无机及分析化学第1章-分散体系

Inorganic&AnalyticalChemistry无机及化学分析第一章分散体系DispersedSystem1、了解分散体系的分类；本章学习要求3、掌握稀溶液的依数性及其计算；2、掌握溶液浓度的定义及其相互换算；由一种或几种物质分散在另一种物质中分散质（相）（dispersionphase)被分散的物质分散剂（dispersedmedium）起分散作用的物质1.1分散系分类所形成的体系。1.分散系的定义细小水滴+空气→云雾相在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的部分称为相。分散系在自然界中广为存在:▼▼▼金属化合物+岩石→矿石二氧化碳+水→汽水1)按物质的聚集状态分类：分散质分散剂实例气气空气液气云、雾固气烟、尘气液汽水、泡沫液液牛奶、豆浆、固液泥浆、溶液、气固泡沫塑料、馒头液固珍珠、肉冻、固固合金、有色玻璃2.分散系的分类、2)按分散质粒子直径大小分类：分散系直径/nm实例特征相系溶液＜1蔗糖水食盐水最稳定,不沉降、能透过滤纸单胶体1-100血液AgI溶胶微浑浊半透明或不浑浊透明,有Tyndal尔现象多粗＞100牛奶泥浆不透明、不稳定不透过滤纸多1.2溶液1.溶液(Solutions)物质的量及其单位：1)物质的量n：表示物质基本单元数目多少的物理量。2)单位：mol分散质以小分子、离子或原子为质点均匀地分散在分散剂中所形成的分散系。V/)B(n)B(c一升溶液中所含溶质B的物质的量2.溶液浓度的表示方法电子及其它粒子的特定组合。4)摩尔质量：MB=mB/nB1)物质的量浓度c(B)①定义:②公式:③单位:mol·dm-3(mol·L-1)系统中组成物质的基本组分,可是分子、原子、离子、3)基本单元：一千克溶剂中所含溶质B的物质的量2)质量摩尔浓度b(B)①定义:②公式:③单位:mol·kg-1与温度无关。在极稀的水溶液中④.优点:c(B)≈b(B)例1.500克水中溶解17.1克蔗糖,求蔗糖溶液的质量摩尔浓度。解:11.050034210001.17)(1)()(kgmolkgBnBb某组分的物质的量与全部溶液的物质的量之比。BABBBAAAnnnxnnnx3)摩尔分数xi①定义:②公式:③量纲：14)质量分数ω用溶质的质量除以溶液的质量表示浓度称为质量分数，用ω表示。%100)()()(液mBmB①定义:②公式:例2.48%的硫酸溶液的密度为1.38g·ml-1,计算此溶液的（1）物质的量浓度;（2）质量摩尔浓度;（3）摩尔分数；5)浓度的相互换算解:13)(76.6981038.1%48%48LmolLVMmlVBcB(1)176.638.1/100100098/48LmolVnBc0.8510.1552/1848/9848/98BABxxx（3）1)()(42.910005298/481000kgmolWnBbAB（2）1.3.稀溶液的依数性(colligativeproperties)2)沸点升高Boilingpointelevation1)蒸气压下降Decreaseofvaporpressure3)凝固点下降Freezingpointlowering4)渗透压Osmoticpressure1.依数性：只与溶质所含粒子的数目有关，而与溶质的本性无关。（稀溶液的通性）2.溶液的蒸气压下降1)蒸气压vaporpressure当蒸发速率与凝结速率相等时，液体上方的蒸气所具有的压力称为液体的饱和蒸气压（简称蒸气压）。ppp*蒸发凝聚2)溶液的蒸气压下降在一定温度下,溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，称为溶液的蒸气压下降。.Decreaseofsolutionvaporpressure溶液蒸气压下降的原因：A.溶液表面溶剂分子数减少；B.形成溶剂化分子；pT0.1mol·kg-10.2mol·kg-1纯水3)Raoult(拉乌尔)定理在一定温度下，稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数成正比.Axpp*1BAxx对于两组分溶液BBxppxpp**)1(*Bxpppp**)(*)()(BbKmnMPPABARaoult定律又可表述为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降,近似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。例3.计算293K时，17.1g蔗糖溶于1000g水中，溶液的蒸汽压下降值。解：293K时，P*(H2O)=2.33kPa4100.9)(BxkPaxPPB3*101.2或kPaBbKP3101.2)(M(B)=342g.mol-1★只适用于难挥发非电解质的稀溶液3.溶液的沸点升高boilingpointelevationTbpTTb*P外1)沸点boilingpoint液体的沸点是该液体的蒸气压等于外界大气压时的温度Tb纯水蔗糖Kb为沸点升高常数Ebullioscopicconstant(1).计算溶液的沸点2)溶液的沸点升高：3)沸点升高的应用*(B)bbbbTTTKb溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差◆它只与溶质的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。例4.在100克水中溶解4.56克尿素,计算此溶液的沸点.0.76mol/kg10060.010004.56(B)b解：bbbTTT*KTb39.076.0512.0K39.37339.0373例5.将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的沸点为100.056℃,计算葡萄糖的摩尔质量.解：0.40/M葡萄糖20/1000b葡萄糖=Tb=0.056=Kb·b葡萄糖M葡萄糖=182.9g·mol-1(2)测定难挥发非电解质的摩尔质量4.溶液的凝固点下降freezingpointlowering1)凝固点：freezingpointTfTfpT液体的蒸气压与固体蒸气压相等，两相平衡共存时的温度。*纯水蔗糖冰(1)溶液的凝固点：(Tf)Kf为凝固点下降常数.CryoscopicconstantTf=Tf*-Tf=Kf·b(B)溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气压平衡时的温度。(2)溶液的凝固点下降：纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差◆它只与溶质的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。2)沸点升高和凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降。3)凝固点下降的应用：(1)解释植物的抗旱性与耐寒性等现象；(2)计算溶液的凝固点；(3)测定难挥发非电解质的摩尔质量；解:1000/20/40.0葡萄糖葡萄糖Mb例6.将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的凝固点为-0.207℃,计算葡萄糖的摩尔质量.K207.0207.00fT20100040.086.1207.0葡萄糖M1mol179.7g葡萄糖M5.溶液的渗透压osmoticpressure溶剂分子通过半透膜进入溶液的自动扩撒过程。1)渗透现象Osmosis为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小外压。在溶液上方施加一外压P,使半透膜两边溶剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。2)渗透平衡3)渗透压4)产生渗透现象的条件①有半透膜的存在；②膜两边的溶液存在浓度差；113113molKdm8.314kPamolKm8.314PaR)()(BbBc稀水溶液中RTBbRTBc)()(5)Van’tHoff定律πV=nRTπ=nRT/V=cRT植物的细胞6)高渗、低渗、等渗溶液例7.含有5g·L-1某可溶性多糖的水溶液,在278K时渗透压为3.24kPa.求该多糖的摩尔质量。7)渗透压的应用①解释动植物的生命现象.②计算高分子化合物的摩尔质量.1B11B1mol3568g278KmolKL8.314kPaL5g3.24kPaMM解:C0.026Lmol101.43567513BffBcKtc故渗透压法测大分子的摩尔质量比凝固下降法更灵敏。例8.293K时葡萄糖(C6H12O6)15g溶于200g水中求该溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压.已知293K时水的p*=2333.14Pa。解:b葡萄糖=n葡萄糖/0.2=0.417mol·kg-1n葡萄糖=15/180=0.0833moln水=200/18.02=11.10molx葡萄糖=0.0833/(0.0833+11.10)0.0833/11.10=7.4×10-3p=p*x水=p*(1-x葡萄糖)=2333.14(1-7.5×10-3)=2315.90PaΔTb=Kb·b(B)=0.512×0.417=0.21KTb=373+0.21=373.21KΔTf=Kf·b(B)=1.86×0.417=0.78KTf=273-0.78=272.22Kπ=b(B)RT=0.417×8.314×293=1015.8kPa思考题：1参天的大树，如何从土壤中获得水份？2施肥过多，植物会烧死？3淡水鱼游到海水中能活吗？稀溶液的依数性的应用：*测定分子的摩尔质量*制作防冻剂和致冷剂*配制等渗输液强调：依数性适用条件：难挥发非电解质的稀溶液返回1.4强电解质溶液理论一、电解质溶液依数性的偏差二、离子氛1923年Debye和Huckl认为强电解质虽然在水溶液中完全电离，但因离子相互作用，离子的行动并不完全自由，由于同电荷的离子相斥，异电荷的离子相吸的结果，离子在溶液中的分布是不均匀的。正离子的附近，负离子要多一些，负离子的附近正离子要多一些。三、活度活度系数1.离子强度I=1/2Σ(cizi2)式中：ci为离子的浓度（mol/l）zi为离子的电荷数2.活度a=γ·c式中：a为有效浓度又称活度γ为活度系数c为溶液的实际浓度IZZ509.0lgγ返回1.溶胶的基本特征1)溶胶是多相体系.1.4胶体溶液2)分散度高，比表面大.S0=A/VL=1cmn=1S=6cm-2L=0.5cmn=8S=12cm-2L=0.1cmn=1000S=60cm-2L=100nm=10-5cmn=1015S=6·105cm-2L=1nm=10-7cmn=1021S=6·107cm-2colloid表面粒子比内部粒子的能量高,高出的那部分能量称为表面能。固体界面示意图2.表面性质S比表面能(表面张力)总表面积S3)不稳定，易聚沉.1)表面能高小颗粒合并成大颗粒降低S0通过吸附,使剩余引力有所饱和减少表面张力降低表面能(使体系稳定)2)吸附性强①分子吸附固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中的吸附。特点:相似相吸吸附adsorption一种物质自动聚集到另一种物质界面上的过程。吸附质吸附剂B.离子交换吸附A.离子选择性吸附规律：优先吸附与组成有关的离子。特点:吸正带正、吸负带负egAgNO3+KBr==AgBr(溶胶)+KNO3吸附剂与溶液之间的离子交换,称为离子交换吸附。吸附剂在强电解质溶液中对离子的吸附。②离子吸附例:粘土颗粒带负电,表面存在可交换的阳离子Ca2+(Mg2+.K+.Na+),当施入铵态氮肥时,NH4+即与胶粒表面的Ca2+发生交换:2Ca4NH特点：可逆过程4NH2Ca4NH4NH1)光学性质—Tyndall现象将一束光照射到透明的溶胶上,光线垂直方向上可以观察到一条发亮的光柱。2.溶胶的性质(溶胶特有)2)动力学性质—Brown运动Brown运动是分散剂分子以不同大小和不同方向的力对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。①电泳—外电场下，分散质在分散剂中定向移动。粘土+-负极:水面上升,清澈。正极:水面下降,混浊，粘土颗粒带负电3)电学性质②电渗—外电场下，固相不动，分散剂定向移动。3.溶胶粒子带电原因1)吸附带电——选择吸附与其组成有关的离子。例1.氢氧化铁溶胶是通过三氯化铁在沸水中水解而制成的。FeCl3+3H2O==Fe(OH)3