：氣體常數(shù)R=8.314J·mol-1·K-1nB：溶質(zhì)物質(zhì)的量

c：物質(zhì)的量濃度，mol/LT：溫度，K第18頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)于電解質(zhì)溶液i為一分子電解質(zhì)離解生成的離子個(gè)數(shù)。

NaCl，i≈2CaCl2，i≈3第19頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5、滲透壓在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用A毫滲摩爾濃度（滲透濃度）溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的各種物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的總濃度，以mmol/L或（mOsm/L)來計(jì)算滲透壓?jiǎn)挝?。B等滲液滲透壓相等的兩種溶液稱為等滲液，滲透壓高/低者稱為高/低滲液。小詞典：osmosis---滲透第20頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一正常人血漿總滲透壓的范圍在280-320mOsm/L；在此范圍的溶液（注射液）稱為生理等滲液。第21頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一滲透壓平衡與生命過程的密切關(guān)系①給患者輸液的濃度②植物的生長(zhǎng)③人的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)第22頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一依數(shù)性小結(jié)結(jié)論：

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)。第23頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例：已知20oC時(shí)水的蒸氣壓為2333Pa，將17.1g某易溶難揮發(fā)非電解質(zhì)溶于100g水中，溶液的蒸氣壓為2312Pa，試計(jì)算該物質(zhì)摩爾質(zhì)量。解：設(shè)該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，則其物質(zhì)的量nB=17.1/M(mol);

溶劑水的物質(zhì)的量nA=100/18（mol);

所以：xB=nB/(nA+nB)∵∴第24頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例:

已知煙草中的有害成分尼古丁的實(shí)驗(yàn)式是C5H7N，將496mg尼古丁溶于10.0g水中，所得溶液在105Pa下沸點(diǎn)100.17oC，求尼古丁的摩爾質(zhì)量。已知Kb=0.51K.Kg.mol-1

解：得到

尼古丁摩爾質(zhì)量為M，則第25頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、比表面第二節(jié)表面化學(xué)

表面現(xiàn)象：肥皂水的起泡，微小液滴的蒸發(fā)。用來衡量多相分散體系的分散程度，即單位體積或單位質(zhì)量的物質(zhì)所具有的表面積。

提示：1g水若成為一個(gè)球狀水滴時(shí)，其球面積為4.84×10-4m2。若把它分散成直徑為10-9m的微小質(zhì)點(diǎn)時(shí)，總表面積為6000m2，是原有表面積的100多萬倍。因此，當(dāng)體系的分散程度很高時(shí)，表面現(xiàn)象不能忽略。

第26頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、表面張力垂直作用于表面上單位長(zhǎng)度線段上的表面收縮力。其作用結(jié)果使液體表面積縮小，其方向?qū)τ谄揭好媸茄刂好娌⑴c液面平行，對(duì)于彎曲液面則與液面相切。表面張力實(shí)驗(yàn)示意圖表面張力與物質(zhì)的本性和與所接觸相的性質(zhì)有關(guān)：分子間的相互作用力或化學(xué)鍵力越大，表面張力越大。表面張力隨溫度的升高而降低。表面張力一般隨壓力增加而下降。第27頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、溶液的表面吸附

溶液的表面張力：

I：無機(jī)鹽、非揮發(fā)性的酸或堿以及蔗糖、甘露醇等多羥基有機(jī)物；Ⅱ：短鏈醇、醛、酮、酸和胺等有機(jī)物；Ⅲ：碳原子數(shù)為八個(gè)以上的直長(zhǎng)鏈有機(jī)酸堿金屬鹽、磺酸鹽、硫酸鹽和苯磺酸鹽等。溶液表面張力與濃度的關(guān)系

第三類物質(zhì)，分子中的非極性基團(tuán)比第二類的要大，只需少量這樣的物質(zhì)，溶液的表面張力就會(huì)顯著降低，這類物質(zhì)稱做表面活性劑。第28頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吉布斯吸附等溫式：(1)若＜0，則＞0。即表面張力隨著溶質(zhì)的加入而降低者，為正值，是正吸附，此時(shí)溶質(zhì)濃度表面層高于體相，例如表面活性劑。(2)若＞0，則＜0。溶液的表面張力隨著溶質(zhì)的加入而升高時(shí)，為負(fù)值，是負(fù)吸附。此時(shí)表面層中溶質(zhì)濃度低于體相中溶質(zhì)的濃度，表面惰性物質(zhì)即屬于這種情況。第29頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

表面活性物質(zhì)：表面活性物質(zhì)由極性的親水基團(tuán)和非極性的疏水基團(tuán)共同組成，具有兩親特性，其親水作用使分子的極性端進(jìn)入水中。類別實(shí)例離子型表面活性劑陰離子型羧酸鹽RCOOM+，硫酸酯鹽ROSO3M+，磺酸鹽RSOM+，磷酸酯鹽ROPOM+陽(yáng)離子型伯胺鹽RNHX，季胺鹽RN+(CH3)3X吡啶鹽兩性型氨基酸型RN+CH2CH2COO甜菜堿型RN+（CH3）2CH2COO非離子型表面活性劑聚氧乙烯醚RO(CH2CH2O)nH聚氧乙烯酯RCOO(CH2CH2O)nH多元醇酯型RCOOCH2C(CH2CH2O)3第30頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

表面活性物質(zhì)的HLB值：親水親油平衡值HLB表示表面活性物質(zhì)的親水性和親油性的相對(duì)強(qiáng)弱。HLB值越大，其親水性越強(qiáng)，HLB值越小，其親水性越弱，親油性越強(qiáng)。HLB值范圍主要用途HLB值范圍主要用途1～3消泡劑12～15潤(rùn)濕劑3～6油包水型（W/O）乳化劑13～15洗滌劑8～18水包油型（O/W）乳化劑15～18增溶劑第31頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、固體的表面吸附物理吸附與化學(xué)吸附

物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力分子間力化學(xué)鍵力吸附選擇性無選擇性有選擇性吸附速度快，不需活化能較慢，需活化能吸附分子層多分子層單分子層吸附熱較小，與液化熱相近較大，與化學(xué)反應(yīng)熱相近吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定，易解吸比較穩(wěn)定，不易解吸第32頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

固體表面對(duì)氣體分子的吸附一定T、p下，在吸附平衡時(shí)，被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積與吸附劑質(zhì)量之比稱為平衡吸附量，簡(jiǎn)稱吸附量。或(1)等溫吸附經(jīng)驗(yàn)式(2)單分子層吸附理論或第33頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)膠體一、分散體系的分類：

分散系統(tǒng)是指一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中形成的體系。分散系統(tǒng)粒子線度實(shí)例主要特征分子分散<10-9m乙醇的水溶液、空氣能透過濾紙與半透膜，擴(kuò)散速度快，超顯微鏡也看不見膠體分散10-9～10-7mAgI或Al（OH）3能透過濾紙，不能透過半透膜；超顯微鏡可看到粗分散>10-7m牛奶、豆?jié){不能透過濾紙和半透膜，無擴(kuò)散能力；顯微鏡可見第34頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一膠體按聚集狀態(tài)分類分散介質(zhì)分散相名稱實(shí)例

液氣液固

液溶膠

肥皂泡沫含水原油，牛奶金溶膠、泥漿、油墨

固氣液固

固溶膠浮石，泡沫玻離珍珠某些合金，染色的塑料氣液固氣溶膠霧，油煙粉塵，煙第35頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、膠體的性質(zhì)丁達(dá)爾效應(yīng)1、丁達(dá)爾效應(yīng)第36頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

當(dāng)光束投射到一個(gè)分散系統(tǒng)上時(shí)，可以發(fā)生光的吸收、反射、散射和透射等，究竟產(chǎn)生哪一種現(xiàn)象，則與入射光的波長(zhǎng)（或頻率）分散相粒子的大小有密切關(guān)系。當(dāng)入射光的頻率與分散相粒子的振動(dòng)頻率相同時(shí)，主要發(fā)生光的吸收，如有顏色的真溶液；當(dāng)入射光束與系統(tǒng)不發(fā)生任何相互作用時(shí)，則發(fā)生透射，如清晰透明溶液；當(dāng)入射光的波長(zhǎng)小于分散相粒子的直徑時(shí)，則發(fā)生光反射現(xiàn)象，使系統(tǒng)呈現(xiàn)渾濁，如懸濁液；當(dāng)入射光的波長(zhǎng)略大于分散相粒子的直徑時(shí)，則發(fā)生光散射現(xiàn)象，如溶膠系統(tǒng)?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)在400-740nm范圍，膠粒的大小在1-100nm范圍，因此，當(dāng)可見光束投射于溶膠系統(tǒng)時(shí)，會(huì)發(fā)生光的散射現(xiàn)象。第37頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、溶膠的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)-布朗運(yùn)動(dòng)在超顯微鏡下觀察膠體溶液，可以看到代表膠體粒子的發(fā)光點(diǎn)在介質(zhì)中間不停地作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為布朗（Brown）運(yùn)動(dòng)，如圖1—3所示。超顯微鏡是利用溶膠粒子對(duì)光的散射現(xiàn)象設(shè)計(jì)而成具有強(qiáng)光源、暗視野的目視顯微鏡，其分辨能力比普通顯微鏡大200多倍。布朗運(yùn)動(dòng)是溶膠分散系的重要?jiǎng)恿W(xué)特性之一，它并非由于外力的推動(dòng)所致，而是介質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)和膠體粒子的熱運(yùn)動(dòng)的綜合表現(xiàn)。第38頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一布朗運(yùn)動(dòng)示意圖由布朗運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散作用在一定程度上可以抵消膠粒受重力作用而引起的沉降，使溶膠具有一定的穩(wěn)定性，稱為溶膠的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。第39頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

膠體粒子的布朗運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致溶膠具有擴(kuò)散作用。但由于膠體粒子質(zhì)量比普通分子的質(zhì)量大得多，因此，溶膠的擴(kuò)散速度比普通溶液要小得多。由于重力作用，懸浮在分散介質(zhì)中的膠體粒子有向下沉降的趨勢(shì)，沉降的結(jié)果將使底部粒子濃度增大，造成上下粒子濃度的不均勻狀態(tài)，與此同時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散作用，又會(huì)使底部的粒子向上浮，力圖使粒子趨于均勻，沉降和擴(kuò)散是兩個(gè)相反的作用，兩者之間存在著相互競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)沉降速率與擴(kuò)散速率相等時(shí)，在一定高度的粒子濃度不再隨時(shí)間而改變，這種狀態(tài)就稱為沉降平衡。溶膠粒子的沉降速率和擴(kuò)散速率均很慢，要達(dá)到沉降平衡往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間。第40頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、溶膠的電學(xué)性質(zhì)-電動(dòng)現(xiàn)象在外電場(chǎng)的作用下，分散相與分散介質(zhì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象，稱為溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象。電動(dòng)現(xiàn)象主要有電泳和電滲。（1）電泳

在電解質(zhì)溶液中插入兩根電極，接通直流電，就發(fā)生離子的定向遷移，即陽(yáng)離子移向負(fù)極、陰離子移向正極。在外電場(chǎng)作用下，帶電的固體分散相粒子在液體介質(zhì)中作定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳。溶膠能產(chǎn)生電泳，說明膠體粒子帶有電荷。根據(jù)膠體粒子在電泳時(shí)移動(dòng)的方向，就可以確定它們所帶的電荷符號(hào)。帶正電荷的膠粒（正溶膠）電泳時(shí)移向負(fù)極，帶負(fù)電荷的膠粒（負(fù)溶膠）電泳時(shí)移向正極。第41頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一研究溶膠的電泳現(xiàn)象不僅有助于了解溶膠粒子的結(jié)構(gòu)及電學(xué)性質(zhì)，而且電泳現(xiàn)象在生產(chǎn)和科研中也有很多應(yīng)用。例如根據(jù)不同蛋白質(zhì)分子、核酸分子電泳速度的不同對(duì)它們進(jìn)行分離，已成為生物化學(xué)中的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)。電泳管第42頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）電滲分散介質(zhì)在電