溶液和胶体

第一章溶液和胶体

一、知识目标

本章要求熟悉分散系的分类、胶体的制备和胶体的结构；理解稀溶液的依数性产生的原因和胶体的性质与其结构的关系；掌握溶液的各种浓度的表示方法及有关计算，利用稀溶液的依数性计算溶质的摩尔质量；了解影响胶体的稳定性和胶体凝聚的因素。

二、能力目标

通过对本章的学习，能操作溶液的配制和溶胶的制备；能应用稀溶液的依数性来解释一些实际问题；能处理溶液各种浓度间的相互换算。

三、本章小结

一、分散系

分散系：一种或几种物质以极小的颗粒分散到另一种物质中的体系。被分散的物质称为分散质（或分散相），起分散作用的物质称为分散剂（或分散介质）。

根据分散质颗粒的大小，可分为粗分散系、胶体分散系、分子离子分散系。

粗分散系：分散质颗粒的直径大于10-7m。如：悬浊液、乳浊液。

分子离子分散系：分散质颗粒的直径小于10-9m。如：NaCl溶液。

胶体分散系：分散质颗粒的直径在10-9m~10-7m之间。如：Fe（OH）3溶胶。

二、溶液的浓度的表示方法

1．质量浓度ρ= m B /V

2．质量分数ωB= m B / m

3．物质的量浓度c B=n B /V

4．质量摩尔浓度b B=n B/m A

5．摩尔分数χB=n B/n总

三、稀溶液的依数性

对于难挥发非电解质的稀溶液：蒸汽压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等性质与溶质的本性无关，仅与溶液中溶质的粒子数有关，这些性质称为稀溶液的依数性。它与农业生产、生活实际有着密切的联系。利用这些性质可以测定物质的摩尔质量。

1．溶液的蒸汽压下降:Δp=χ B p*

2．溶液的沸点升高: ΔT b=K b b B

3．溶液的凝固点降低：ΔT f =K f b B

4．溶液的渗透压：пV=n B RT或п=c B RT

四、胶体的性质和结构

胶体分散系是高度分散的多相体系，它具有一定的稳定性。它的一系列性质和其他分散系有所不同，其性质主要有：吸附作用、布朗运动、丁达尔现象、电泳现象和渗析现象。

胶体具有双电层结构。

五、高分子溶液

分子量大的一类物质溶于水所得的溶液称为高分子溶液。

高分子溶液中分散质颗粒的大小与溶胶粒子相近，所以表现出溶胶的某些特性，如有丁达尔现象，不能透过半透膜等。

四、例题解析

1．试述下列化学术语：

分散系分散质分散剂胶体饱和蒸气压沸点凝固点渗透压

答: 分散系:一种或几种物质以极小的颗粒分散到另一种物质中组成的混合体系。

分散质：分散系中被分散的物质称为分散质（或分散相）。

分散剂：分散系中起分散作用的物质称为分散剂（或分散介质）；或分散质周围的物质称为分散剂。

胶体：胶体是分散系的一种，其分散质颗粒的直径在10-9m~10-7m之间。

饱和蒸气压: 在一定温度下，将某液体放入一密闭容器，由于液体分子的热运动，当某些分子的动能足够大且运动方向冲向液面时，就会脱离开液相变成气态分子。随着液体上空气体分子数的增加，某些气体分子如果运动方向冲向液面的话，将在液面液化，当气化与液化速度相等时，体系处于一种平衡状态，此时气体具有的蒸气压称为该液体的饱和蒸气压P 。

沸点:当液体的蒸气压与外界压力相等时，液体开始沸腾的温度称为液体的沸点Tb。液体的沸点与外界压力有关，外压越大，沸点越高。通常所说的沸点是指外压为1大气压时的沸点，称为正常沸点。

凝固点：物质的液态和固态的蒸气压相等时的温度称为该物质的凝固点。

在常压下，0℃时，水和冰的蒸气压相等，两相共存，0℃即为水的凝固点。也称为冰点。

渗透压：阻止溶剂通过半透膜向溶液方向渗透的最小压力称为该溶液的渗透压。

2．试述溶液的沸点升高、凝固点下降的原因。

答：溶液沸点升高的根本原因是溶液的蒸Array气压下降，液体的蒸气压与沸点的关系如

图1-1所示，由于溶液的蒸气压下降，在

T b?时溶液不会沸腾，只有当温度升高到

T b时，溶液的蒸气压等于外界压力时溶液

才会沸腾，所以溶液的沸点总是高于纯溶

剂的沸点。如糖水的沸点高于1000C。

溶液凝固点下降也是由于其蒸气压

下降引进的。如果在水中加入难挥发的溶

质，引起溶液的蒸气压的下降，在0℃时，

溶液的蒸气压必然低于冰的蒸气压，由于

冰的蒸气压高于溶液的蒸气压，于是冰就

会融化，只有在比0℃低的温度时，冰的蒸气压和溶液的蒸气压才会相等，此时冰和溶液共存，即为溶液的凝固点，所以溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点。例如海水在0℃时并不结冰，这是因为海水中含有一些盐。

3．把相同质量的葡萄糖和甘油分别溶于100g水中，问所得溶液的饱和蒸气压、沸点、凝固点和渗透压是否相同？为什么？如果把物质的量相同的葡萄糖和甘油分别溶于100g水中，结果又如何？为什么？

答：把相同质量的葡萄糖和甘油分别溶于100g水中，所得溶液的饱和蒸气压、沸点、凝固点和渗透压不相同。

因为根据拉乌尔定律：难挥发非电解质的稀溶液蒸汽压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等性质与溶质的本性无关，仅与溶液中溶质的粒子数有关。

Δp=χB p*

ΔT b=K b b B

ΔT f=K f b B

п=c B RT

相同质量的葡萄糖和甘油分别溶于100g水中，由于溶质的摩尔质量不同，故溶液的质量摩尔浓度也不同，所得溶液的饱和蒸气压、沸点、凝固点和渗透压就不相同。

但是，如果把物质的量相同的葡萄糖和甘油分别溶于100g水中，由于溶液的质量摩尔浓度相同，故所得溶液的饱和蒸气压、沸点、凝固点和渗透压也相同。

4．为什么海水的沸点在常压下高于100℃？

答：由于海水中溶有大量的电解质和盐分，在常压下，由于溶液的蒸气压下降引起沸点上升，所以海水的沸点在常压下高于纯溶剂水的沸点，即海水的沸点在常压下高于100℃。

5．为什么施用化肥时不能过量？

答:若化肥施得太少,达不到应有的效果；但化肥施用过多，植物会枯死。因为

施用大量的化肥后，土壤中化肥的浓度太高，为高渗溶液；相对而言，植物体内浓

度较低，为低渗溶液，会造成植物体内的水分向通过细胞膜向外部渗透，使得植物枯死。

6．在淡水中游泳时常会眼睛红胀，并有疼痛感，而在海水中游泳不会感到不适。为什么？

答：因为海水、淡水及人眼体液的渗透压不同。人眼体液中的渗透压高于淡水的渗透压，在淡水中游泳时水会自动地向人眼中渗透，人会觉得眼睛红胀不舒服。而海水的渗透压和人眼接近，故在海水中游泳眼睛不会感到不适。

7．为什么临床用质量分数为0.9%生理盐水和0.5%的葡萄糖作输液？

答：静脉注射或输液时，必须使用与人体体液渗透压相等的等渗溶液。如为高渗溶液，则血液细胞中水分就会向外渗透，引起血球萎缩发生胞浆分离。如为低渗溶液，则水分向血球细胞渗透，引起血球细胞的胀破，产生溶血现象。因为质量分数为0.9%生理盐水和0.5%的葡萄糖溶液分别和人体内盐分或葡萄糖液正好是等渗溶液，输液很安全，不会使人体因输液产生干瘪或肿胀等不良反应。

8．胶体溶液有哪些性质？这些性质与胶体的结构有何关系？

答：胶体具有的性质主要有：吸附作用、布朗运动、丁达尔现象、电泳现象和渗析现象。胶体微粒具有很大的表面积，所以具有较强的吸附能力。不同的胶体微粒吸附不同电荷的离子，胶体微粒的吸附作用具有一定的选择性，胶体颗粒优先吸附与它组成有关的离子。胶体溶液的布朗运动是指胶体不停的无规则的热运动。丁达尔现象是胶体对光的散射作用，可以用来鉴别溶胶和真溶液。在外加电场作用下，分散质颗粒在分散剂中的定向移动称为电泳。离子或分子从胶体溶液中被分离的操作叫做渗析，利用渗析可以提纯胶体。

胶体的这些性质和胶体的双电层结构有关（电泳现象）、与胶体分散质颗粒的直径大小有关（吸附作用、布朗运动、丁达尔现象、渗析现象等）。

9．胶体为什么较稳定？如何使胶体凝聚？举例说明。

答：在粗分散系中，由于分散质的颗粒较大，在重力作用之下容易沉降，使分散质粒子不断从分散剂中分离出来。悬浊液和乳浊液是不稳定的体系。而胶体溶液相当稳定，不易发生沉降。胶体溶液稳定存在的因素主要有：

（1）动力学稳定性：胶体粒子处于不停的布朗运动中，阻止了因重力作用而引起的下沉。

（2）胶粒的电性：一般情况下，同一胶体溶液中的胶粒带有同种电荷，因而相互排斥，阻止了它们相互接近，使胶粒很难聚集成较大的粒子而沉降。

（3）水膜的保护作用：由于胶体具有双电层结构，双电层中的定位离子和反离子都是水合离子，使胶粒被水包围表面形成一层水化膜，水化膜的保护作用也会阻止胶粒间的相互接近。

胶体的稳定性是相对的，有条件的。如果减弱或消除胶体稳定存在的因素，胶体就会凝聚。使胶粒聚集成较大的颗粒而沉降的过程叫做胶体的聚沉（或称凝聚）作用。促使胶体聚沉的方法很多，如加热、辐射、加入电解质等。

（1）电解质聚沉：电解质使溶胶发生聚沉的原因，是电解质解离出的阴、阳离子使溶胶中的离子浓度大大增加，与胶粒电荷相反的离子就会进入吸附层，使胶粒

所带的电荷被部分或完全中和，水膜减薄，失去保持稳定的因素。当胶粒运动时相互碰撞，就会聚集成较大的颗粒而沉降。聚沉能力的大小取决与胶粒带相反电荷的电解质离子的电荷，离子所带的电荷愈高，聚沉作用愈强。自然界里也常发生电解质使胶体聚沉的现象。例如江河入海处三角洲的形成。

（2）相互聚沉：电性相反的正、负溶胶相互混合，由于电荷相互中和，促使溶胶聚沉。例如不同的墨水混合产生沉淀就是此故。

（3）加热聚沉：将溶胶加热，也会使溶胶聚沉。一方面是由于加热不利于吸附而有利于解吸，降低了胶核对离子的吸附作用，减少胶粒所带的电荷；另一方面加热可以加速胶粒的运动，从而增加了胶粒相互碰撞的机会，同时也降低吸附层中离子的水化程度，使胶粒在碰撞时易聚集成较大的颗粒而聚沉。

10．高分子溶液的稳定性与胶体的稳定性有何不同？

答：高分子溶液很稳定，但它不是主要靠吸附同种电荷的离子而保持稳定的，而是由于它的高度溶剂化作用。高分子溶液中的溶质分子具有很多的亲水基团，由于高度的溶剂化作用，使得每一个高分子的周围形成了一定厚度的水化层保护膜，阻止了高分子间相互接近、合并，所以高分子溶液能稳定存在。

11.说明明矾净水的原因。

答：明矾的主要成分是结晶硫酸铝钾，KAl(SO 4)2·12H 2O ，水解后产生Al(OH)3胶体，由于Al(OH)3胶体带正电，可以和水中带负电荷的杂质硅酸胶体相互中和电性后聚沉；同时由于Al(OH)3胶体的吸附作用，可将水中的悬浮杂质吸附在其表面，一起沉入水底，使得水质得到净化。

12．在以KI 和AgNO 3为原料制备AgI 溶胶，试写出KI 过量或AgNO 3过量时制得AgI 溶胶的胶团结构。

答：KI 过量时，得到AgI 负胶体。

[(AgI)m · n I –·(n-x )K +]x –· x K +

AgNO 3过量时，得到AgI 正胶体。

[（AgI ）m ·nAg +·（n –x ）NO 3– ]x+· xNO 3–

13．把一块冰放在0℃的水中，另一块冰放在0℃的盐水中，各有什么现象？ 答：把一块冰放在0℃的水中，冰、水共存。另一块冰放在0℃的盐水中，冰会融化。因为在0℃时，溶液的蒸气压必然低于冰的蒸气压，由于冰的蒸气压高于溶液的蒸气压，于是冰就会融化。

14．将100g95%的浓硫酸加入400g 水中，稀释后溶液的密度为1.13g ·cm -3，计算稀释后溶液的质量分数、物质的量浓度。 解：%19%100)

400100(%95100%42=?+?=SO H 19.21000

/]13.1/)400100[(98/%)95100(=+?=C mol ·L -1

15．制备1升含氨10.0%的氨水（密度为0.96 g ·cm -3），问需要标准状况下多少体积的氨气？

解 ：10.0%的氨水溶液物质的量浓度为：

647.517

%)10100096.0(=??=C mol ·L -1 溶质氨的物质的量为：

n = CV = 5.467×1 = 5.467 mol

需要标准状况下氨气的体积为：

V= n ×V 0 = 5.467×22.4 = 126.5 L

16．要配制5mol ·L -1硫酸溶液500mL ，需浓度为98%，密度为1.84 g ·cm -3的浓硫酸多少毫升？

解法一：浓硫酸的物质的量浓度为：

4.1898

%)98100084.1(=??=C mol ·L -1

所需浓硫酸的体积为：

C 1V 1=C 2V 2

5×500 = 18.4×V 2

V 2 = 135.9 mL

解法二：n = CV = 5×0.5 =2.5 mol

m B =nM=2.5×98=245g

m B =250%

98245==ωm g 9.13584

.1250===ρm

V mL 17．试求χB =0.0177的乙醇溶液的质量摩尔浓度、质量分数。

解法一: b B =n B /m A mol ·kg -1 设溶剂的质量为1000g ，乙醇的质量为xg 。

已知水的摩尔质量为18 g ·mol -1，乙醇的摩尔质量为46 g ·mol -1。 χB =0.0177 0.0177=)

18/1000()46/()46/(+x x 解得：x = 46 b B =n B /m A =

1)46/46( = 1 mol ·kg -1

C 2H 5OH%= %4.4%100)

461000(46=?+ 解法二:设n 总=1 mol

n B = x B n 总=0.0177

n A =1-0.0177=0.9823

m A= n A M=0.9823×18=17.68

b B =n B /m A =

31068.170177.0-? = 1 mol ·kg -1 ωB %= %398.4%10018

9823.0460177.0(460177.0=??+?? 18．10.00cm 3NaCl 的饱和溶液重12.003g ，将其蒸干后得NaCl 3.173g ，计算NaCl 的溶解度，溶液的质量分数、物质的量浓度、质量摩尔浓度。

解：（1）=-)173.3003.12(173.3100

s S=35.93 g (2) NaCl%=

%44.26%100003

.12173.3=? (3) C = 424.510105.58/173.33=?- mol ·L -1。 (4) NaCl 的溶解度为35.93 g ，则1000 g 水中溶解NaCl 的质量为359.3 g

b B =n B /m A = 1

)5.58/3.359( = 6.142 mol ·kg -1

或： b B =n B /m A = 310

)173.3003.12()5.58/173.3(-?- = 6.2 mol ·kg -1 19．在298g 水中溶解25.0g 某未知物。该溶液在-3.0℃结冰。求该未知物的摩尔质量。

解:查表得水K f =1.86K · mol -1·kg

由于 ΔT f = K f b B 则：

3 =1.86 n B /m A = 1.86× 25.0 /（M B 298）

则 M B = (1.86× 25) /(3×298)

=5.20×10-2

kg · mol -1 = 52 g · mol -1

20．10.0g 蔗糖(C 12H 22O 11)溶解于100.7g 水中，实验测得溶液的冰点为272.61K ，求蔗糖的摩尔质量。

解: ΔT f = K f b B (273.15272.61)= 1.86×10.0/100.7 M B

M B =1.86×10.0/100.7×0.54 =0.3421 kg · mol -1 = 342.1 g · mol -1

21．医学上输液时要求输入液体与人体的血液必须是等渗溶液。临床上用的葡萄糖等渗液凝固点下降值为0.543℃，试求此葡萄糖溶液的质量分数。

解：ΔT f = K f b B

0.543 = 1.86 b B

b B = 0.2919 mol ·kg -1

葡萄糖的的摩尔质量为180 g ·mol -1。 C 6H 12O 6%= %99.4%1001000)1802919.0(1802919.0=?+??