2020 2 4 1 第一節物質的聚集狀態 1 理想氣體狀態方程pV nRTp 理想氣體的壓強 壓力 V 理想氣體的體積 n 理想氣體的物質的量 T 理想氣體的熱力學溫度 R 摩爾氣體常數或稱普適氣體常數 R 8 314J mol K 1 1 1氣體 可壓縮性 無限膨脹性無限摻混性 2020 2 4 2 第一節物質的聚集狀態 理想氣體狀態方程也可表示為 m M 分別為氣體的質量 kg 摩爾質量 kg mol 和密度 kg m3 2020 2 4 3 第一節物質的聚集狀態 2 混合氣體分壓定律p pA pB pC pi或p pipi 為混合氣體i組分的分壓 含義為溫度相同時 混合氣體中每一種組分氣體獨立占有與整個混合氣體相同體積時的壓力 p 為混合氣體的總壓強 因為 pV nRTpiV niRT兩式相除得 pi p ni n xi故 pi xip 2020 2 4 4 第一節物質的聚集狀態 3 混合氣體分體積定律V VA VB VC Vi或V ViVi 為混合氣體i組分的分體積 V 為混合氣體的總體積 因為 pV nRTpVi niRT兩式相除得 Vi V ni n xi故 Vi xiV 2020 2 4 5 第一節物質的聚集狀態 4 真實氣體 范德華方程 ab 均為真實氣體常數 真實氣體在什么樣的特定狀態下接近于理想氣體的狀態呢 答案 高溫且低壓 為什么 請你思考 2020 2 4 6 第一節物質的聚集狀態 1 氣 液平衡蒸發 液體 氣體凝聚 氣體 液體氣液平衡 當液體蒸發為氣體且氣體凝聚為液體的過程達到動態平衡時即處于氣液平衡狀態 此時的溫度就是沸點 蒸氣壓 處于蒸發 凝聚動態平衡的氣體叫飽和蒸氣 飽和蒸氣所具有的壓力稱為飽和蒸氣壓 簡稱蒸氣壓 研究表明 蒸氣壓是溫度的函數p f T 而與氣體的體積和液體的量無關 1 1 2液體 2020 2 4 7 第一節物質的聚集狀態 2 蒸氣壓和溫度的關系液體沸騰時的溫度與氣液平衡時的蒸氣壓有直接關系 研究表明 蒸氣壓是溫度的函數p f T 2020 2 4 8 3 沸點當液體的蒸汽壓與外界壓力相等時 汽化在整個液體內進行 這一現象稱為沸騰 沸騰時的溫度稱為沸點 液體的沸點隨外壓的增大而升高 液體 p 蒸汽 p T 當p p時T即為此液體沸點 p 1 1 2液體 2020 2 4 9 第一節物質的聚集狀態 1 1 3固體 固體 1 晶體2 非晶體晶體與非晶體的差異 晶體具有規則的幾何形狀 非晶體則沒有 晶體具有固定的熔點 非晶體無固定的熔點 晶體顯各向異性 非晶體顯各向同性 2020 2 4 10 第一節物質的聚集狀態 1 1 4物質三態的轉化規律 水的相圖 2020 2 4 11 第二節溶液 1 2 1計量1 計量及單位計量 用一種公認的已知量和一個暫時未知的量進行比較以獲得一個相對量 國際單位制 SI制 SI單位 SI基本單位表1 1SI輔助單位表1 2SI導出單位表1 3 2020 2 4 12 表1 1國際單位制的基本單位 第二節溶液 2020 2 4 13 表1 2國際單位制的輔助單位 第二節溶液 2020 2 4 14 量 一個數值和單位的乘積 量 物理量 數值 單位例 T 275 15K p 101 325kPa 2 物質的量 物質的量是基本物理量之一 其單位是摩爾 摩爾是一系統的物質的量 該系統中所含有的基本單元數與0 012千克碳12 C612 的原子數目相同 由于0 012千克C612的原子數目為6 022 1023 此數值即為阿伏加德羅 Avogadro 常數NA 第二節溶液 2020 2 4 15 3 摩爾質量 定義 1摩爾物質的質量稱為摩爾質量Mi mi ni kg mol 摩爾質量的單位實際上使用較多的是 g mol 此時它在數值上與分子量相等 4 物質量的分數 混合物中所有物種的物質的量為n總mol 組分i的物質的量為nimol 則其物質量的分數xi為xi ni n總對任一混合物體系都有 xi 1 第二節溶液 2020 2 4 16 例題 1 1摩爾 2H 表示什么意義 其基本單元是什么 2 1摩爾 1 2H2SO4 與0 5摩爾 H2SO4 意義是否相同 為什么 3 1摩爾 H2 1 2O2 H2O 的叫法正確嗎 如果正確其意義為何 解答 1 表示1摩爾兩個氫原子 基本單元是 2H 2 意義不相同 差別是基本單元不一樣 3 正確 表示1摩爾 H2 1 2O2 H2O 反應 即此反應進行了NA次 也可說是反應進行到有1摩爾H2O生成 第二節溶液 2020 2 4 17 1 2 2溶液成份的計量 質量摩爾濃度 物質的量分數 mol L mol kg 無量綱 物質量的濃度 第二節溶液 2020 2 4 18 1 2 3非電解質稀溶液的依數性 1 2 3 1 溶液的蒸氣壓下降 拉烏爾定律 一定溫度下 含有非揮發性溶質稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓乘以溶劑的物質量的分數 p p xA p 純溶劑蒸氣壓xA 溶劑的物質的量分數 p p 1 xB p p p xB p p xB xB 溶質的物質的量分數 p 溶液蒸氣壓的下降值 第二節溶液 2020 2 4 19 p p xB p nB nA nB p nB nA 注 nA nB nAnA mA MAbB nB mA p p bB mA mA MA p MA bB 對水來說MA 0 01801kg molKp 0 01801p p KpbB 結論 稀溶液蒸氣壓的下降與稀溶液的質量摩爾濃度成正比 而與溶質的本性無關 第二節溶液 2020 2 4 20 純溶劑 p 飽和蒸氣 溶液 p 飽和蒸氣 代表溶劑分子 代表難揮發的溶質分子 a 純溶劑的蒸發示意圖 b 稀溶液的蒸發示意圖 稀溶液蒸氣壓下降的解釋一 第二節溶液 2020 2 4 21 第二節溶液 純水的蒸發 純水的蒸發 氯化鈉溶液的蒸發 2020 2 4 22 稀溶液蒸氣壓下降的解釋二 a b c p1 p2 p3 p1 p2 T p a 純水b 稀溶液 bB bc 稀溶液 bB c且 bB b bB c p1 p2 第二節溶液 2020 2 4 23 1 2 3 2 溶液的沸點上升和凝固點下降 T p 純水 溶液 101 325kPa Tf Tf Tb Tb A C B 正常沸點 p 101 325kPaTb 373 15K Tb Tb Tb Tb Tb 第二節溶液 2020 2 4 24 正常凝固點 p 101 325kPaTf 273 15K Tf Tf Tf Tf Tf Tb KbbB Tf KfbB bB p Kp Tf Kf Tb Kb 對同一稀溶液來說 應有下關系 第二節溶液 2020 2 4 25 溶液的蒸氣壓下降 沸點上升和凝固點下降的應用 植物的抗旱耐寒性 植物體內細胞中有多種可溶物 氨基酸 糖等 這些物質使細胞液的蒸氣壓下降 凝固點降低 從而使植物表現出一定的抗旱和耐寒性 冰鹽冷凍劑 1份食鹽和3份碎冰混合 體系的溫度可降至 20度 10份六水氯化鈣與7 8份碎冰混合 體系的溫度可降至 20 40度 汽車防凍劑 汽車水箱中加入甘油或乙二醇等物質 可以降低水的冰點 防止水箱凍壞 第二節溶液 2020 2 4 26 1 2 3 4 溶液的滲透壓 滲透壓 阻止滲透作用發生而必須向溶液所施加的最小壓力 產生滲透壓的二個條件 有半透膜存在半透膜兩側單位體積內溶劑分子數不同 V niRTor ciRT 稀溶液中ci 1000bB ciRT 1000bBRT 第二節溶液 2020 2 4 27 滲透作用的應用 大多數有機體的細胞膜有半透性質 因此滲透現象對于生命有著重大意義 如人體血液有一定的滲透壓 向人體輸液時 一定要輸入與血液滲透壓相等的等滲液 工業上利用反滲透技術進行海水淡化或水的凈化 第二節溶液 2020 2 4 28 稀溶液依數性小結 各依數性 p Tb Tf 都與bB成正比 與溶質本性無關 對同一稀溶液來說有如下關系 bB p Kp Tb Kb Tf Kf RT四個依數性中 p蒸氣壓下降是核心 沸點上升 凝固點下降 滲透壓產生都與蒸氣壓下降有關 若溶質 溶劑都有揮發性 則可以有 pA pA xA pB pB xB p pA pBp 溶液蒸氣壓四個依數性都與bB有關 bB與溶質分子量有關 由此可以求算溶質的分子量 切記并理解 第二節溶液 2020 2 4 29 例題 有一種蛋白質 估計它的摩爾質量在15000g mol左右 如果在298K時 取1 0g樣品溶于100g水 試問利用哪一種依數性來測定摩爾質量好一些 解 a 先試沸點上升測定 Kb 0 515K kg mol 1 Tb Kb bB Kb nB mA 0 515 1 0 15000 100 10 3 0 343 10 3Kb 用凝固點下降測定 Kf 1 853K kg mol 1 Tf Kf bB Kf nB mA 1 853 1 0 15000 100 10 3 1 24 10 3Kc 用滲透壓測定 cRT nB V RT 8 314 298 1 0 15000 0 1 10 3 1 62 103Pa 1 62kPa顯然 Tb Tf都很小 不易測定 故用滲透壓測定最好 第二節溶液 2020 2 4 30 例題 煙草中有害成分尼古丁的最簡化學式是C5H7N 現將496mg尼古丁溶于10 0g水 所得溶液在101kPa下沸點是100 17 求尼古丁的分子式 解 Kb 0 515K kg mol 1 Tb Kb bB0 17 0 515 496 10 3 M 10 0 1000 M 1 5 102g molC5H7N的式量為81 故 81n 1 5 102g moln 2尼古丁的分子式為 C10H14N2 第二節溶液 2020 2 4 31 范特霍夫JacobusHenricusvan tHoff 1852 1911 只有在貧苦和不幸的環境中 才能使人活得更加堅強 首界諾貝爾化學獎獲得者范特霍夫 荷蘭化學家 1874年于荷蘭首都烏德勒支大學獲博士學位 曾任阿姆斯特丹大學 柏林大學教授 主要貢獻是 最早提出了立體化學概念 對物理化學的理論研究 包括動力學研究 稀溶液的滲透壓 成績顯著 由此而獲得1901年第一屆諾貝爾化學獎 范特霍夫一向尊重父母的意見 獲獎后把獎金的一部分獻給了慈善事業 實現了母親的愿望 應當把Nobel獎用于nobel 高尚 的事業 科學家簡介 2020 2 4 32 分散體系 分散系 一種或幾種物質被分散成微小的粒子分布在另一種物質所構成的體系 分散質 分散系中被分散的物質 通常分散質含量較少 一般不連續 分散劑 起分散作用的物質 存在于分散質周圍 一般是連續相 分散系分類 按分散系的聚集狀態可分九類 按分散系的粒子大小可分三類 第三節膠體溶液 1 3 1 分散系 2020 2 4 33 表1 6按物質聚集狀態分類的分散系 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 分散劑分散質實例 第三節膠體溶液 2020 2 4 34 表1 7按分散質顆粒大小分類的分散系 第三節膠體溶液 2020 2 4 35 膠體 以固體顆粒 直徑1 100nm 分散于液體中的一種膠體分散系 它屬于高分散度的多相體系 高分子溶液 高分子物質溶于適當溶劑而形成的溶液 其溶質高分子的大小在膠體分散系范圍內 它同真溶液一樣屬均相體系 溶膠 第三節膠體溶液 2020 2 4 36 g l 1 3 2表面吸附 吸附 一種物質自動聚集到另一種物質表面上去的過程 為什么會出現吸附 表面分子與相內分子的受力不同 B分子處于相內 受到周圍分子的作用力是均衡的 A分子處于表面 此分子一方面受到本相內分子的作用 另一方面又受到性質不同的另一相分子的作用 受力不均 A B 第三節膠體溶液 2020 2 4 37 在氣液表面上A分子受到氣相分子的作用力是極小的 因此A分子受到一個指向液體內部的合力 從能量角度看 A分子比B分子具有較高的能量 這部分高出的能量就是表面自由能 表面能 表面能的存在帶來 氣液表面的分子總有降低表面能 縮小表面積的趨勢 自由狀態下液滴呈球形就是此原因 固體表面利用表面分子的剩余力場吸附其它分子減少剩余力場 降低表面能 因此產生表面吸附 第三節膠體溶液 2020 2 4 38 1 分子吸附 分子吸附遵循相似相吸原則 主要是吸附劑對非電解質或弱電解質分子的吸附 2 離子吸附 離子吸附分離子選擇吸附和離子交換吸附 1 離子選擇吸附 優先選擇吸附與固體微粒具有相同組份和結構相似并能與之生成難溶化合物的離子 其次是選擇吸附能形成與固體同晶型的固體的那些離子 第三節膠體溶液 2020 2 4 39 Br Br Br Ag Ag AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時 KBr過量 則AgBr固體優先吸附Br 而使固體表面帶負電 AgNO3與KBr制備AgBr溶膠時 AgNO3過量 則AgBr固體優先吸附Ag 而使固體表面帶正電 第三節膠體溶液 2020 2 4 40 2 離子交換吸附 吸附劑從溶液中吸附某種離子時 等物質量地置換出另一種電荷符號相同的離子到溶液中 此吸附稱離子交換吸附 離子交換吸附過程是可逆過程 土壤中的養分保持和釋放大部分是通過離子交換進行的 3NH4 Ca2 Na 第三節膠體溶液 2020 2 4 41 1 3 3溶膠的制備和性質 1 溶膠的制備 溶膠的制備有兩類方法 1 分散法 用適當的方法使大塊物質分散成膠體粒子的大小 常用方法有 研磨法和膠溶法 2 凝聚法 讓難溶物質的分子 或離子 相互凝聚成膠體粒子 方法有 化學凝聚法 物理凝聚法 改換溶劑法和電弧法等 第三節膠體溶液 2020 2 4 42 2 溶膠的性質 A 1 動力學性質 布朗運動 產生布朗運動的原因 膠粒受周圍溶劑分子不均衡撞擊的結果 第三節膠體溶液 2020 2 4 43 1903年發明了超顯微鏡 為研究布朗運動提供了物質條件 用超顯微鏡可以觀察到溶膠粒子不斷地作不規則 之 字形的運動 從而能夠測出在一定時間內粒子的平均位移 通過大量觀察 得出結論 粒子越小 布朗運動越激烈 其運動激烈的程度不隨時間而改變 但隨溫度的升高而增加 第三節膠體溶液 2020 2 4 44 2 溶膠的光學性質 丁鐸爾效應 溶液 溶膠 光源 光照射分散體系時可以發生 a反射 粒子直徑大于入射光波長 b散射 粒子直徑略小于入射光波長 c透射 粒子直徑遠小于入射光波長 由光的散射原理 人們設計制造了超顯微鏡 它可以觀察直徑小到10 300nm的粒子 第三節膠體溶液 2020 2 4 45 第三節膠體溶液 2020 2 4 46 3 溶膠的電學性質 電泳和電滲 通電前 通電后 Fe OH 3溶膠 Fe OH 3溶膠 第三節膠體溶液 2020 2 4 47 第三節膠體溶液 2020 2 4 48 定義 電泳是膠體粒子在電場中的定向移動 定義 電滲是當膠體粒子固定不動時溶液在電場中的定向移動 電動現象的結論 膠體的膠粒是帶電的 第三節膠體溶液 2020 2 4 49 第三節膠體溶液 2020 2 4 50 膠粒帶電的原因 吸附帶電 膠體粒子對溶液中的離子產生選擇性吸附使膠粒帶電 電離帶電 例如 Fe OH 3固體表面選擇性吸附FeO 離子而帶正電 AgBr吸附Br 而帶負電 例如 硅酸溶膠粒子表面會發生電離 過程如下 xSiO2 yH2O H HSiO3 2H SiO32 膠體粒子表面分子發生電離使膠粒帶電 第三節膠體溶液 2020 2 4 51 1 3 4膠團結構 AgBr m 膠核 電位離子 反離子 反離子 吸附層 擴散層 膠粒 膠團 AgNO3與過量KBr形成AgBr溶膠 nBr n x K x xK 第三節膠體溶液 2020 2 4 52 氫氧化鐵溶膠的膠團結構 Fe OH 3 m 硅膠的膠團結構 aSiO2 bH2O m nHSiO3 n x H x xH aSiO2 bH2O m nSiO32 2 n x H 2x 2xH nOH nFeO n x OH n x Cl x xCl AgBr m nK nNO3 nAg n x Br n x NO3 x xNO3 溴化銀溶膠的膠團結構 AgNO3過量 第三節膠體溶液 2020 2 4 53 1 KI與過量的AgNO3作用制備的膠體其膠團結構為 2 用H3AsO3與過量H2S作用制備硫化砷溶膠其膠團結構為 AgI m nAg n x NO3 x xNO3 As2S3 m nS2 2 n x H 2x 2xH As2S3 m nHS n x H x xH 例題 第三節膠體溶液 2020 2 4 54 電動電位 Stern提出了擴散雙電層模型 溶液的雙電層分成兩部分 一部分緊密結合在固體表面上 稱為緊密層 另一部分向溶液本體擴散 稱為擴散層 他認為吸附在固體表面的緊密層約有一 二個分子層的厚度 又被稱為Stern層 第三節膠體溶液 2020 2 4 55 由于離子的溶劑化作用 膠粒在移動時 緊密層會結合一定數量的溶劑分子一起移動 所以滑移的切動面由比Stern層略右的曲線表示 從固體表面到Stern平面 電位從 0直線下降為 第三節膠體溶液 2020 2 4 56 電動電勢亦稱為 電勢 帶電的固體或膠粒在移動時 移動的切動面與液體本體之間的電位差稱為電動電勢 在Stern模型中 帶有溶劑化層的滑移界面與溶液之間的電位差稱為 電位 電位總是比熱力學電位低 外加電解質會使 電位變小甚至改變符號 只有在質點移動時才顯示出 電位 所以又稱電動電勢 第三節膠體溶液 2020 2 4 57 1 3 5溶膠的穩定性和聚沉 1 溶膠的穩定性 穩定原因 膠粒帶電 溶劑化膜 布朗運動 要記的喲 第三節膠體溶液 2020 2 4 58 2 溶膠的聚沉 b 對溶膠起聚沉作用的主要是與膠粒電荷符號相反的離子 c 起聚沉作用的離子的荷電多少決定了其聚沉能力的大小 d 同價離子的聚沉能力與水化離子半徑的大小有關 水化離子半徑越大 聚沉能力越小 a 任何電解質達到足夠濃度時都能使溶膠聚沉 1 加電解質 切記 切記 切記 切記 切記 切記 第三節膠體溶液 2020 2 4 59 定義 聚沉值可以用來衡量電解質的聚沉能力 所謂聚沉值是指一定量的溶膠中 在一定時間內 通常是18小時 使溶膠聚沉所需的電解質的最低濃度 mmol dm3 從上面的定義可以看出 聚沉值大的電解質 聚沉能力小 聚沉值小的電解質 聚沉能力大 聚沉能力 聚沉值 1 電解質對溶膠聚沉起作用的是與膠粒帶相反電荷的離子 其聚沉值的大小與該離子的價數有關 例如 第三節膠體溶液 2020 2 4 60 上圖是Al3 Ca2 Na 三種離子對As2S3負溶膠聚沉能力的比例圖 故電解質聚沉能力的大小與起作用離子的價數的六次方成正比 價數越高聚沉值越小 聚沉能力越大 第三節膠體溶液 2020 2 4 61 2 溶膠相互聚沉 帶相反電荷的溶膠互相混合會發生相互聚沉 3 增大溶膠的濃度會使溶膠聚沉 原因 濃度增大則膠粒間距變小 膠粒碰撞機會增大 原因 溫度升高 分子熱運動增大 膠粒表面吸附的電位離子減少 膠粒荷電數減少 另外 溫度升高 膠粒水化膜變薄 易聚沉 4 升高溶膠的溫度會使溶膠聚沉 第三節膠體溶液 2020 2 4 62 例題1 在堿性溶液中用HCHO還原HAuCl4以制備金溶膠 反應中生成的AuO2 是穩定劑 K 是反離子 寫出金溶膠的膠團結構式 Au m nAuO2 n x K x xK 例題2 用NaBr和AgNO3制備AgBr溶膠 該溶膠的膠粒在電場中向正極移動 寫出其膠團結構式 并比較AlCl3 MgSO4 K3 Fe CN 6 三種電解質對該溶膠的聚沉能力 AgBr m nBr n x Na x xNa K3 Fe CN 6 MgSO4 AlCl3 聚沉值 第三節膠體溶液 聚沉值能力呢 2020 2 4 63 1 3 6高分子溶液 1 高分子溶液的特征 分子量大 1000以上 分子體積大 1 100nm 與溶劑的親和力強 易形成強而厚的溶劑化膜 溶液粘度大 第三節膠體溶液 2020 2 4 64 2 高分子溶液的鹽析和保護作用 溶膠中加入適量的高分子化合物 可提高溶膠的穩定性 對溶膠取保護作用 但高分子過少則反使溶膠不穩定 此為敏化作用 3 凝膠 高分子溶液中加入大量的電解質使高分子化合物從溶液中析出稱為鹽析 自學 第