《溶液与胶体》PPT课件.ppt

第一章 溶液与胶体,1.1 溶液,1.1.1 溶液定义1.1.2 溶液浓度的表示1.1.3 稀溶液的依数性,溶液定义,广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液（分子分散系）。,典型的氯化钠水溶液,1.1.2 溶液浓度的表示1、物质的量浓度 定义：一升溶液中所含溶质的物质的量称为物质的量浓度，用符号c表示，单位是mol/L,c(B)=nBV,2、质量摩尔浓度（新概念）定义：1 kg 溶剂中所含溶质的物质的量表示为质量摩尔浓度，符号b(B)，单位为：mol/kg,【例】：250克溶液中含有40克NaCl，计算此溶液的质量摩尔浓度。,解：水的质量250-40=210（克）b(NaCl)=40/(58.5210)1000=3.26 mol/kg,b(B)=nBmA=mB/(MB mA),3、物质的量分数（简称摩尔分数）定义：某组分的物质的量与溶液的总物质的量之比称为物质的量分数，符号，量纲为1。,nB XB=nB+nA,nB：溶质的物质的量nA：溶剂的物质的量,【例】：将10克NaOH溶于90克水中，求此溶液的物质的量分数浓度。,解：nNaOH=10/40=0.25(mol)nH2O=90/18=5(mol)XNaOH=0.25/(0.25+5)=0.048,1.1.5 百分浓度及ppm浓度 ppm浓度也叫百万分浓度 例如:某溶液百分浓度为0.0001%其ppm浓度为1ppm,稀溶液的依数性,与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。与溶质本性无关，只与溶质的数量有关（蒸气压大小等）,依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。依数性是指（与纯溶剂比较）溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压 粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。,溶液的性质,初始：v蒸发 v凝聚平衡：v蒸发=v凝聚,饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p*表示,沸水:(100，101kPa)H2O:(25，3.17kPa)冰:(0，0.6105kPa)冰:(-4，0.4373 kPa),饱和蒸气压,在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，蒸发与凝聚达平衡时，p溶液总是小于同温度下的p纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。,1.1.3.1 溶液的蒸气压下降,溶液蒸汽压下降的原因：p=p纯p液,拉乌尔定律：在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数。,p：溶液的蒸气压 p*：纯溶剂的蒸气压nA：溶剂的物质的量 nB：溶质的物质的量,nA p=p*nA+nB,拉乌尔定律,上式可写成：p=p*XA XA+XB=1 XA=1 XB p=p*p*XB,nB移项得：p=p*p=p*XB=p*nA+nB,近似处理是稀溶液，nA nB,nA+nB nA,nB p p*nA,nAmA/MA,nB nB p p*p*MA Kb(B)nA mA,nB p p*MA Kb(B)mA,式中，MA：kg/mol mA：kg,K=p*MA,拉乌尔定律的第二种表述：p=K蒸 b(B),nA p=p*nA+nB,拉乌尔定律的第一种表述：,1.1.3.2 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=101.3kPa，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,溶液的沸点上升示意图,溶剂,溶液,B,图,Tb-Tb*=Tb=Kbb(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。（见p9 表1-3常用溶剂的Kb 和Kf）,根据拉乌尔定律，p与b(B)成正比，而Tb 与 p成正比，Tb亦应与 b(B)成正比，p越大，Tb也越大。,几种溶剂的Kb和Kf值（Kkgmol-1）（教材P9）,【例】：将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗糖C12H22O11)分别溶于2000g水中,计算此两种溶液的沸点。(Kb=0.52Kkgmol-1）,解：M尿素=60 gmol-1 b(B)=12.0/(602000)1000=0.1molkg-1 Tb=Kbb(B)Tb尿=0.52 0.1=0.052(K)Tb尿=373.15+0.052 373.2(K),同理，蔗糖的M=342 gmol-1 b(蔗糖)=34.2/(3422000)1000=0.05molkg-1 Tb蔗=0.52 0.05=0.026(K)Tb蔗=373.15+0.026 373.18(K),【例】：若将12.0g尿素CO(NH2)2和34.2g蔗（C12H22O11)都加于2000g水中,计算此溶液的沸点。(Kb=0.52Kkgmol-1）Tb=0.52(0.1+0.05)=Tb尿+Tb蔗=0.078K,结论：依数性存在加和性,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）,Tf=Kf b(B)=Tf*-Tf,1.1.3.3 溶液的凝固点下降,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,原因：溶液的蒸气压下降。见下表和图,B溶液,纯水A,A,B,C,Tf,p,p(kPa)p 0.6105,Tf Tf*(273K)373K T,溶剂的凝固点下降示意图,图,【例】：为了防止汽车水箱中的水在266 K时凝固，以无水乙醇（=0.803g/ml）做防冻剂，问每升水须加若干 ml乙醇？（假设溶液服从拉乌尔定律）,解：已知水的凝固点为273K，Kf=1.86Tf=273-266=7(K)Tf=Kf b(B)b(B)=Tf/Kf=7/1.86=3.76(mol/kg)即每升水加3.76mol乙醇，已知M乙醇=46，=0.803。应加入乙醇体积为 V=3.7646/0.803=215.6(ml),另一实际应用：冬天施工，冰面撒盐解冻,1.1.3.4 溶液的渗透压,半透膜的作用：只许溶剂分子通过，溶质分子不能通过。初始：溶剂分子扩散速度 V纯水 V糖水,扩散方向：纯水 糖水,渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当v纯水=v糖水（速率相等）渗透停止。糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水溶液的渗透压。,渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号表示。,渗透现象在动植物的生命过程中有着重要的作用，例：1、医学上输液必需输等渗溶液。（生理盐水0.9%、葡萄糖水5%）2、动物体内水份的输送。3、植物从土壤中吸收水份和营养。4、求算溶质的分子量。,渗透作用产生的条件：半透膜存在；膜两侧溶液的浓度不相等。,实验证明：同一温度下，溶液的渗透压与浓度成正比,计算公式：V=n(B)RT=c(B)RT b(B)RT 溶液很稀时，c(B)b(B)）c(B)物质的量浓度 R：气体常数 8.314 kPa L mol-1.K-1 T：热力学温度（绝对温度）,:千帕，因浓度单位为mol.L-1,【例】人体血的渗透压为709.275kPa,人体温度为37。试计算给人体输液时所用葡萄糖溶液的AW（百分浓度）是多少？(设葡萄糖溶液密度是-1；葡萄糖的分子摩尔质量M为180g.mol-1)。,解：=c(葡)RT c=/RT c(葡)=709.275/8.314(273.15+37)=0.28 mol.L-1 AW=c(葡)M/1000=(0.28180/10001.01)100%=5.0%,关键要制备一种耐高压、不易堵塞、不让电解质通过的半透膜。,水溶液的冰点降低的实验值表Kf=1.86,强电解质溶液也有依数性，但不遵守拉乌尔定律故不可用稀溶液依数性的公式进行计算,不同物质溶液依数性的比较,-1 NaCl 溶液-1 蔗糖 溶液-1 甘油 溶液-1 Na2SO4 溶液-1 HAc 溶液,请将这五种溶液按沸点由高到低顺序排列：,答案：,=,思考,本节小结：1、浓度：物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数、百分浓度、ppm浓度,2、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)=cRT b(B)RT,使用条件：1、难挥发物质2、非电解质3、稀溶液（小于1mol.L-1）,K蒸=P*M(A),1.2 胶体溶液,基本概念,1.相体系中具有相同化学性质和物理性质的均匀部分。以分子和离子状态分散,2相的特点(1)任何部分的物理性质和化学性质相同。(2)一个相并不一定是一种物质，如食盐溶液(NaCl和H2O)。,(3)单相体系 如饱和食盐水、糖水等。特点 溶质与溶剂已成一体，组分间没有界面(4)多相体系 如不溶于水的盐溶液；水与油组成的体系及 憎液溶胶等。特点 各组分的物理性质和化学性质不同，并具有明显的界面。,分散系按分散质粒子的大小（直径）分 100 nm 粗分散系（悬浊液、乳状液）,1.3.1 胶体分散系按聚集状态分：气气（空气）气液（汽水）气固（浮石）液气（云、雾）液液（牛奶）液固（肉冻）固气（烟、尘）固液（溶胶）固固（合金）,分散系的分类,溶胶是一种高度分散的、热力学不稳定的多相体系.分散质为固相(1100nm)分散剂为液相,1.3.2 溶胶的性质,1、光学性质（丁达尔效应）2、动力学性质（布朗运动）3、溶胶的电学性质（电泳）,1.3.2 溶胶的性质 1、光学性质（丁达尔效应）,光学原理：强光照到分散质粒子上，若粒子直径大于入射光 波长，则发 生反射或折射。若粒子直径与入 射光波长相近，则发生散射。散射光称为乳光。,2、动力学性质（布朗运动）,溶胶中分散质粒子直径：1 100 nm可见光波长：400 700 nm,在真溶液中，溶质颗粒太小（10-9 m）,光的散射极弱，看不到丁达尔效应。阳光从狭缝射进室内形成光柱也是丁达尔效应。,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,3、溶胶的电学性质,（）电动现象：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动现象。,电动现象分为电泳和电渗。,A：电泳,胶粒因布朗运动而具有一定的扩散作用。,电泳管中:Fe(OH)3溶胶向负极移动，说明 Fe(OH)3溶胶中分散质粒子带正电荷。As2S3向正极移动，As2S3溶胶中分散质带负电荷。,电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。,胶粒带正电荷称为正溶胶,一般金属氢氧化物的溶胶即为正溶胶。胶粒带负电荷称为负溶胶,如：土壤、硫化物、硅酸、金、银、硫等溶胶。,（）、胶体粒子带电的主要原因：,（1）电离作用,H2SiO3 SiO2H2O H+HSiO3-,（2）吸附作用,固体吸附剂优先选择吸附与它组成相关的离子。“相似相吸原理”,1.3.3 胶团结构,以AgI为例：AgNO3+KI=AgI+KNO3（过量）,胶团结构,结构图,吸附层,扩散层,AgI胶粒带负电荷，胶团结构如下：(AgI)m n I-(n-x)K+x-x K+胶团不带电,制备AgCl溶胶：AgNO3+KCl=AgCl+KNO3,当KI过量时：AgNO3+KI=AgI+KNO3（过量）,As2S3溶胶（2 H3AsO3+3H 2S（过量）=As2S3+6H2O）（As2S3）m n HS-(n-x)H+x-x H+,胶粒带电，胶团不带电（电中性）,作业15,1.3.4 溶胶的稳定性(1)动力学稳定性：布朗运动使胶粒不沉降。(2)溶剂化作用：使胶粒和反离子周围形成溶剂化膜。(3)聚集稳定性：溶胶能稳定存在的最重要的原因是胶粒之间存在静电排斥力，而阻止胶粒的聚沉，电势(电动电势P13)越大，静电排斥力越大，所以电势的数值可以衡量溶胶的稳定性，越大，表明溶胶越稳定。,1.3.5 溶胶的聚沉 定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。,1、加入电解质；（研究最多应用最广）2、加入带相反电荷的胶体；3、长时间加热。,促使胶体聚沉的方法有：,1、加入电解质聚沉的原因：加入电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所带电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。,注意：胶体的聚沉是不可逆的。,土壤中的胶体被腐殖质等大分子物质保护，有利于营养物质的迁移。人患病时，体内保护物质（如血清蛋白高分子物质）含量减少，导致结石（碳酸镁，碳酸钙等难溶盐）。,1.4 高分子溶液（P15）单相体系，无相界面，热力学稳定,作业P16 10、12、13、15,