1、 inorganic & analytical chemistry 無機及化學分析無機及化學分析第一章第一章 分散體系分散體系 dispersed system1、了解分散體系的分類、了解分散體系的分類；本章學習要求5、掌握溶液的穩定性與凝結、掌握溶液的穩定性與凝結。4、掌握膠體的特性及膠團結構式的書寫、掌握膠體的特性及膠團結構式的書寫；3、掌握稀溶液的依數性及其計算、掌握稀溶液的依數性及其計算；2、掌握溶液濃度的定義及其相互換算、掌握溶液濃度的定義及其相互換算； 由由一種或幾種物質分散在另一種或幾種物質分散在另一種物質中一種物質中分散質分散質（相相）（dispersion phase)被分散

2、的物質被分散的物質 分散劑分散劑 （dispersed medium）起分散作用的物質起分散作用的物質 1.1 分散系分類所形成的體系。所形成的體系。 1.分散系的定義細小水滴細小水滴 + + 空氣空氣云霧云霧相相 在體系內部物理性質和化學性在體系內部物理性質和化學性 質完全均勻的部分稱為相質完全均勻的部分稱為相。分散系在自然界中廣為存在分散系在自然界中廣為存在: :金屬化合物金屬化合物 + + 巖石巖石 礦石礦石二氧化碳二氧化碳 + + 水水 汽水汽水1) 按物質的聚集狀態分類按物質的聚集狀態分類：分散質分散質分散劑分散劑實實 例例氣氣氣氣 空氣、空氣、液液氣氣 云云 、霧、霧固固氣氣 煙煙

3、 、塵、塵氣氣液液 汽水、泡沫汽水、泡沫液液液液 牛奶、豆漿、牛奶、豆漿、固固液液 泥漿、溶液、泥漿、溶液、氣氣固固 泡沫塑料、饅頭泡沫塑料、饅頭液液固固 珍珠、肉凍、珍珠、肉凍、固固固固 合金、有色玻璃合金、有色玻璃2.分散系的分類2) 按分散質粒子直徑大小分類按分散質粒子直徑大小分類：分分 散散 系系直徑直徑/nm/nm實實 例例特征特征相系相系溶溶 液液1蔗蔗 糖糖 水水食食 鹽鹽 水水 最穩定最穩定, ,不沉降、不沉降、 能透過濾紙能透過濾紙單單膠膠 體體1-100血血 液液agi 溶溶 膠膠微渾濁微渾濁 半透明半透明 或不渾濁透明或不渾濁透明, , 有有tyndaltyndal爾現象

4、爾現象多多粗粗100牛牛 奶奶泥泥 漿漿不透明、不穩定不透明、不穩定不不透透過濾紙過濾紙 多多1.2 溶液 1.溶液 (solutions) 物質的量及其單位物質的量及其單位：1) 1) 物質的量物質的量n：表示物質基本單元數目多表示物質基本單元數目多少的物理量少的物理量。2) 2) 單位單位： mol分散質以小分子、離子或原子為質點均分散質以小分子、離子或原子為質點均勻地分散在分散劑中所形成的分散系勻地分散在分散劑中所形成的分散系。v/)b(n)b(c 一升溶液中所含溶質一升溶液中所含溶質b b的物質的量的物質的量 2. 溶液濃度的表示方法電電子子及及其它粒子的特定組合其它粒子的特定組合。4

5、) 4) 摩爾質量摩爾質量：mb = mb /nb1) 物質的量濃度物質的量濃度 c(b) 定義定義: 公式公式: : 單位單位: : mol dm-3 (moll-1)系統中組成物質的基本組系統中組成物質的基本組分分, ,可是分子可是分子、原子原子、離子離子、3) 3) 基本單元基本單元： 一千克溶劑中所含溶質一千克溶劑中所含溶質b b的物質的量的物質的量 )(1)()(kgbnbb 2) 質量摩爾濃度質量摩爾濃度 b(b) 定義定義: : 公式公式: 單位單位: :molkg-1 與溫度無關與溫度無關。在極稀的水溶液中在極稀的水溶液中. .優點優點: :c(b) b(b) 例例1. 500

6、克水中溶解克水中溶解17.1克蔗糖克蔗糖, 求蔗糖求蔗糖 溶液的質量摩爾濃度溶液的質量摩爾濃度。 解解:11.050034210001.17)(1)()(kgmolkgbnbb 某組分的物質的量與全部溶液的某組分的物質的量與全部溶液的 物質的量之比物質的量之比 。babbbaaannnxnnnx 3) 摩爾分數摩爾分數 xi 定義定義: : 公式公式: 量綱量綱： 14) 質量質量分數分數 用溶質的質量除以溶液的質量表用溶質的質量除以溶液的質量表 示濃度稱為質量分數，用示濃度稱為質量分數，用表示表示。%100)()()( 液液mbmb 定義定義: : 公式公式: 例例2. 48%的硫酸溶液的密

7、度為的硫酸溶液的密度為1.38gml-1, 計算此溶液的計算此溶液的 （1） 物質的量濃度物質的量濃度; （2） 質量摩爾濃度質量摩爾濃度; （3） 摩爾分數摩爾分數； 5) ) 濃度的相互換算濃度的相互換算解解: : 13)(76. 6981038. 1%48% lmollvmmlvbcb (1) 176. 638. 1/100100098/48 lmolvnbc0.8510.1552/1848/9848/98babxxx（3） 1)()(42. 910005298/481000 kgmolwnbbab（2 2） 1.3. 稀溶液的依數性 (colligative properties)2)

8、 沸點升高沸點升高 boiling point elevation 1) 蒸氣壓下降蒸氣壓下降 decrease of vapor pressure 3) 凝固點下降凝固點下降 freezing point lowering 4) 滲透壓滲透壓 osmotic pressure1. 依數性： 只與溶質所含粒子的數目有關，而與只與溶質所含粒子的數目有關，而與溶質的本性無關溶質的本性無關。（。（稀溶液的通性）稀溶液的通性）2. 溶液的蒸氣壓下降1)1) 蒸氣壓蒸氣壓 vapor pressure當蒸發速率與凝結速當蒸發速率與凝結速率相等時，液體上方率相等時，液體上方的蒸氣所具有的壓力的蒸氣所具有的

9、壓力稱為液體的飽和蒸氣稱為液體的飽和蒸氣壓（簡壓（簡稱稱蒸氣壓）蒸氣壓）。 ppp *蒸蒸發發凝凝聚聚2) 溶液的蒸氣壓下降溶液的蒸氣壓下降 在一定溫度下在一定溫度下, ,溶液的蒸溶液的蒸 氣壓總氣壓總是是低于純溶劑低于純溶劑的的 蒸氣壓，稱為溶液的蒸蒸氣壓，稱為溶液的蒸 氣壓下降氣壓下降。. . decrease of solution vapor pressure溶液蒸氣壓下降的原因溶液蒸氣壓下降的原因：a.a.溶液表面溶劑分子數減少溶液表面溶劑分子數減少；b.b.形成溶劑化分子形成溶劑化分子；pt0.1molkg-10.2molkg-1純水純水3) raoult (拉烏爾拉烏爾) 定理定

10、理 在一定溫度下在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓稀溶液的蒸氣壓與溶液中溶劑與溶液中溶劑的的摩爾分數成正比摩爾分數成正比. .axpp *1 baxx對于兩組分溶液對于兩組分溶液bbxppxpp *)1 (*bxpppp *)(*)()(bbkmnmppaba raoult 定律又可表述為定律又可表述為：在一定溫度下，在一定溫度下，難揮發非電解質稀溶液的蒸氣壓下降難揮發非電解質稀溶液的蒸氣壓下降, ,近近似地與溶質似地與溶質b b的質量摩爾濃度成正比的質量摩爾濃度成正比, ,而與而與溶質的本性無關。溶質的本性無關。例例3.計算計算293k時，時，17.1g蔗糖溶于蔗糖溶于1000 g水中，溶液的蒸汽

11、壓下降值水中，溶液的蒸汽壓下降值。 解：解：293k時時，p*(h2o)=2.33kpa4100 .9)( bxkpaxppb3*101 . 2 或或 kpabbkp3101 . 2)( m(b)=342g.mol-1 只只適用于難揮發非電解質適用于難揮發非電解質的的稀溶液稀溶液3. 溶液的沸點升高 boiling point elevationtbpttb*p外 1)1) 沸點沸點 boiling point液體的沸點是該液體液體的沸點是該液體的蒸氣壓等于外界大的蒸氣壓等于外界大氣壓時的溫度氣壓時的溫度tb純水純水蔗糖蔗糖 kb 為沸點升高常數為沸點升高常數 ebullioscopic co

12、nstant(1).(1).計算溶液的沸點計算溶液的沸點 2) 溶液的沸點升高：溶液的沸點升高：3)3)沸點升高的應用沸點升高的應用*(b)bbbbtttk b溶液的沸點與純溶劑的沸點之差溶液的沸點與純溶劑的沸點之差 它只它只與溶質的質量摩爾濃度成正比與溶質的質量摩爾濃度成正比, ,而與溶質的本性無關。而與溶質的本性無關。例例4. 在在100克水中溶解克水中溶解4.56克尿素克尿素, 計計算此溶液的沸點算此溶液的沸點.0.76mol/kg10060.010004.56(b)b解：bbbttt *ktb39. 076. 0512. 0 k39.37339.0373 例例5. 將將0.40g葡萄糖

13、溶于葡萄糖溶于20.0g水中水中,測得測得 溶液溶液的沸點為的沸點為100.056 ,計算葡萄糖的摩爾質量計算葡萄糖的摩爾質量.解解： 0.40/m 葡萄糖葡萄糖20/1000b 葡萄糖葡萄糖= tb = 0.056 = kb b 葡萄糖葡萄糖 m 葡萄糖葡萄糖 = 182.9 gmol-1(2) 測定難揮發非電解質的摩爾質量測定難揮發非電解質的摩爾質量4. 溶液的凝固點下降 freezing point lowering1) 凝固點凝固點： freezing pointtftfpt 液體的蒸氣壓與液體的蒸氣壓與 固體蒸氣壓相等固體蒸氣壓相等， 兩相平衡共存時兩相平衡共存時 的溫度的溫度。*純

14、水純水蔗糖蔗糖冰冰(1) 溶液的凝固點溶液的凝固點 ： (tf )k kf f為凝固點下降常數為凝固點下降常數. .cryoscopic constant tf =tf*- tf = kfb(b)溶液的蒸氣壓與固態純溶劑的蒸氣溶液的蒸氣壓與固態純溶劑的蒸氣壓平衡時的溫度壓平衡時的溫度。 (2) (2) 溶液的凝固點下降溶液的凝固點下降：純溶劑的凝固點與溶液凝固點之差純溶劑的凝固點與溶液凝固點之差 它只它只與溶質的質量摩爾濃度成正比與溶質的質量摩爾濃度成正比, ,而與溶質的本性無關。而與溶質的本性無關。2) ) 沸點沸點升升高和凝固點下降的原因高和凝固點下降的原因：溶液的蒸氣壓下降溶液的蒸氣壓下

15、降。3) 凝固點下降的應用凝固點下降的應用：(1) 解釋植物的抗旱性與耐寒性等現象解釋植物的抗旱性與耐寒性等現象；(2) 計算溶液的凝固點計算溶液的凝固點；(3) 測定難揮發非電解質的摩爾質量；解:1000/20/40.0葡葡萄萄糖糖葡葡萄萄糖糖mb 例6. 將0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,測得溶液的凝固點為-0.207 ,計算葡萄糖 的摩爾質量. k207.0207.00 ft20100040.086.1207.0 葡葡萄萄糖糖m1mol179.7g葡萄糖m1. 0的水溶液中加入一塊冰，有何現象？的水溶液中加入一塊冰，有何現象？2. 蒸氣壓下降蒸氣壓下降，沸點升高，凝固點降低均，沸點升

16、高，凝固點降低均 可用來測分子量，哪可用來測分子量，哪一一何種方法最好？何種方法最好？思 考 題： 5.溶液的滲透壓 osmotic pressure 溶劑分子通過半透溶劑分子通過半透膜進入溶液的自動膜進入溶液的自動擴撒過程。擴撒過程。 1)1)滲透現象滲透現象 osmosis為了維持滲透平衡向溶液所施加的最小為了維持滲透平衡向溶液所施加的最小外外壓壓。 在溶液上方施加一外壓在溶液上方施加一外壓p p, , 使半透膜兩邊溶使半透膜兩邊溶劑分子進出的速率相等時，體系所處的狀態。劑分子進出的速率相等時，體系所處的狀態。 2)滲透平衡滲透平衡3) )滲透壓滲透壓4) )產生滲透現象的條件產生滲透現象

17、的條件 有半透膜的存在有半透膜的存在； 膜兩邊的溶液存在濃度差膜兩邊的溶液存在濃度差；113113molkdm8.314kpamolkm8.314par)()(bbbc 稀稀水水溶溶液液中中rtbbrtbc)()( 5) vant hoff 定律定律v = nrt = nrt/v = crt植物的細胞植物的細胞6) 高滲、低滲、等滲溶液高滲、低滲、等滲溶液 例例7. 含有含有5gl-1某可溶性多糖的水某可溶性多糖的水溶溶液液, 在在278 k時滲透壓為時滲透壓為3.24kpa.求該多糖求該多糖 的摩爾質量的摩爾質量。7)7)滲透壓的應用滲透壓的應用 解釋動植物的生命現象解釋動植物的生命現象.

18、. 計算高分子化合物的摩爾質量計算高分子化合物的摩爾質量. . 1b113b1mol3568g278kmolkm8.314pal5g3.24kpamm解解: :c0.026lmol101.43567513bffbcktc故滲透壓法測大分子的摩爾質量比凝固故滲透壓法測大分子的摩爾質量比凝固下降法更靈敏下降法更靈敏。 例例8. 293k時葡萄糖時葡萄糖(c6h12o6)15g溶于溶于200g 水水中求該溶液的蒸汽壓、沸點、凝固點和滲透中求該溶液的蒸汽壓、沸點、凝固點和滲透 壓壓.已知已知293k時水的時水的 p*=2333.14pa。 解解: :b葡萄糖葡萄糖= n葡萄糖葡萄糖/0.2 =0.41

19、7 molkg-1n葡萄糖葡萄糖= 15/180=0.0833 mol n水水 =200/18.02=11.10 molx葡萄糖葡萄糖=0.0833/(0.0833+11.10) 0.0833/11.10=7.410-3 p = p*x水水= p*(1-x葡萄糖葡萄糖) =2333.14(1-7.510-3)=2315.90pa tb = kbb(b)=0.5120.417=0.21k tb =373+0.21=373.21k tf = kfb(b)=1.860.417=0.78k tf =273-0.78=272.22k = b(b)rt=0.4178.314293 =1015.8kpa 思

20、 考 題：1 1 參天的大樹，如何從土壤中獲得水份？參天的大樹，如何從土壤中獲得水份？2 2 施肥過多，植物會燒死？施肥過多，植物會燒死？3 3 淡水魚游到海水中能活嗎？淡水魚游到海水中能活嗎？1.溶膠的基本特征1) 溶膠溶膠是是多相多相體體系系 .1.4 膠體溶液2) 分散度高，分散度高，比表面大比表面大.s0 = a / vl=1cm n=1 s=6cm-2l=0.5cm n=8 s=12cm-2l=0.1cm n=1000 s=60cm-2l=100nm=10-5cm n=1015 s=6105cm-2l=1nm =10-7cm n=1021 s=6107cm-2colloid 表面粒子

21、比內部粒子表面粒子比內部粒子的能量高的能量高, ,高出的那部高出的那部分能量稱為表面能。分能量稱為表面能。 固體界面示意圖固體界面示意圖2.表面性質s 比表面能比表面能( (表面張力表面張力) )總表面積總表面積s s3)3)不穩定，易聚沉不穩定，易聚沉. .1) 表面能高表面能高小顆粒合并成大顆粒小顆粒合并成大顆粒降低降低s s0 0通過吸附通過吸附, ,使剩余引力有所飽和使剩余引力有所飽和減少表面張力減少表面張力 降低表面能降低表面能( (使體系穩定使體系穩定) )2) 吸附性強吸附性強 分子吸附分子吸附 固體吸附劑在非電解質或弱電解質固體吸附劑在非電解質或弱電解質 溶液中的吸附溶液中的吸

22、附。特點特點: : 相似相吸相似相吸吸附吸附 adsorption一種物質自動聚集到另一種物質界面一種物質自動聚集到另一種物質界面上的過程上的過程。 吸附質吸附劑b. b. 離子交換吸附離子交換吸附 a. a. 離子選擇性吸附離子選擇性吸附規律規律： 優先吸附與組成有關的離子優先吸附與組成有關的離子。 特點特點: : 吸正帶正、吸負帶負吸正帶正、吸負帶負egeg agno3+kbr=agbr(溶溶膠膠)+kno3 吸附劑與溶液之間的離子交換吸附劑與溶液之間的離子交換, ,稱為稱為 離子交換吸附離子交換吸附。 吸附劑在強電解質溶液中對離子的吸附吸附劑在強電解質溶液中對離子的吸附。 離子吸附離子吸

23、附 例例: 粘土顆粒帶負電粘土顆粒帶負電,表面存在可交換的陽表面存在可交換的陽離子離子ca2+(mg2+.k+.na+),當施入銨態氮肥當施入銨態氮肥時時,nh4+ 即與膠粒表面的即與膠粒表面的 ca2+ 發生交換發生交換:2ca4nh特點特點： 可逆過程可逆過程4nh2ca4nh4nh1) 光學性質光學性質tyndall現象現象 將一束光照射到透明的溶膠上將一束光照射到透明的溶膠上, ,光線垂光線垂直方向上可以觀察到一條發亮的光柱直方向上可以觀察到一條發亮的光柱。2.溶膠的性質( (溶膠特有溶膠特有) )2) 動力學性質動力學性質 brown運動運動brown運動運動是分散劑分子是分散劑分子

24、以不同大小和不同方向的以不同大小和不同方向的力對膠體粒子不斷撞擊而力對膠體粒子不斷撞擊而產生的產生的，由于受到的力不由于受到的力不平衡平衡，所以連續以不同方所以連續以不同方向向、不同速度作不規則運不同速度作不規則運動動。 電泳電泳 外電場下，分散質在分散外電場下，分散質在分散劑中定向移動劑中定向移動。粘粘 土土+-負極負極: :水面上升水面上升, ,清澈清澈。正極正極: :水面下降水面下降, ,混濁混濁， 粘土顆粒帶負電粘土顆粒帶負電 3) 電學性質電學性質 電滲電滲 外電場下，固相不動，外電場下，固相不動， 分散劑定向移動分散劑定向移動。3.溶膠粒子帶電原因1)1) 吸附帶電吸附帶電選擇吸附

25、與其組成選擇吸附與其組成 有關的離子有關的離子。例1. 氫氧化鐵溶膠是通過三氯化鐵氫氧化鐵溶膠是通過三氯化鐵 在沸水中水解而制成的在沸水中水解而制成的。 fecl3+3h2o= fe(oh)3+3hcl fe(oh)3+ hcl=feocl+2h2o feocl=feo+cl- feo+吸附在吸附在fe(oh)3膠粒的表面膠粒的表面 使之帶正電使之帶正電。 例2. 將硫化氫氣體通入飽和砷酸溶液中制將硫化氫氣體通入飽和砷酸溶液中制 備硫化砷溶膠備硫化砷溶膠. 2h3aso3+3h2s=as2s3+6h2o h2s=h+hs- 硫化砷溶膠優先吸附硫化砷溶膠優先吸附hs-而帶負電而帶負電。hsio3

26、-,sio32-留在膠粒表面使之帶負電留在膠粒表面使之帶負電。 233332siohhsiohsiohsioh例：硅膠離解硅膠離解: :2) 離解帶電離解帶電溶膠表面離溶膠表面離解, 使使 膠粒帶電膠粒帶電。fe(oh)3mfeofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +feofeo+ +clcl- -clcl- -clcl- -clcl- -clcl- -clcl- -cl-cl-clcl- -clcl- -clcl- -clcl- -clcl- -膠核膠核膠團膠團吸附層吸附層擴

27、散層擴散層膠粒膠粒4. 膠團結構膠核電位離子反離子吸附層擴散層膠粒膠團fe(oh)3m . nfeo+ . (n-x)cl-x+ . xcl-反離子例例1. 由由h2s和和h3aso3制備制備as2s3溶膠溶膠,且且 h2s過量過量.寫出其膠團結構寫出其膠團結構。 解解： hh)(hssash,hsxm32xxnn為為反反離離子子為為電電位位離離子子例例2. 由由bacl2和和k2so4溶液反應制備溶膠溶液反應制備溶膠,若是若是 k2so4溶液過量溶液過量,寫出該溶膠的膠團結構式寫出該溶膠的膠團結構式。bacl2+k2so4=baso4 溶膠溶膠+2kcl( baso4 ) m n so42-

28、 2(n-x)k+2x- 2xk+或或( baso4 ) m n so42- (2n-x)k+x-xk+解解：電解質電解質k2so4為該溶膠的穩定劑為該溶膠的穩定劑。 例例2. 為制備帶負電的為制備帶負電的agi溶膠溶膠,應向應向25ml 0.016mol.l-1ki溶液中加入多少溶液中加入多少0.005mol. l-1agno3溶液溶液? 解解: agi溶膠帶負電溶膠帶負電,則則ki過量過量:mlxx80005. 0016. 025 即加入小于即加入小于80ml的的0.005mol.l-1的的agno3 , 其膠團結構式為其膠團結構式為:kkiagix)xn(nxm5 . 溶膠的穩定性和凝結

29、1) 1) 溶膠穩定的原因溶膠穩定的原因溶劑化作用溶劑化作用brown運動運動同種電荷的排斥作用同種電荷的排斥作用2) 2) 溶膠凝結溶膠凝結的方法的方法溶膠被長溶膠被長時間加熱時間加熱加入電解質加入電解質( (對對溶膠的影響最大溶膠的影響最大) )溶膠溶膠凝結凝結的因素的因素 溶膠的溶膠的 相互凝結相互凝結 凝結值凝結值使溶膠在一定時間內開始凝結的最低濃度使溶膠在一定時間內開始凝結的最低濃度. .單位單位: mmol凝結值越小凝結值越小,凝結能力越大凝結能力越大.nacl對對as2s3溶膠的聚沉值為溶膠的聚沉值為51mgcl2對對as2s3溶膠的聚沉值為溶膠的聚沉值為0.72alcl3對對as2s3溶膠的聚沉值為溶膠的聚沉值為0.093 影響凝結值大小的因素影響凝結值大小的因素a a、價數越高、價數越高, ,凝結值越小凝結值越小. .聚沉能力越強聚沉能力越強。如：對于負溶膠如：對于負溶膠： al3+mg2+k+對于正溶膠對于正溶膠： po43-so42-cl-b b、水化離子半徑越大，凝結值越大，聚、水化離子半徑越大，凝結值越大，聚 沉能力越小沉能力越小。如，對負溶膠如，對負溶膠：一價陽離子的凝結能力次序為一價陽離子的凝結能力次序為：cs+rb+k+na+li+二價陽離子的凝結能力次序為二價