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1、无机及分析化学Inorganic and Analytical Chemistry课程基本信息,第一章 气体和溶液,第一节 气体第二节 溶液第三节 胶体溶液,第一章 气体和溶液,1.理想气体定义：分子不占体积，分子间无相互作用力。,2.数学形式：理想气体状态方程：,实际气体状态方程：,其中R为摩尔气体常数，对理想气体标准状态下：,注意量纲：,3.其它变形：,一、理想气体状态方程（Ideal gas equation of state）,第一节 气体(Gas),二、道尔顿（Dalton）分压定律,1.表述：混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。分压是指组分气体单独占有混合气体容积时所产生的压
2、力。,2.数学形式：,由理想气体状态方程：分压,则有总压,（1）式/（2）式得：,（1）,（2）,Xi 为摩尔分数,对含A、B两组分的混合气体,注意：只有理想气体才严格遵守分压定律，低压下混合气体可近似适用。另外：排水法收集的气体中：P总=P气+P水蒸汽，P气=P总-P水蒸汽,例1-2 在17,99.3kPa的气压下,用排水取气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。,例1-3 在25下，将0.100mol的O2和0.350mol的H2装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。,3.举例：P3例1-2，例1-3。P
3、4表1-1水在不同温度下的饱和蒸汽压表。,一、分散系(Disperse system),1.分散系(Disperse system)：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的系统叫分散系。分散质(Dispersate)：被分散的物质。分散剂(Dispersant)：把分散质分散开的物质。举例：浑浊的河水，牛奶，糖水，食盐。混合气体等。,2.分散系的分类：（1）分子分散系(d 100nm)，多相系统。又称浊液。,3.相(Phase)：系统中物理化学性质完全相同的部分称为相。在多相系统中相与相有明显的界面。,4.溶液(Solution)：是高度分散的分子分散系。可分为固体溶液（固溶体、
4、合金）液体溶液（重点讨论）和气态溶液（空气）。,第二节 溶液(Solution),二、稀溶液的依数性(Colligative properties),不同溶液性质各不相同，但溶液浓度足够稀时，则有一类性质是共同的。它们与溶液的本性无关，只与溶液浓度有关。这类性质主要是指蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和具有渗透压这四大性质。,1.蒸汽压下降：,平衡时，蒸发与凝聚速率相等，水面上的蒸汽压，即饱和蒸汽压（Ps）与温度有关。T越高，Pos越大。,在水中加入难挥发的非电解质溶质后，单位时间内逸出水面的水分子数减少，平衡时，溶液液面上的蒸汽压（P溶液）一定小于纯溶剂的饱和蒸汽压（Pos）：P溶液 Pos
5、 大量实验证明P溶液与溶剂的摩尔分数XB有关。,拉乌尔定律（Raoult）：溶液蒸汽压下降与溶质的摩尔分数成正比，溶液越稀越严格服从该定律。若A表示溶质，B表示溶剂，其数学形式为：,蒸汽压下降的值可由该式算出,例如有 b mol溶质溶解于1Kg（=1000g/18g=55.6mol）纯水中,则P为,一定温度下，P0B为一常数，合并常数项则得,结论：一定温度下，蒸汽压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。b质量摩尔浓度，单位：mol-1,沸点：液体上方的蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体的沸点。水在101325pa时的正常沸点为100若在水中加入难挥发的溶质后，溶液的蒸汽压要下降，如P-T图所示,2.沸
6、点升高（Boiling pointrising）：,同一温度下，溶液的蒸汽压低于溶剂，若要使溶液沸腾，即要使溶液蒸汽压等于外压，必须使其温度进一步升高，才能使其沸腾，因而，相对于纯溶剂而言，溶液的沸点要高一些。可用下式计算。,其中Kb为沸点升高常数，它只取决于溶剂，而与溶质的本性无关。P9表1-2,凝固点：某物质液相蒸汽压等于固相蒸汽压时的温度叫液体的凝固点。一般固相蒸汽压很小，如水的相图。,3.凝固点降低(Freezing point lowering)：,图中OB-汽液平衡曲线，OB-溶液汽液平衡曲线 OA固液平衡曲线，OC固汽平衡曲线O点水的蒸汽压等于冰的蒸汽压，为凝固点。由于溶液的蒸汽
7、压低于纯水的蒸汽压，OB交OC于O,要使溶液凝固，必须降低温度。因而，凝固点必然下降。其下降值可用下式计算。,其中Kf为凝固点降低常数，它只取决于溶剂，而与溶质的本性无关。凝固点降低的应用。致冷剂、防冻剂。还可用于测定分子量(例1-5)。,注意：渗透压的大小与溶质本性无关，只与浓度有关。渗透与反渗透：广泛用于水处理，在生命体中也有着十分重要的意义.细胞膜具半透性（植物细胞渗透压达2000kpa,人体血液平均渗透压达780kpa）。,4.渗透压(Osmotic pressure)：,指出：浓溶液和电解质溶液也同样有蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和具有渗透压，但是此依数性与浓度的定量关系不适用。
8、1.浓溶液：溶质浓度大，溶质粒子间以及与溶剂间相互影响大，依数性与浓度的关系发生偏离。2.电解质溶液：电解质解离，使溶液中溶质粒子数增加，还有带电粒子间相互作用，依数性定量关系不适用电解质溶液。3.挥发性溶质对溶液依数性的影响更为复杂。如乙醇水溶液：蒸汽压升高、沸点下降、凝固点降低,一、胶体的制备 一般有如下一些方法,1.分散法：包括 胶体磨研磨法；超声波分散法；电弧分散法；胶溶法：Fe(OH)3(新鲜)加FeCl3稳定剂 Fe(OH)3溶胶,胶体分散系有多种类型，其中固体分散在水中的溶胶是最重要的。这类胶体粒子直径=1-100nm间，高分散性，大的表面能，具有相互聚沉趁势。即胶体有三大特点：
9、多相性；高分散性；热力学不稳定性。制备时必须考虑。,2.凝聚法：包括 物理凝聚：如汞蒸汽通入冷水生成汞溶胶。化学凝聚：控制条件使生成的难溶化合物颗粒恰好胶体粒子大小：如 2H3AsO3+H2S=As2S3(溶胶)+6H2O FeCl3+3H2O 加热沸腾 Fe(OH)3（溶胶）+3HCl,第三节 胶体溶液,二、胶体的性质,1.动力性质布朗（Brown R）运动:显微条件下胶体粒子的不规则热运动。这是胶体溶液特有的。,2.光学性质丁铎尔（Tyndall J）现象：聚光通过溶胶时，从侧面（光束垂直方向）可看到一个发光的园锥体。此现象称为丁铎尔现象。它是胶体溶液特有的。,(1)当粒子直径d入射光时，
10、发生光的反射。观察不到上述现象。(2)当粒子直径d入射光时，发生光的散射，每个粒子成为一个小光源。可见光波长=400-760nm，而胶体粒子的直径d=1-100nm，会发生散射，可观察到上述现象。,3.电学性质电泳(Electrophresis)：在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中的移动叫电泳。这一现象说明胶体粒子带电。,三、胶体结构和电动电势,1.胶团结构:胶体上述性质与其结构有密切联系如AgI溶胶其结构可表示为：,胶核,2.电动电势(Electrokinetic potential):仅作一般了解 电泳时，运动的质点是胶粒，胶粒与吸附层作为一个整体一起运动，吸附层与扩散层间的电位差称为电
11、动电势（电势）。,胶粒,胶团,四、溶胶的稳定性与聚沉,溶胶是多相、高分散体系，具有很大表面能，有自发聚沉降低表面能的趁势。是热力学不稳定体系。但事实上胶体往往能稳定存在，原因有三：,1.布朗运动克服了重力作用引起的聚沉。2.胶粒带电，相互间有静电斥力，不易聚沉。越大，越不易聚沉。3.溶剂化作用保护了胶粒，使其难于碰撞到一起而聚沉。,影响聚沉的因素主要有：,1.电解质的聚沉作用。主要是影响电位，减小扩散层厚度。聚沉值：能使溶胶聚沉所需电解质的最小浓度。一般地，电解质离子价态越高，聚沉能力越强，聚沉值越小。2.溶胶的相互聚沉。相反电荷的溶胶混合时会发生聚沉作用。如明矾净水时Al(OH)3带正电，天然水中胶态悬浮物大多是带负电。,五、大分子溶液与凝胶,1.大分子溶液和溶胶 大分子（M104）的物质,天然的如蛋白质、核酸、DNA合成的如合成橡胶，合成纤维,2.凝胶：是一种特殊的分散系，它是由胶体粒子或大分子形成的立体网状结构，其中溶剂分子被分隔在网状结构中，从而失去了流动性，外观呈固体，性质介于固体与液体之间，内部强度小，易被破坏。如琼脂凝胶、聚丙烯酰胺凝胶，淀粉凝胶等。,本章重点：分压定律，稀溶液依数性,本章难点：胶体结构与性质,本章作业：Page17(4,6,7,12),第一章 小结,
