第1章物质聚集状态

第一章物质的聚集状态“CollectiveStateofMatter”§1.1气体*§1.2分散系§1.3溶液浓度的表示方法§1.4稀溶液的通性§1.5胶体溶液§1.6高分子溶液和乳状液1.1.1理想气体状态方程理想气体：本身不占体积；分子间没有相互作用力的气体。实际气体在低压（p＜101.325KPa）以及高温(T＞273.15K)时可近似看作理想气体。理想气体状态方程：pV=nRTp:气体压强,单位:PaV:气体体积,单位:m3n:气体物质的量,单位:molR:摩尔气体常数,R=8.314Pa﹒m3﹒mol-1﹒K-1T:气体温度,单位:K§1.1气体*理想气体状态方程式的应用:①计算p，V，T，n四个物理量之一应用范围：温度不太低，压力不太高的真实气体。②气体摩尔质量的计算pVmRTMRTMmpVnRTpVMmnM：气体摩尔质量（gmol-1）③气体密度的计算=RTpMpRTM代入1.1.2道尔顿分压定律P总=P1+P2+P3+…=∑Pi由于PiV=niRT，所以Pi=ni/V﹒RT=ni﹒RT/VP总=∑Pi=∑ni﹒RT/V=nRT/VPi/P总=ni/n总Pi=ni/n总﹒P总=Xi﹒P总Xi=ni/n总,是摩尔分数。气体常以混合物形式存在，当几种气体混合在同一容器中后，混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。条件：只有理想气体才适合道尔顿分压定律。【例】：用排水集气法收集气体，收集的气体总含有饱和水蒸气，在这种情况下，P=P气体+P水蒸气§1.2分散系分散质（分散相）：分散系中被分散的物质。分散剂（分散介质）：容纳分散质的物质。分散系的概念:一种或几种物质分散在另外一种物质中所构成的体系叫分散体系，简称分散系。云雾=小水滴+空气汽水=二氧化碳+水溶液：§1.3溶液浓度的表示方式溶液：由两种或多种组分以分子、原子或离子状态所组成的均匀、稳定的液相体系。溶液的浓度：一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度。1.3.1物质的量浓度CB单位体积溶液中所含溶质B的物质的量。cB=nB/v(mol·L-1)nB=mB/MB(mol)1.3.2质量分数溶质(B)的质量与溶液的质量之比。mmBB解：bCH3OH=13125.1100.500.32/00.2/KgmolKgmolggmMmmnABBAB1.3.3质量摩尔浓度bB每千克溶剂(A)中所含溶质(B)的物质的量。)(/1KgmolmMmmnbABBABB【例】在50.0g水中溶有2.00g甲醇(CH3OH)，求甲醇的质量摩尔浓度？1.3.4物质的摩尔分数溶质B的物质的量nB占全部溶液物质的量n的分数。xB=nB/nxA+xB=11.3.5质量浓度ρB=mB/v(g/Lorg/mL)单位体积溶液中所含溶质的质量。BBBBBBBBBB/MmMmmMmVMmVnc1.3.6几种溶液浓度之间的关系CB—溶质B的物质的量浓度;—溶液的密度;ωB—溶质B的质量分数;MB—溶质B的摩尔质量。1）物质的量浓度与质量分数定义n=m/Mv=m/ρωB=mB/m整理mnmnVncBBBBv=m/ρ整理若：系统是一个两组分系统；B组分的含量较少。则：溶液的质量m≈溶剂的质量mA。上式可近似为：BABBBbmnmnc2）物质的量浓度与质量摩尔浓度CB—溶质B的物质的量浓度;—溶液的密度;m—溶液的质量;nB—溶质B的物质的量。小节1、气体状态方程、分压定律2、分散系的概念及分类3、溶液浓度的表达方式稀溶液的通性：只与溶质粒子的数目有关，与溶质本性无关的性质。又叫溶液的依数性。依数性包含：①溶液的蒸气压下降②溶液的沸点上升③溶液的凝固点下降④溶液具有渗透压对象：难挥发的非电解质稀溶液§1.4稀溶液的通性饱和蒸气压：T:蒸发速度﹦凝聚速度(动态平衡)1.4.1溶液的蒸气压下降pA*蒸气压大的物质称为易挥发性物质;蒸气压小的物质称为难挥发性物质。溶液的蒸气压下降：在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同温度下的p纯溶剂。蒸汽压下降的原因：难挥发非电解质表面部分被溶质粒子占据；相同温度、单位时间、单位体积液面：逸出溶剂分子数相对减少.溶液纯溶剂拉乌尔(Raoult)定律：在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压(p)等于纯溶剂的蒸气压(pA*)乘以溶剂在溶液中的摩尔分数(xA)。即：p=pA*xA∵xA+xB=1∴p=pA*（1－xB）溶液的蒸气压下降值Δp为：Δp=pA*－p=pA*－pA*（1－xB）Δp=pA*xB因此拉乌尔定律也可以这样说：在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降(Δp)与溶质的摩尔分数(xB)成正比,而与溶质的本性无关。解:【例】计算0.05mol/L蔗糖溶液100℃时的饱和蒸气压？1.4.2溶液的沸点上升沸点:溶液的蒸气压（p溶液）与外压（p外压）相等时的温度称为该溶液的沸点。纯水：p外=101.325kPa，t纯水=100℃.实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。原因：溶液的蒸气压下降。见下图根本原因：蒸汽压下降p溶液p纯溶剂,Tb*Tb溶剂溶液温度ppokpa蒸气压△p△TbB101.3kpaAB’溶液的沸点上升示意图AˊAAˊ:水的蒸气压曲线BBˊ:溶液的蒸气压曲线；Tb-Tb*=△Tb=Kb·b(B)Kb为沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而与溶质的本性无关。单位：K·kg·mol-1。（见P12表1-3）b(B):质量摩尔浓度凝固点：在一定的外压下，溶液与纯溶剂固体具有相同的蒸气压时的温度，称为该溶液的凝固点。（固液两相平衡时的温度）1.4.3溶液的凝固点下降B'溶液纯水A'ABC△Tf△ppº(kPa)p0.6105TfTf*(273K)373KT溶剂的凝固点下降示意图AC：冰的蒸气压曲线。由该图可以看出，溶液的蒸气压下降，导致：kf只与溶剂的性质有关，单位：K·kg·mol-1。（见P12表1-3）bf－质量摩尔浓度△Tf=Kfb(B)=Tf*-Tf溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点Tf*。同理，根据拉乌尔定律，可得因此，难挥发非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。应用:①计算溶液的沸点（Tb）和凝固点（Tf）；②测MB；③日常生活中的应用【如】植物为什么表现出一定的抗旱性和耐寒性？【如】冬天在汽车水箱里加少量甘油或乙二醇，防止水箱里的水结冰。1.4.4溶液的渗透压蔗糖溶液纯水渗透压半透膜产生渗透压示意图渗透作用:溶剂分子通过半透膜进入溶液的现象称为渗透作用。渗透压∏:为了保持渗透平衡，液柱所产生的静水压称为该溶液的渗透压。单位：Pa或kPa。原因：半透膜能阻止蔗糖分子向纯水一边扩散，却不能阻止水分子向蔗糖溶液的扩散。因单位体积内纯水中水分子比糖溶液中的水分子多，故进入溶液中的水比离开的水多，因而蔗糖溶液的液面升高。产生渗透压的条件：①存在半透膜②半透膜两侧溶液浓度不同。透析带难挥发非电解质稀溶液的渗透压∏与溶液物质的量浓度cB和温度T成正比,而与溶质的本性无关。（R=8.314kPa·L·K-1·mol-1）或:在一定温度下,非电解质稀溶液的渗透压与溶液的质量摩尔浓度bB成正比,而与溶质的本性无关。即:Π=RbBT范特霍夫定律即:Π=RcBT渗透作用的应用：①测定大分子的MB；②动植物生理功能；1.参天的大树，如何从土壤中吸收水分？2.腌渍黄瓜，黄瓜变蔫，同时会出水？3.施肥过多，植物会烧死吗？4.淡水鱼游到海水中能活吗？③海水淡化，污水处理（反渗技术）。盐水淡水pp反渗透法净化水【例】海水在298K时的渗透压为1479kPa，采用反渗透法制取纯水，试确定用1000cm3的海水通过只能使水透过的半透膜，提取100cm3的纯水，所需要的最小外加压力是多少?解：随着反渗透的进行，海水中盐的浓度增大，当得到100cm3纯水时，最终海水的渗透压∏2和初始海水的渗透压∏1的比值为222111cRTccRTc2211ccc1=nmol／1000cm3c2＝nmol／(1000-100)cm3211000109009cc210147916439kPa因为渗透前后溶质的物质的量未减少，难挥发、非电解质、稀溶液通性的计算公式：△p=K蒸b(B)△Tb=Kb·b(B)△Tf=Kf·b(B)π=cRT≈b(B)RT小结：胶体溶液§1.5胶体溶液①溶胶（如AgI胶体和As2S3胶体等）②高分子溶液（淀粉溶液和蛋白质溶液等）分散度：即物质的分散程度，分散质粒子越小，分散程度越大。比表面：单位体积的表面积，用符号S。表示：显然，一定量的分散质被分得越细，数目就越多，总表面积A越大，分散程度越高。1.5.1表面性质比表面分析仪表面能液体或固体表面粒子比内部粒子能量高，多出的这部分能量称为体系的表面能。任何两相界面上均存在着界面能。1g水滴分散成直径2nm的小水滴，总面积为原来的625万倍，增加的能量可将这1g水的温度升高50℃。同一体系，其分散度越大，其表面能越大。胶体是一种高度分散的多相体系，具有很大的比表面，因此表面能很大。能量越高，体系越不稳定，胶体是热力学的不稳定体系。一种物质自动浓集到另一物质表面上的过程叫吸附。有吸附能力的物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质。对一定质量的分散质来说，分散度越高，表面积越大，其表面能越大，因而多相体系是一种不稳定体系。为使体系趋于较稳定的状态，表面能有自发降低的倾向。一般可采用两种途径：一、减小表面积使表面能减小；如小液滴可自发聚集成大液滴；二、通过表面吸附其它质点来降低其表面能。品红的苯溶液+活性炭红墨水+活性炭1.5.2、胶团结构【例】AgNO3和过量KI溶液制备AgI溶胶，胶团结构式为：·nI-·xK+·(n-x)K+(AgI)m[]x-•若以稀KI溶液与过量的稀AgNO3溶液反应制备AgI溶胶其结构将会怎样呢?。见下图胶团胶粒扩散层·xNO3-(AgI)m胶核+A·ng电位离子+]x·（n-x）NO3-吸附层AgI溶胶胶团结构（Ag+过量）[反离子胶粒带电，胶团不带电（电中性）Fe(OH)3溶胶（FeCl3高温水解）：As2S3溶胶（2H3AsO3+3H2S→As2S3+6H2O）：硅酸溶胶（水解出电位离子、反离子）：[(H2SiO3)m·nHSiO3-·(n-x)H+]x-·xH+硅胶二氧化钛溶胶1.5.3胶体溶液的性质胶体溶液的性质光学性质动力学性质电学性质1）光学性质1869年，丁达尔(Tyndall)在研究胶体时，他将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线垂直方向上观察到一条发亮的光柱。这一现象称为丁达尔效应(Tyndalleffect)。由于丁达尔效应是胶体所特有的现象，因此，可以通过此效应来鉴别溶液与胶体。产生原因：光线照射到物体表面时，可能产生两种情况：（1）颗粒的直径远远大于入射光的波长，此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应；（2）物质的颗粒直径比入射波长小的话，则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。因为溶胶的粒子直径在1一100nm，而一般可见光的波长范围在400一760nm，所以可见光通过溶胶时便产生明显的散射作用。2）溶胶的动力学性质溶胶的布朗运动：在超显微镜下看到溶胶散射现象的时，还可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动的，它们是在作无休止、无规则的运动。布朗运动产生的原因：分散质粒子本身处于不断的热运动中。分散剂分子对分散质粒子的不断撞击。液体分子对溶胶粒子的撞击粗分散系胶粒因布朗运动而具有一定的扩散作用。3）溶胶的电学性质棕红色的氢氧化铁溶胶结论：氢氧化铁溶胶粒子带正电。As2S3向正极移动，As2S3溶胶中分散质带负电荷。电泳(electrophoresis)：在外电场的作用下，分散相和分散介质发生相对位移的现象称为胶体的电泳现象。溶胶粒子带电的主要原因：①吸附作用：氢氧化铁溶胶，该溶胶是FeCl3溶液在沸水中水解而制成的。在整个水解过程中，有大量的FeO+存在，由于Fe(OH)