第一章

氣體、溶液和膠體

生態工程系第一章氣體溶液和膠體教學內容1．理想氣體的狀態方程和道爾頓分壓定律2．溶液的濃度的各種表達方式；3．難揮發非電解質稀溶液的依數性；4．膠體的結構、性質、穩定性和聚沉。重點：

1．溶液的組成量度及非電解質稀溶液的依數性及應用。2．膠團的結構及性質。第一章氣體溶液和膠體[引言]

氣體、溶液與膠體在自然界普遍存在，如：我們熟悉的空氣，人類呼吸氧氣，江河湖海是自然界最大的水溶液體系；云、煙、霧、石油、細胞液等為膠體。它們與工農業生產和人類的生命活動密切相關。第一章氣體溶液和膠體概念系統：人為的把要研究的對象稱作系統。相：體系中具有相同化學性質和物理性質的均勻部分。(1)一個相里可以有一種物質，也可以有多種物質，如食鹽溶液，液相里有兩種物質。

(2)一個系統里可以只有一個相（單相系統），也可以有幾個相（多相系統）：第一章氣體溶液和膠體單相體系：如飽和食鹽水、糖水等。特點：溶質與溶劑已成一體，組分間沒有界面多相體系：如不溶于水的泥漿溶液；水與油組成的體系等。特點：各組分的物理性質和化學性質不同，并具有明顯的界面。

第一章氣體溶液和膠體一、分散系分散質分散劑分散分散系（固、液、氣態）分散系一種或幾種物質以細小的粒子分散在另一種物質里所形成的體系。分散質被分散的物質。分散劑把分散質分散開來的物質。第一章氣體溶液和膠體表1

按分散質顆粒大小分類的分散系小于1nm(10–9)

分子離子粒子能通過濾紙與半NaCl

分散系透膜，擴散速度快溶液

1~100nm

膠體粒子能通過濾紙但不

Fe(OH)3

能透過半透膜,擴散慢溶膠

蛋白質溶液顆粒直徑大小類型主要特征實例大于100nm粗

粒子不能通過濾紙不

豆漿

分散系

能透過半透膜,不擴散

乳汁第一章氣體溶液和膠體表2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

實例第一章氣體溶液和膠體第一節氣體

理想氣體狀態方程式

道爾頓分壓定律第一章氣體溶液和膠體O2

理想氣體：分子不占體積分子間無相互作用低壓高溫

實際氣體：分子有體積分子間有相互作用（1）理想氣體狀態方程式第一章氣體溶液和膠體Boyle定律：17世紀中葉，波義爾的實驗結果：溫度恒定時，一定量氣體的壓力和它體積的乘積為恒量。PV=nRT（理想氣體狀態方程式）。

Pv=nRT是描述理想氣體在處于平衡態時，壓強、體積、物質的量、溫度間關系的狀態方程。

PV=constant第一章氣體溶液和膠體

PV=nRT

其中p為壓強，V為體積，n為物質的量，R為普適氣體常量，T為絕對溫度（T的單位為開爾文(字母為K)，數值為攝氏溫度加273.15,如0℃即為273.15K）。當p，V，n，T的單位分別采用Pa(帕斯卡)，m3(立方米)，mol，K時，R的數值為8.31。該方程嚴格意義上來說只適用于理想氣體。第一章氣體溶液和膠體（2）道爾頓分壓定律(1807)

得出下列結論：某一氣體在氣體混合物中產生的分壓等于在相同溫度下它單獨占有整個容器時所產生的壓力；而氣體混合物的總壓強等于其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律。(a)5.0Lat20℃(b)5.0Lat20℃(c)5.0Lat20℃第一章氣體溶液和膠體道爾頓分壓定律主要是討論混合氣體中分壓力與總壓力的關系。其要點是：

(1)混合氣體的總壓力等于各組成氣體的分壓力之和

P總=P1+P2+P3+.........（推導）

所謂分壓力，就是指各組成氣體在溫度不變、單獨占據混合氣體所占的全部體積時，對器壁施加的壓力。總壓力就是各組分氣體分壓力總和。第一章氣體溶液和膠體(2)各組分氣體的分壓力等于其摩爾分數乘以總壓力：PA=XA·P（推導）[例1-1]:在251K和97kPa下收集得某干燥空氣試樣，經分析其中N2、O2、Ar的摩爾分數分為0.78，0.21，0.01，求試樣在收集時各種氣體的分壓力？第一章氣體溶液和膠體第二節溶液

分散系

溶液的濃度

電解質溶液第一章氣體溶液和膠體溶液：一種物質以分子、離子狀態分散于另一種物質中所構成的均勻而又穩定的體系叫溶液。分為電解質溶液和非電解質溶液通常不指明溶劑的溶液都是水溶液，簡稱為溶液。

一定量溶液或溶劑中所含的溶質的量即“溶液濃度”。根據“溶質的量”的不同表示方法及它在溶液或溶劑中的量，溶液的濃度可以用不同的方法來表示，常用的表示方法，質量摩爾濃度、物質的量濃度、質量分數和摩爾分數。第一章氣體溶液和膠體（1）物質的量濃度

溶液中溶質B的物質的量濃度是指溶質B的物質的量除以混合溶液的體積。用符號cB表示，即：

物質的量是表示組成物質的基本單元數目的多少的物理量。單位為1mol。物質的量濃度的單位為mol·m－3；常用單位為mol·L－1。使用物質的量單位“mol”時，要指明物質的基本單元。基本單元的定義：系統中組成物質的基本組分，可以是分子、離子、電子等及其這些粒子的特定組合。如O2、?(H2SO4)、（H2+?O2）。同一種物質，用不同的基本單元表示其濃度時，其濃度值不同。第一章氣體溶液和膠體（2）質量摩爾濃度

1000g（1kg）溶劑A中所含溶質B的物質的量，溶質B的物質的量除于溶劑A質量，稱為溶質B的質量摩爾濃度。其數學表達式為：（SI單位為mol·kg-1）第一章氣體溶液和膠體（3）摩爾分數

溶質B的物質的量與混合物總的物質的量之比，稱為溶質B的摩爾分數，其數學表達式為：

對于一個兩組分的溶液體系來說，溶質B的物質的量分數xB與溶劑A的物質的量分數xA分別為：

若將這個關系推廣到任何一個多組分體系中，則：第一章氣體溶液和膠體4）質量分數定義：混合體系中，溶質B的質量與混合物的質量之比，稱為溶質B的質量分數，其數學表達式為：例1－1如何將25gNaCl配制成為0.25的食鹽溶液？

解：

第一章氣體溶液和膠體（5）體積分數

在相同的溫度和壓強下，混合氣體中組分B單獨占有體積除于混合氣體總體積，叫做組分B的體積分數。

（6）其他濃度：比例濃度和ppm、ppb第一章氣體溶液和膠體（7）溶液濃度間的換算

例1-3：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，求蔗糖的物質的量濃度，質量摩爾濃度，摩爾分數各是多少？第一章氣體溶液和膠體第三節溶液的依數性第一章氣體溶液和膠體溶液的性質－－－顏色、導電性、酸堿性由溶質的本性決定取決于溶液中溶質的粒子數目稱為溶液的依數性凝固點下降沸點升高滲透壓溶液的蒸氣壓下降第一章氣體溶液和膠體（1）溶液的蒸氣壓

初始：V蒸發>V凝聚平衡：V蒸發=V凝聚在一定溫度下，將純液體放在密閉容器中當其蒸發速率與蒸汽凝聚成液態的速率相等V時，即蒸發與凝聚達到動態平衡，此時液面上部的蒸氣量達到最大，稱為飽和蒸氣，飽和蒸氣所產生的壓力叫飽和蒸氣壓。第一章氣體溶液和膠體在一定溫度下，任何純溶劑都有一定的飽和蒸氣壓（p*）。

易揮發性物質：蒸氣壓大

難揮發性物質：蒸氣壓低

固體也會蒸發，也有蒸氣壓第一章氣體溶液和膠體

如果在純溶劑中加入一定量的非揮發性溶質，溶劑的蒸氣壓就會發生改變。實驗證明，在相同的溫度下，當把難揮發的非電解質溶質加入溶劑形成溶液后，稀溶液的蒸氣壓比純溶劑的蒸氣壓低。實驗測定25C時：水的飽和蒸氣壓:p(H2O)=3167.7Pa；0.5mol·kg-1糖水的蒸氣為:p(H2O)=3135.7Pa；1.0mol·kg-1糖水的蒸氣壓為:p(H2O)=3107.7Pa。第一章氣體溶液和膠體

解釋產生這種現象的原因：當純溶劑中溶入了難揮發的非電解質時，純溶劑的部分表面被溶劑化的溶質所占據，單位時間內逸出溶液液面的分子數目就會相應減少，結果在達到平衡時，溶液表面蒸發的分子數和回到溶液表面的分子數也較純溶劑的少，因而使溶液的蒸氣壓下降。結論：溶液的蒸氣壓比純溶劑低，溶液濃度越大，蒸氣壓下降越多。第一章氣體溶液和膠體

思考題

一杯純水和一杯溶液放入一個密閉的容器中會產生怎樣的現象？第一章氣體溶液和膠體1887年，法國物理學家拉烏爾（Raoult）提出：“在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓與溶劑摩爾分數的乘積”，這就是拉烏爾定律。式中p為溶液的蒸氣壓，p*為純溶劑的蒸氣壓，xA為溶劑的摩爾分數。

第一章氣體溶液和膠體拉烏爾定律只適用于非電解質的稀溶液，在稀溶液中（nA>>nB）：若以水為溶劑，則1000g水中

式中，K為蒸氣壓下降常數，它的大小只與溶劑本性有關。該式表明稀溶液的蒸氣壓下降與溶質的質量摩爾濃度成正比，而與溶質的本性無關。第一章氣體溶液和膠體（2）溶液的沸點上升

定義：液體的沸點是指液體的蒸氣壓等于外界壓力（大氣壓）時的溫度。一定的外壓下，任何純液體都有一定的沸點。如：純水：p外=101.3kPa，t純水=100℃實驗證明：難揮發物質溶液的沸點總是高于純溶劑的沸點。第一章氣體溶液和膠體水的正常沸點:100oC加入溶質溶液的沸點:？100oC溶液沸點Tb升高若在純水中加入少量難揮發的非電解質后，會產生什么現象呢？第一章氣體溶液和膠體實驗證明：難揮發物質溶液的沸點總是高于純溶劑的沸點。沸點上升原因：其根本原因是溶液的蒸氣壓下降。溶液在原溫度下不能沸騰，欲使沸騰，必須升高溫度，直到溶液的蒸汽壓力等于外界壓力，達到沸騰。這種現象就稱為溶液的沸點升高。

p/kPa101.325100Tb純水溶液t/oCΔTb=Kb·b(單位?)第一章氣體溶液和膠體根據拉烏爾定律，Δp與b(B)成正比，而Δtb與Δp成正比，∴Δtb亦應與b(B)成正比，Δp越大，Δtb也越大。它的數學表達式為：

Δtb＝Kb·bB

Kb為溶劑沸點升高常數，單位為K·kg·mol-1。Kb只與溶劑有關，與溶質無關，不同的溶劑有不同的Kb值，常用溶劑的Kb和Kf值見P9表1-5。應用：在實驗工作中常利用較濃的鹽溶液來做高溫熱浴。

第一章氣體溶液和膠體三、溶液的凝固點下降該物質的液相和固相達到平衡時的溫度（p液＝p固時的T）水的凝固點:0oC加入溶質

海水0oC時是否凍結？溶液凝固點Tf下降p液>p固:液相

固相p液<p固:固相

液相CB

物質的凝固點(Tf)第一章氣體溶液和膠體凝固點下降原因：由于液態溶液的蒸氣壓下降，在純溶劑的凝固點Ｔf*時溶液的蒸氣壓低于固態純溶劑的蒸氣壓，此時溶液不能凝固，必須降低溫度，溶液和固態純溶劑的蒸氣壓都下降，但溶劑的蒸氣壓下降更快，當達到另一更低的溫度時，固相溶劑的蒸氣壓與溶液中溶劑的蒸氣壓相等，此時的溫度就是溶液的凝固點，溶液的凝固點下降主要原因還是由于溶液的蒸氣壓下降所致。第一章氣體溶液和膠體難揮發非電解質稀溶液的凝固點下降ΔTf與溶液的質量摩爾濃度bB成正比，而與溶質的性質無關。它的數學表達式為：

ΔTf

＝Kf

·

bB

Kf為溶劑凝固點下降常數，單位為K·kg·mol-1。Kf與Kb一樣只與溶劑有關，而與溶質無關。第一章氣體溶液和膠體例1－3：把0.322g萘溶于80g苯中所得溶液的凝固點為278.34K，求萘的摩爾質量。已知苯的凝固點為278.50K,Kf

值為5.10K·kg·mol-1.解釋：植物的抗寒抗旱應用：汽車水箱中加入少量甘油或乙二醇，哪一種效果好？在化學反應制冷、工農業生產制冷中。在冬季，建筑工人經常在水泥中加入食鹽（食鹽和冰251K）或氯化鈣（CaCl2·2H2O和冰218K）第一章氣體溶液和膠體（4）溶液滲透壓①給缺水的植物澆上水，不久，植物莖葉挺立？

②實驗：第一章氣體溶液和膠體溶劑分子從一個液相通過半透膜向另一個液相擴散的過程叫滲透。達到了滲透平衡時，蔗糖水液面比純水液面高出h，這段液面高度差所產生的壓力稱為該溶液的滲透壓。也可將滲透壓這樣定義：在一定的溫度下，恰能阻止滲透發生所需施加的外壓力，稱為該溶液的滲透壓。

第一章氣體溶液和膠體如果在濃度高的溶液一端施加外壓，當外加壓力大于滲透壓時，溶劑分子就會從高濃度的一端向低濃度溶液一端滲透，這一過程叫做反滲透。

第一章氣體溶液和膠體滲透的條件：

1）膜的存在

2）膜兩邊濃度不等

1886范特荷甫總結得出：“稀溶液的滲透壓與溶液的濃度和溫度的關系同理想氣體狀態方程式一致”，即

ПV=nBRT

П=cBRT

式中，П是滲透壓，V是溶液體積，nB是溶質物質的量（mol），cB是濃度，R是氣體常數，T是絕對溫度。從上面的式子可以看出，在一定條件下，難揮發非電解質稀溶液的滲透壓與溶液中溶質的濃度成正比，而與溶質本性無關。對于稀的水溶液，公式也可以表示為П=bBRT

第一章氣體溶液和膠體例1－4：

1L溶液中含5.0g馬的血紅素，在298K時測得溶液的滲透壓為1.82×102Pa，求馬的血紅素的摩爾質量？第一章氣體溶液和膠體

滲透壓的應用醫用等滲液口渴時一般不宜飲用含糖等成分過高的飲料。速溶咖啡和速溶茶的制造（將稀溶液首先用反滲透方法變濃，再用蒸發法蒸干，生產成本會大大降低。）測定溶質的分子量利用反滲進行海水淡化第一章氣體溶液和膠體五、依數性的應用

植物細胞液中溶有氨基酸、糖類物質，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，以防止水箱因水結冰而脹裂。凝固點下降沸點上升第一章氣體溶液和膠體

注意：稀溶液的依數的定量關系不適用于濃溶液和電解質溶液。例：幾種濃度為0.100mol·kg-1的電解質在水溶液中的i值

電解質

△T

f(K)（實驗值）△T

f(K)（計算值）NaCl0.3480.1861.87HCl0.3550.1861.91K2SO40.4580.1862.46CH3COOH0.1880.1861.08A2B(或AB2)型＞AB型＞弱電解質溶液＞非電解質溶液第一章氣體溶液和膠體第四節膠體第一章氣體溶液和膠體

溶膠膠團結構溶膠的性質

溶膠的穩定性與聚沉第一章氣體溶液和膠體（1）概念顆粒直徑為1nm—100nm的分散質分散到分散劑中形成的多相系統。膠體溶液分散相粒子的大小，介于分子或離子分散體系(即溶液，或稱真溶液)及粗分散體系(懸濁液及乳濁液)之間。由于膠體顆粒小、表面積大、表面能大，因此膠體的表面性質很顯著，具有不同于其他分散系的特征．第一章氣體溶液和膠體1-100nm

膠體溶液

(溶膠)由小分子、原子或離子聚集成較大顆粒而形成的多相體系。如Fe(OH)3溶膠和As2S3溶膠

高分子溶液由一些高分子化合物組成的溶液，

如膠水。第一章氣體溶液和膠體（2）膠團結構[AgI]mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+AgNO3+KI(過量)→AgI(溶膠)擴散層吸附層[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·

xK+膠核吸附層擴散層膠粒膠團第一章氣體溶液和膠體同理，也可寫出其他物質形成的溶膠的膠團結構式。如As2S3溶膠：

[(As2S3)m

·

nHS－

·(n－x)H+]x－

·xH+H2SiO3溶膠：[(H2SiO3)m

·

nHSiO3－

·(n－x)H+]x－

·xH+

用KI溶液與過量AgNO3溶液反應制備的AgI溶膠，其溶膠的膠團結構式為：[(AgI)m·nAg+·(n－x)NO3－]x+·xNO3－第一章氣體溶液和膠體三、溶膠的性質

動力學性質---布朗（Brown）運動膠體粒子受到液體介質分子的不同方向、不同速度的撞擊后受力不均而作無規則運動。粒子小

布朗運動劇烈.......解釋：

（1）分散劑分子的熱運動不斷地撞擊溶膠粒子所引起的（主要原因）。（2）分散質本身的熱運動（次要原因）第一章氣體溶液和膠體

光學性質---丁鐸爾效應隔板燈泡.........光束投射到溶膠的粒子上散射出來，故在垂直光束的方向能看到明亮的光柱。....第一章氣體溶液和膠體

解釋：這是由膠體顆粒分散度大小決定的。光學原理：強光照到分散質粒子上，若粒子直徑大于入射光波長，則發生反射或折射。若粒子直徑與入射光波長相比擬，則發生散射。散射光稱為乳光。粒子直徑太小，散射很弱，光基本透過。膠體粒子可以使射到它上面的光散射開來，從旁邊看出，每個粒子似乎成為一個發光小點。當粒子直徑接近1nm時，光在粒子上散射太弱，就不易看到光亮錐。所以有否丁達爾效應是區別膠體與真溶液的最簡便方法。高分子溶液由于分散相粒子大小落在膠體分散體系范圍內，所以也有丁達爾效應。第一章氣體溶液和膠體(3)溶膠的電學性質——電泳和電滲

在外電場的作用下，分散相和分散介質發生相對位移的現象稱為膠體的電動現象。電泳——電場的作用下，溶膠粒子定向地移動。實驗

電學性質(1)---電泳As2S3:+–帶負電負溶膠Fe(OH)3:+–帶正電正溶膠第一章氣體溶液和膠體

電學性質(2)---電滲

溶膠通過多孔物質（如燒瓷片、玻璃纖維等），膠粒能吸附而固定不動，通入直流電后，分散劑將通過多孔固體物質做定向移動。半透膜溶液電滲示意圖第一章氣體溶液和膠體4.溶膠粒子帶電原因吸附作用FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HClFeCl3+2H2OFe(OH)2Cl+2HClFe(OH)2ClFeO++Cl-+H2OmFe(OH)3(Fe(OH)3)m(Fe(OH)3)m·nFeO+AgNO3+KI（過量）（AgI)m

nI-

(K+，NO3-，I-)AgNO3（過量）+KI

（AgI)m

nAg+

(K+，NO3-，Ag+)－－－膠體粒子對溶液中的離子產生選擇性吸附使膠粒帶電第一章氣體溶液和膠體電離作用－－－膠體粒子表面分子發生電離使膠粒帶電硅酸溶膠表面上H2SiO3分子可以電離，如

H2SiO3=HSiO3-+H+

或

SiO32-

+2H+HSiO3-或

SiO32-

留在表面而使粒子帶負電荷，H+進入溶液。第一章氣體溶液和膠體（4）溶膠帶電的原因：

電泳現象說明溶膠粒子是帶電的，而帶電的主要原因有以下兩個方面：

1.吸附作用