第一章-溶液和胶体溶液

无机化学孙东第一节溶液组成标度的表示方法第二节稀溶液的依数性第三节渗透压力在医学上的意义第四节胶体溶液第一章溶液和胶体溶液:[定义]是一种物质以分子、原子或离子状态分散在另一种物质中所形成的均匀而稳定的体系。固体溶液（如合金）气体溶液（如空气）液体溶液通常是水溶液溶质溶剂第一节溶液组成标度的表示方法一、物质的量浓度(一)物质的量[定义]是国际单位制（SI制）的一个基本物理量，用来表示物质数量的多少。符号：nB基本单位：摩尔(mole)，符号为mol十进制单位：mmol或μmol摩尔的定义：摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012㎏12C的原子数目相等。0.012㎏12C的原子数目是6.023×1023，阿伏加德罗常数（NA）。ABNNn必须指明基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子或这些粒子的特定组合。氢气H2基本单元微观粒子Hn（H2）≠1mol（H2）1mol(H)n（H）微观粒子的特定组合H2OSO42-H2O2½H2O人为组合1/5SO42-H2+½O2都可以作基本单元由于1mol任何物质所含的基本单元是固定的，所以其质量也是一个定值，称摩尔质量。摩尔质量在数值上等于式量BBBMmn物质的量nB与质量mb的关系：【例1-1】计算5.3g无水碳酸钠的物质的量：(1)以Na2CO3为基本单元；(2)以1/2Na2CO3为基本单元。(2)m(1/2Na2CO3)=5.3gM(1/2Na2CO3)=1/2M(Na2CO3)=53g·mol-1n(Na2CO3)=1063.5=0.05(mol)n(1/2Na2CO3)=533.5=0.10(mol)解：(1)m(Na2CO3)=5.3gM(Na2CO3)=106g·mol-1bbMm（二）物质的量浓度（cB）定义：溶质B的物质的量(nB)除以溶液的体积(V)。VncBB单位：mol·L-1mmol·L-1μmol·L-1等注意：在使用物质的量浓度时，必须指明溶质B的基本单元，例如c(CaCl2)=0.10mol·L-1，c(Ca2+)=0.10mol·L-1，c(Cl-)=0.20mol·L-1等。【例1-2】正常人血浆中每100ml含葡萄糖100mg、HCO3-164.7mg、Ca2+10mg，它们的物质的量浓度（单位mmol·L-1）各为多少？)10100(1801003解c(C6H12O6)==5.6(mmol·L-1)c(HCO3-)=)10100(0.617.1643=27.0(mmol·L-1)c(Ca2+)=)10100(0.40103=2.5(mmol·L-1)Vnb二、质量浓度（ρ)定义：溶质B的质量(mB)除以溶液的体积(V)VmBB单位：g·L-1或mg·L-1世界卫生组织提议，凡是摩尔质量已知的物质，在人体内的含量统一用物质的量浓度表示；对于摩尔质量未知的物质，在人体内的含量则可用质量浓度表示。三、摩尔分数(χ)定义：物质B的物质的量除以混合物的物质的量iinn/BB若溶液由溶质B和溶剂A组成，则溶质B和溶剂A的摩尔分数分别为：BABBnnnBAAAnnnχA＋χB=1四、质量摩尔浓度（bB）定义：溶质B的物质的量（nB)除以溶剂的质量(mA)ABBmnb单位：mol·㎏-1或mmol·㎏-1当水溶液很稀时cB≈bBVncBB【例1-3】将7.00g结晶草酸(H2C2O4·2H2O)溶于93.0g水中，求草酸的质量摩尔浓度b(H2C2O4)和摩尔分数x(H2C2O4)。解M(H2C2O4·2H2O)=126g·mol-1，M(H2C2O4)=90.0g·mol-1在7.00gH2C2O4·2H2O中H2C2O4的质量为：草酸的质量摩尔浓度和摩尔分数分别为：m(H2C2O4)=1260.9000.7=5.00（g）溶液中水的质量为：m(H2O)=93.0+(7.00－5.00)=95.0（g）b(H2C2O4)=1000/0.950.90/00.5=0.585(mol·kg–1)χ(H2C2O4)=)0.18/0.95()0.90/00.5(0.90/00.5=0.0104ABmnBABnnn五、质量分数（ωB）定义：为物质B的质量（mB）除以混合物的质量（∑imi)iimm/BB对于溶液，溶质B和溶剂A的质量分数分别为：BABBmmmBAAAmmmωA＋ωB=1六、体积分数定义：物质B的体积（VB）除以混合物的体积（∑iVi)iiVV/BB体积:混合前的体积【例1-4】市售浓硫酸的密度为1.84kg·L-1，质量分数为0.96，试求该溶液的c(H2SO4)、x(H2SO4)和b(H2SO4)。解：c(H2SO4)=84.11010098963=18(mol·L-1)χ(H2SO4)=)18/4()98/96(98/96=0.815b(H2SO4)=1000/498/96=245(mol·kg-1)在100g市售浓硫酸中：Vnb小结物质的量浓度（cB）质量浓度（ρB)质量摩尔浓度（bB)摩尔分数(xB)VncBBVmBBABBmnbBABBnnn质量分数（ωB）体积分数BABBmmmiiVV/BB第二节稀溶液的依数性溶解是一个复杂的物理化学过程1.与溶质的本性有关与浓度有关2.与溶质的本性无关蒸气压下降沸点升高凝固点降低渗透压力依数性如颜色、导电性等f(数目）难挥发性非电解质稀溶液一、溶液的蒸气压下降（一）蒸气压(Vaporpressure)一定温度下，V蒸发=V凝聚时，蒸气的压力特定状态的蒸气的压力分子热运动能量分子间作用力凝聚水蒸发水(g)(l)分子碰撞蒸气水分子数n不再改变PV=nRTP为定值水图6-5气体分子能量分布曲线EaE平E能量/(NE)稀溶液的依数性此时水面上的蒸气压力称为该温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压（P0）。1.分子间作用力2.温度：T↑，p↑PT(K)蒸气压是一重要的物理量大小取决于蒸气压曲线特定状态:平衡状态易挥发性物质难挥发性物质（二）溶液的蒸气压下降加入一种难挥发的非电解质占据了一部分水的表面溶液的蒸气压下降降低了蒸发速度蒸发速度加入一种易挥发的非电解质？蒸气压下降Raoult定律在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压(P0)乘以溶液中溶剂的摩尔分数(χA)。由于：1BA所以：B01ppB00ppp即：B0ppAPp0对于稀溶液BbB表明：稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。即难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降只与一定量的溶剂中所含溶质的微粒数有关，而与溶质的本性无关。BKbp【例1-5】已知20℃时水的饱和蒸气压为2.338kPa，将17.1g蔗糖(C12H22O11)溶于100g水，试计算溶液的蒸气压是多少？解蔗糖的摩尔质量M=342g·mol-1n(C12H22O11)=342/1.17=0.0500(mol)溶液的蒸气压：p=p0(H2O)·χ(H2O)=2.338×0.991=2.32(kPa)H2O的摩尔分数：χ(H2O)=050.00.181000.18100=0.991二、溶液的沸点升高1．沸点(boilingpoint)液体沸腾时的温度2．溶液的沸点升高是溶液蒸气压下降的直接结果P液=P大气100P(kPa)T(K)水100P(kPa)373T(K)纯水水溶液△TbAA’=ΔTb’AB’=ΔP’TBAB’A’B”A”''''''ABABAAAA''''''ABAAABAAΔTb=Kb•bBKb称为沸点升高常数ΔTb∝ΔPΔP∝bBΔTb∝bBAA”=ΔTb”AB”=ΔP”KPTPTbb''''''几种常用溶剂的沸点升高常数溶剂沸点/KKB水373.00.52苯353.22.53三氯甲烷333.23.63萘491.05.80乙醚307.42.16三、溶液的凝固点降低1．凝固点（freezingpoint）在一定外压下，物质固、液两相平衡共存时的温度。如：H2O(l)H2O(s)100kPaPa5.610O(s)HO(l)H22PP273KP(s)=P(l)P(kPa)T(K)水冰TfP(kPa)T(K)水冰溶液AB0.61273A：冰-水共存⊿TfΔTf=Kf·bBKf称为凝固点降低常数TfB：冰-溶液共存也是溶液蒸气压下降的直接结果2．溶液的凝固点降低几种常用溶剂的凝固点降低常数溶剂凝固点/KKf水273.01.86苯278.54.90醋酸289.63.90樟脑452.839.7萘353.06.90溴乙烯283.012.5小结稀溶液的依数性：溶液的蒸气压P↓ΔP=K•bB溶液的沸点Tb↑ΔTb=Kb•bB溶液的凝固点Tf↓ΔTf=Kf•bB1.稀溶液的依数性变化只与溶液的浓度有关；2.稀溶液的依数性本质是溶液的蒸气压下降；3.适用条件：难挥发、非电解质、稀溶液。1、推算溶质的摩尔质量BffbKTAfBfBmTmKM凝固点降低法同理可推出ABBmPmKMAbBbBmTmKM沸点升高法蒸气压下降法ABBf/mMmK应用【例1-6】将0.322g萘溶于80g苯中，测得溶液的凝固点为278.34K，求萘的摩尔质量。查表知苯的凝固点Tf0=278.5K，Kf=5.10K·kg·mol-1解：△Tf=278.5－278.34=0.16(K)=5.10×3108016.0322.0=128(g·mol-1)所以，萘的摩尔质量为128g·mol-1。AfBfBmTmKM2、制作防冻剂与冷冻剂四、溶液的渗透压力（一）渗透现象与渗透压力纯水蔗糖溶液高低半透膜一种孔径很小而且均匀的膜，小到只允许水分子自由通过，而蔗糖等体积大一些的分子就被挡住了。如动物的肠衣，动植物的细胞膜，人工制备的羊皮纸等。1、扩散现象2、渗透现象：溶剂分子通过半透膜发生的表面上单方向的迁移。产生条件有半透膜膜两侧有浓度差渗透方向：从稀溶液向浓溶液进行。溶剂溶液溶剂溶液对于溶剂，形同虚设阻止了溶质的扩散额外的外压P溶剂溶液P渗透平衡有半透膜膜两侧有浓度差膜两侧有合适的压力差渗透压力为了维持渗透平衡，必须在溶液液面上施加一超额的压力。符号：单位：Pa或kPa一种外压溶剂溶液（二）渗透压方程(Van’tHoffrule)T不变时∝cC不变时∝T=cBRT或V=nBRT实验证明：单位：KPa当溶液很稀时cB≈bB∴=bBRT【例1-7】将2.00g蔗糖(C12H22O11)溶于水，配制成50.0ml溶液，求溶液在37℃时的渗透压力。解:M(C12H22O11)=342g·mol-1c(C12H22O11)=05.034200.2=0.117(mol·L-1)П=0.117×8.314×310=302(kPa)渗透压力法测定高分子化合物的分子量RTMmRTnVBBBRTVmMBB↓渗透压力法例【1-8】将1.00g血红素溶于适量水中，配制成100ml溶液，在293K时，测得溶液的渗透压力为0.366kPa，试求血红素的分子量。解:M(血红素)=100.0366.0293314.800.1=6.66×104(g·mol-1)所以血红素的分子量为6.66×104。RTVmMBB五、稀溶液的依数性（一）稀溶液的四个依数性1.蒸气压下降2.沸点升高3.凝固点降低（二）依数性之间的关系BffbbbRTKTKTKp4.渗透压力ΔP=K•bBΔTb=Kb•bBΔTf=Kf•bB=cBRT解例:测得人的眼泪的凝固点为-0.560C，求在310K时人的眼泪的渗透压。查表知Kf（H2O）=1.86K·㎏·mol-1T0f（H2O）=00CΔTf=T0f-Tf=0.56K)(776310314.886.156.0KPaRTKTffBbbbiKTBffbiKTП=icBRT≈ibBRTi：校正因子,近似等于