第一章_气体、溶液和胶体汇总
大学课件无机及分析化学-第一章气体溶液和胶体
1.溶液的蒸气压下降
第一章第二节
一定温度下，将纯溶剂放入密闭容器中，当溶剂蒸
发为气态溶剂的速度与气态溶剂凝聚成液态的速度相等
时，达到相平衡。此时
的气体称为饱和蒸气，
溶
其所具有的压力称为该
液 蒸
温度下液体的饱和蒸气
气 压
压(简称蒸气压)。 若在纯溶剂中加入
通常所说的溶液都是指液态溶液。
溶液由溶质和溶剂组成，被溶解的物质叫溶质，溶 解溶质的物质叫溶剂。
常把含量较少的组分称为溶质，含量较多的组分称 为溶剂。
一、溶液浓度的表示法
第一章第二节
1. 物质的量浓度 单位体积的溶液中所含溶质B的物质的量称为溶质B
的物质的量浓度。用符号cBcB表nV示B ，常用单位mol·L-1 。
ppb（十亿分浓度）：表示溶质的质量占溶液质量 的十亿分之几，即每kg溶液中所含溶质的g数。如：
1ppb：1g/1,000,000,000g溶液=1g溶质/1kg溶液。 8ppb：8g/1,000,000,000g溶液=8g溶质/1kg溶液。
例 题 1-1
第一章第二节
在100 mL水中，溶解17.1 g蔗糖(C12H22O11)，溶液 的密度为1.0638 g ·mL1，求蔗糖的物质的量浓度、质 量摩尔浓度、摩尔分数各是多少？
解： mA 20.40 0.40 20.00g
nB
0.40 M
（M 为相对分子质量）
bB
nB mA
0.40/M 20.00 103
20 M
Tf =Kf bB
即 0.207=1.86 20 M =180.0 M
3.溶液的凝固点下降
第一章溶液胶体
第一章溶液胶体提要1.基础知识⑴分压定律：p=p A+ p B+ p C+ …；p A=px A；p B=px B⑵理想气体状态方程：pV=nRT；R可以是8.314J·mol－1·K－1或8.314kPaL·mol－1·K－1⑶基本单元，在使用物质的量及其导出单位时，必须指明基本单元。
基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子或者上述粒子的组合与分割。
⑷质量摩尔浓度：每千克溶剂中所含溶质的物质的量。
符号b B,单位mol·kg－1。
⑸稀释定律：同一物质的溶液，稀释前后，物质的量相等。
即c1V1=c2V2⑹一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气所具有的压力叫做饱和蒸气压，简称蒸气压。
2.难挥发非电解质稀溶液的依数性(通性)，即：蒸气压下降(△p = p︒x B)，凝固点下降(△T b=K b·b B)，沸点上升(△T f =K f·b B)，及溶液具有渗透压(π = c RT，对于极稀溶液，c≈b B)。
蒸气压下降必然导致凝固点下降，沸点上升。
渗透压是所有溶液都具有的性质。
只要知道稀溶液的依数性其中的一种性质，就可以把其它性质计算出来。
3.由固态分散质分散在液态的分散介质中所形成的胶体分散体系，称为胶体溶液，简称溶胶。
其分散质颗粒直径在1～100nm之间。
溶胶为多相体系，故有一些特殊的性质。
作布朗运动时，整个胶团一起运动；电泳现象是带电的胶粒向异电荷电极的定向运动；电渗是扩散层反离子向其异电极的定向运动。
丁达尔效应是溶胶粒子散射光的现象。
溶胶是由无数胶团构成的，每个胶团的结构可用胶团结构式表示。
书写胶团结构式时要注意两点：一是胶团的内部构造。
胶核是核心，胶核外边是吸附层，胶核与吸附层组成胶粒，胶粒外是扩散层；二是电荷。
整个胶团是电中性的。
胶粒所带电荷必定与扩散层反离子所带电荷相等，但符号相反。
胶粒与扩散层之间的电位差，称为ζ电位。
第1章气体、液体和胶体
第1章气体、液体和胶体1．有一煤气罐容积为100L ，27℃时压力为500kPa ，经气体分析，煤气中含CO 的体积分数0.600，H 2的体积分数0.100，其余气体的体积分数为0.300，求此储罐中CO 、H 2的物质的量。
解：n ===20.047mol RT PV )27273(314.8500100+××X CO ==0.6总n n CO =20.074×0.6=12.028molCO n =20.074×0.1=2.005mol2H n 2．含甲烷和乙烷的混合气体，在20℃时，压力为100kPa 。
已知混合气体中含甲烷与乙烷质量相等，求它们的分压。
解：设甲烷质量为x 克==4CH n 16x 62H C n 30x =4CH p VRTn 4CH =62H C p V RT n 62H C ===624H C CH p p 644H C CH n n 1630815P 总＝＋4CH p 62H C p ＝65.22kPa4CH p ＝34.78kPa62H C p 3．在20℃时，用排水取气法收集到压力为100kPa 的氢气300cm 3，问去除水蒸气后干燥的氢气体积有多大。
解：20℃P=100kPa,v=0.3L20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPaV 总＝P 总(干燥)2H p 2H V（100－2.33）×0.3=100×(干燥)2H V ＝＝293mL 2H V 1003.067.97×4.已知浓硫酸的相对密度为1.84g/mL ，其中H 2SO 4含量约为96%，求其浓度为多少？如何配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液？解：==18.02mol/L 42SO H c 9896.084.11000××配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液应取18.02mol/L 的浓硫酸：V==8.34mL 02.1815.01000×5．用作消毒剂的过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为0.03，该溶液的密度为1.0g/mL ，计算这种水溶液中过氧化氢的质量摩尔浓度、物质的量浓度和物质的量分数。
第一章 气体、溶液和胶体分散系
第一章 气体、溶液和胶体分散系5. 正常人血浆中Ca 2+和HCO 3-的浓度分别是2.5 mmol·L -1和27 mmol·L -1，化验测得某病人血浆中Ca 2+和HCO 3-的质量浓度分别是300 mg·L -1和1.0 mg·L -1。
试通过计算判断该病人血浆中这两种离子的浓度是否正常。
解：该病人血浆中Ca 2+ 和HCO 3-的浓度分别为11-1222L mmol 5.7mmolmg 40L mg 003 )(Ca )(Ca )(Ca --+++⋅=⋅⋅==M c ρ121-1-3-3-3L mmol 106.1mmol mg 61L mg .01 )(HCO )(HCO )(HCO ---⋅⨯=⋅⋅==M c ρ该病人血浆中Ca 2+和HCO 3-的浓度均不正常。
7. 某患者需补充0.050 mol Na +，应补充多少克NaCl 晶体? 如果采用生理盐水(质量浓度为9 g·L -1) 进行补Na +，需要多少毫升生理盐水?解：应补NaCl 晶体的质量为m (NaCl) = n (NaCl) · M (NaCl) = n (Na +) · M (NaCl)= 0.050 mol ×58.5 g·mol -1 = 2.93 g所需生理盐水的体积为mL 325L 325.0L g 9mol g 58.5mol 0.050)NaCl (11-==⋅⋅⨯==-盐水盐水ρm V16.从某种植物中分离出一种结构未知的有抗白血球增多症的生物碱, 为了测定其摩尔质量，将19.0 g 该物质溶入100 g 水中，测得溶液的凝固点降低了0.220 K 。
计算该生物碱的摩尔质量。
解：该生物碱的摩尔质量为f A Bf B T m m k M ∆⋅⋅= 1331molg 106.1K0.220kg 10100g 0.19mol kg K 86.1---⋅⨯=⨯⨯⨯⋅⋅=19. 蛙肌细胞内液的渗透浓度为240 mmol·L -1, 若把蛙肌细胞分别置于质量浓度分别为10 g·L -1，7 g·L -1和3 g·L -1 NaCl 溶液中，将各呈什么形态？解：10 g·L -1，7 g·L -1和 3 g·L -1 NaCl 溶液的渗透浓度分别为 1111os1L mmol 342L mol 0.342mol g 58.5L g 102(NaCl)----⋅=⋅=⋅⋅⨯=c1111os2L mmol 402 L mol 0.240mol g 58.5L g 72(NaCl)----⋅=⋅=⋅⋅⨯=c1111os3L mmol 031L mol 0.103mol g 58.5L g 32(NaCl)----⋅=⋅=⋅⋅⨯=c 与蛙肌细胞内液相比较，10 g·L -1，7 g·L -1 和3 g·L -1 NaCl 溶液分别为高渗、等渗和低渗溶液。
第一章 气体、溶液和胶体
第一章气体、溶液和胶体⏹§1.1 气体⏹§1.2 液体⏹§1.3 分散系⏹§1.4 溶液⏹§1.5 胶体溶液⏹§1.6 高分子溶液和凝胶⏹§1.7 表面活性物质和乳浊液1、Dalton分压定律2、稀溶液的依数性3、胶体的结构、性质依数性的计算、胶团结构的书写、胶体的性质1、气体的基本特征：（1）无限膨胀性：所谓无限膨胀性就是，不管容器的形状大小如何，即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。
（2）无限掺混性：无限掺混性是指不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。
高温低压下气体的p 、V 、T 之间的关系。
即：P ：气体压力，单位用kPa(或Pa)。
V ：气体体积，单位取dm 3(或写为L ，l) n ：气体物质的量mol 。
T ：绝对温度，单位是K ，它与t °C 的关系为:T=273.15+t °CR ：理想气体常数P V = n R T （1-1）此式称为理想气体状态方程。
普通化学普通化学Dalton分压定律适用范围：Dalton分压定律可适用于任何混合气体，包括与固、液共存的蒸气。
对于液面上的蒸气部分，道尔顿分压定律也适用。
例如，用排水集气法收集气体，所收集的气体含有水蒸气，因此容器内的压力是气体分压与水的饱和蒸气压之和。
而水的饱和蒸气压只与温度有关。
那么所收集气体的分压为：p气＝p总－p水如图：普通化学【例1.3】 一容器中有4.4 g CO 2，14 g N 2和12.8 g O 2，气体的总压为202.6 kPa ，求各组分的分压。
【解】混合气体中各组分气体的物质的量m ol m olg g n N 5.028141)(2=⋅=-m ol m olg g n CO 1.0444.41)(2=⋅=-m ol m ol g g n O 4.0328.121)(2=⋅=-k Pa k Pa m olm ol m ol m ol p CO 26.206.2024.05.01.01.0)(2=⨯++=()kPa kPa molmol mol mol p kPa kPa molmol mol mol p O N 04.816.2024.05.01.04.03.1016.2024.05.01.05.022)(=⨯++==⨯++=，总＝总总p i x p n i n i p =由道尔顿分压定律T 一定，速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的，温度升高时，速率的分布曲线变得较宽而平坦，高峰向右移，曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数，对一定的体系它是常数. 氮的速率分布曲线麦克斯韦－玻尔兹曼分布定律:普通化学水有三种存在状态，即水蒸气（气态）、水（液态）、冰（固态）。
chap1气体、溶液
代入: △p = K蒸b(B) 0.11 = 0.0571×13×1000/(MB×87) MB = 77.56 (g/mol)
nB RT nRT pB p V V pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
例题：某容器中含有NH3、O2 、N2 等气体的混合物 。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各 组分气体的分压。
第一章 气体、溶液和胶体
了解理想气体的状态方程及其应用
理解道尔顿分压定律 掌握溶液组成的标度 掌握稀溶液的性质及其应用 了解电解质溶液活度和离子强度的概念。
作业：1, 3, 4 , 6, 8
第一章
气体、 溶液和胶体
第一节气体 一、理想气体状态方程
• 在通常的温度及压力条件下，固态（Solids）、
XA = 1 – XB
nB 移项得：△p = p*－p = p * XB = p*——— nA + nB ∵是稀溶液， ∴ nA >> nB nA + nB ≈ nA
nB △p≈ p*—— Δp＝p* xB nA ∵nA＝mA/MA nB nB ∴ △p≈ p*——＝p* — MA nA mA nB △p＝ p * MA ——＝K b(B ) mA 式中，MA ： kg/mol mA： kg
单相体系
多相体系 （存在界面）
分散系 分类
分子分散系 (d <1 nm) 胶体分散系 (d: 1-100 nm) 粗分散系 (d >100 nm)
分散系按分散质粒子的大小分类
第一章 溶液和胶体
(见表1-5)
p11
说明稀溶液的△Tf ∝bB (即∝一定 量溶剂中所含溶质的微粒数),与溶质
种类和本性无关。
∴ △Tf 是一种依数性
【思考题1-2 】 若在273K时，将小块 冰投入糖水溶液，冰将发生什么变化？
答案 冰将溶化
【例1-2】 1%( g/ml)蔗糖(C12H22O11)溶液 的密度为1(g/ml)(蔗糖Mr=342), 计算该溶 液的沸点和凝固点。 解：先算溶液的质量摩尔浓度
③蒸气压的大小与容积大小及液体多少无关。
▲冰的蒸气压: 与冰(固相)平衡的水蒸气压力称
冰的饱和蒸气压,但较小。
升华 H2O(固) H2O(气)
凝华
(二)溶液的蒸气压下降
纯溶剂气—液平衡 溶剂分子
(二)溶液的蒸气压下降
纯溶剂气—液平衡 溶剂分子
溶液气—液平衡 难挥发溶质微粒
(二)溶液的蒸气压下降
A 溶剂 B 溶质
∴p =p0(1-xB) = p0-p0xB
p0 - p = p0xB
(1-10)
p9
△p = p 0xB
~拉乌尔定律 表达式之一
(1-11)
表示在一定温度下,难挥发非电解质
稀溶液的△p∝xB
拉乌尔定律(Law of Rault)
△p = p 0xB (表达式之一)
(1-11)
稀溶液中 xB =
nB=
mB
MB
当以g·mol-1为单位时，
原子：MB=Ar (Ar为相对原子质量） 分子：MB=Mr (Mr为相对分子质量）
n(1/nM)=n n(M)
(二）物质的量浓度
●符号： cB
●定义式：
cB =
nB V
第一章 物质的状态、溶液和胶体
溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降 的应用：
•植物的抗旱耐寒性：植物体内细胞中有多种可溶物（氨基 酸、糖等），这些物质使细胞液的蒸气压下降、凝固点降低， 从而使植物表现出一定的抗旱和耐寒性。 •冰盐冷冻剂：1份食盐和3份碎冰混合，体系的温度可降至 20度；10份六水氯化钙与7~8份碎冰混合，体系的温度可降 至20~ 40度。 •汽车防冻剂：汽车水箱中加入甘油或乙二醇等物质，可以 降低水的冰点，防止水箱冻坏。
20
1.2 溶液
表1-2 按分散质颗粒大小分类的分散系
颗粒直径大小 类 型 主要特征 粒子能通过滤纸与半 透膜，扩散速度快 实 例
小于1nm(10–9) 分子离子 分散系 1~100nm 胶 体 分散系 粗 分散系
下页
NaCl溶液
粒子能通过滤纸但不 Fe(OH)3溶液 能透过半透膜,扩散慢 蛋白质溶液 粒子不能通过滤纸不 能透过半透膜,不扩散 豆浆 乳汁
（单相区）
上页 下页 主页
T
18
1.2 溶液
一、 分散体系（分散系）：
一种或几种物质被分散成微小的粒子分布在另一种物质中所构成 的体系。
分散质：被分散的物质，通常分散质含量较少，一般不连续。
分散剂：起分散作用的物质，存在于分散质周围，一般是连
续相。
二、分散系分类：
• 按分散系的聚集状态可分九类（见表1-1）。
• 按分散系的粒子大小可分三类（见表1-2）。
上页
下页
主页
19
1.2 溶液
表1-1 按物质聚集状态分类的分散系 p6
分散剂 分散质 实 例
气 液 液 固 气 固 液 固 气 气
上页 下页
肥皂泡沫 牛 奶 Fe(OH)3溶胶、泥浆水 泡沫塑料 珍 空 珠 气 有机玻璃 云、雾
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Chapter One
17
•按分散相粒子的大小分为：
•（1nm = 10-9 m） d< 1nm 分子（或离子）分散体系
1 < d < 100nm 胶体分散体系（溶胶、高分子溶液） d > 100nm 粗分散体系（悬浊液、乳状液）
Chapter One
18
1.2.2 溶液浓度的表示方法
1.质量摩尔浓度(mol·kg-1)
这些性质包括：蒸气压下降、沸点升高、凝 固点下降及渗透压等
Chapter One
20
1.3.1 蒸气压下降
第一章 气体、溶液和胶体
Chapter One
1
学习要求：
1、了解道尔顿分压定律； 2、熟悉溶液的组成量度，稀溶液的依数性及其应用； 3、了解胶体的基本概念、结构和性质、稳定性与聚沉的 关系。
主要讲授内容：
道尔顿分压定律；基本单元及正确使用，等物质的量 规则，质量分数，摩尔分数，质量浓度，物质的量浓度， 质量摩尔浓度；溶液蒸气压的下降，沸点升高和凝固点下 降，渗透现象、渗透压、渗透压定律；溶胶的性质，胶团 的结构，溶胶的稳定性与聚沉。
B
由式（2）和式（3）得
pB nB Pn
pB
nB n
p
xB p
（3） （4）
混合气体中某组分气体的分压等于总压 乘以该组分的物质的量分数(摩尔分数)。
Chapter One
13
b.物质的量分数
该组分的物质的量占总物质的量的分数。
某混合物由A，B两组分组成，物质的量分
别是nA、nB ，那么物质的量分数
解： pV nRT
M mRT PV
0.118g 8.314kPa L mol -1 K-1 298K 73.3kPa 0.250L
16.0g mol 1
Chapter One
9
1. 1.2 气体分压定律
1. 分压
当几种不同的气体在同一容器中混合时， 如果它们之间不发生反应，按照理想气体模 型，它们将互不干扰，每一种气体组分都能 均匀地充满整个容器，那么每一组分气体产 生的压力叫分压。
解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
p( NH3 )
n( NH3 ) n
p
0.320 1.200
133.0kPa
35.5kPa
Chapter One
15
p(O2 )
n(O2 ) n
p
0.180 35.5kPa 20.0kPa 0.320
a. 表示式
p p1 p2 ... 或 p pB
B
理想气体状态方程式不仅适应于单一
组分气体 pV nRT
（1）
理想气体状态方程式也适应混合气体 中各组分气体
pBV nBRT
（2）
Chapter One
12
理想气体状态方程式还适应于气体混合物
pV pBV nBRT nRT
B
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2)
=(133.0-35.5-20.0)kPa
=77.5kPa
Chapter One
16
§1.2 溶 液
1.2.1 溶液的定义
分散系分为：粗分散系、胶体分散系、小分子 或小离子分散系，溶液即最后一种。
溶液： 凡两种以上的物质混和形成的均匀稳 定的分散体系。 气体溶液、固体溶液、液体溶液
bB
nB mA
溶质B的物质的量 溶剂的质量
2.物质的量浓度(mol·dm-3 )
cB
nB V
溶质B的物质的量 混合物体积
3.质量分数
4.摩尔分数
5.体积分数
B
m溶质 m溶液
xB
nB n总
B
VB V总
Chapter One
19
§1.3 稀溶液的通性
稀溶液的通性：难挥发的非电解质的稀溶液的性质 与浓度(或者是与溶液中的“粒子数”的多少）有 关而与溶质的性质无关. Ostwald 称其为“依数 性” 。
Chapter One
7
4. 应用
a. 已知任意三个变量求另一个量
pV nRT
b. 确定气体的摩尔质量
pV m RT M
M mRT pV
c. 确定的气体密度
pM m RT RT 的单位为kg m3
V
Chapter One
8
例：一学生在实验室中于73.3kPa和25℃条 件下收集250ml气体，分析天平上称得净质量为 0.118g，求该气体的相对分子质量。
Chapter One
10
2. 分压定律
混合气体的总压力等于混合气体中各组 分气体的分压力之和；而某组分气体的分压是 指该组分在同一温度下单独占有整个容器体积 （即与混合气体相同体积）时所产生的压力。
——道尔顿分压定律
(Partial Pressure of Dalton)
Chapter One
11
Chapter One
2
气体 溶液 稀溶液的通性 胶体溶液 高分子溶液和乳浊液（了解） 重点：溶液的组成量度及非电解质稀溶液的
有关计算。
难点：非电解质稀溶液的通性及其有关计算
Chapter One
3
§1.1 气 体 (Gas) 1.1.1 理想气体状态方程式
(State Equation of Ideal Gas) 1. 理想气体 (Ideal Gas)
气体分子本身没有体积，分子之间
也没有相互作用力的气体称为理想气体。
Chapter One
4
2. 表达式
pV nRT
其中， p：气体的压力，Pa V：气体的体积，m3 n：气体的物质的量，mol T：热力学温度，K R：摩尔气体常数,8.314
Chapter One
5
3. R的数值 标准状况（S.T.P）： p = 101.325kPa T = 273.15K Vm=22.414×10-3 m3
Chapter One
6
R pV nT
101.325103Pa 22.414103m3 1mol 273.15K
= 8.314 Pa·m3·mol-1·K-1 = 8.314 N ·m·mol-1·K-1 = 8.314 J·mol-1·K-1 = 8.314 kPa·L·mol-1·K-1
xA
nA nA nB
xBΒιβλιοθήκη nB nA nBxA xB 1
Chapter One
14
例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。 取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算 各组分气体的分压。