吴英绵《基础化学电子教案03.ppt

第三章 溶液与胶体,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,,,,第三节 胶体溶液,第二节 稀溶液的依数性,第一节 溶液浓度的表示方法,学习目标,课后习题,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,学习目标：,了解分散系统的分类及主要特征；,理解稀溶液的依数性；溶胶的光学、动力学、电学性质；,掌握溶液浓度的表示方法；,能利用稀溶液的依数性解释其在生产中的应用；,学会利用渗透压计算物质的相对分子质量高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,在科学研究、工农业生产和日常生活中，溶液和胶体溶液都具有重要的意义，因为大多数化学反应都是在溶液中进行的，溶液的某些性质决定于溶质，而溶液的另一些性质则与溶质的本性无关因此，对多种类型的溶液进行讨论，了解其各自的特性，具有重要的实际意义胶体溶液的存在也很普遍，石油、冶金、制药、造纸、塑料、肥皂等工业部门，以及生物、医学、气象、地质科学领域都广泛接触到胶体分散体系的有关问题高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第一节 溶液浓度的表示方法,溶液：由两种或两种以上不同物质混合所形成的均匀、稳定的体系 溶液的形态：固态溶液（如合金）、气态溶液（如空气）和液态溶液（如白酒）。

在形成溶液时，往往把其中数量最多的一种组分称为溶剂，其他组分称为溶质其中，最常用的溶剂是水，通常不指明溶剂的溶液即是水溶液高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,,溶液浓度的表示方法,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,一、物质的量浓度 物质的量浓度定义为溶质B的物质的量除以溶液的体积V，用符号CB表示，即,物质的量浓度的SI单位为mol/L，由于立方米单位太大，物质的量浓度的单位常以mol/dm3代替，也可记作mol/L 在使用物质的量浓度时，必须指明物质B的基本单位基本单位可以是原子、分子、离子以及其他粒子或这些粒子的特定组合，可以是实际存在的，也可以是根据需要而指定的例如：,,物质的量浓度可简称为浓度其它溶液组成的表示法中，若使用浓度两字时，前面应用特定的定语，如质量浓度、质量摩尔浓度等高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,二、质量摩尔浓度 物质B的质量摩尔浓度定义为溶质B的物质的量 除以溶剂A的质量（单位为kg），用符号 表示，即,质量摩尔浓度的SI单位是mol/kg，使用时应注明基本单位高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,三、摩尔分数 摩尔分数定义为物质B的物质的量nB除以混合物的物质的量 ，用符号xB表示，即,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,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,对于溶液而言，溶质B和溶剂A的质量分数分别为：,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第二节 稀溶液的依数性,溶液的某些性质如溶液的颜色、体积、导电性、酸、碱性等与溶质的本性有关，溶质不同，则性质各异；而溶液的另一类性质如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低以及溶液的渗透压等与溶质的本性无关，仅决定于溶液中所含溶质微粒数的多少，由于这类性质的变化规律只适用于稀溶液，所以统称为稀溶液的依数性。

一、蒸气压下降 蒸发：在一定温度下，将纯的液体如水放入一密闭容器中，一部分动能较高的水分子将克服水分子间的引力从液面逸出，成为蒸气分子的过程 凝结：气相中的水蒸汽分子也会接触到水面并被吸引到液相中的过程高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,当液体的蒸发速率与蒸气凝结的速率相等时，气液两相处于动态平衡，此时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压，用符号p表示单位是Pa或kPa不同温度下水的蒸气压,在一定温度下，纯溶剂的蒸气压(p+)为一定值将难挥发的溶质（B）溶入溶剂(A)形成稀溶液后，稀溶液的蒸气压要比纯溶剂的蒸气压低这是由于溶剂的部分表面被溶质分子占据，影响了溶剂分子的逸出，从而在单位时间内逸出液面的溶剂分子数比纯溶剂减少，当达到平衡时，溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,1887年法国化学家拉乌尔根据大量实验结果，得出了稀溶液中溶剂A的蒸气压pA与溶液中A的摩尔分数xA间的关系为,上式说明：稀溶液中溶剂的蒸气压等于同温度下纯溶剂的饱和蒸气压p+与溶液中溶剂的摩尔分数xA的乘积，这就是拉乌尔定律 若溶液中只有溶剂A和溶质B两个组分，则xBb=1-xA，故拉乌尔定律也可写成,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,式中，k为比例常数，说明蒸气压下降只与一定量溶剂中所含溶质的微粒数有关，而与溶质的本性无关。

应当指出：若溶质不挥发，pA即为溶液的蒸气压；若溶质挥发，pA则为溶剂A在气相中的分压 溶液的蒸气压下降原理具有实际意义如CaCl2、P2O5以及浓H2SO4等可用作干燥剂的原因就是由于这些物质表面吸收水蒸气后形成了溶液，其蒸气压比空气中水蒸气压要低因此，将陆续吸收水蒸气，直至由于溶液变稀，蒸气压回升与空气的水蒸气相等，从而建立起液-气平衡为止高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,二、溶液的沸点升高 液体的沸点是液体的蒸气压等于外压时的温度，用Tb表示当外压为101.325克Pa时的沸点称为液体的正常沸点通常情况下，没有注明压力条件的沸点都是正常沸点水的正常沸点是373.15K 实验证明，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这一现象称为溶液的沸点升高溶液沸点升高的原因是难挥发性溶质溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压如下图，横坐标表示温度，纵坐标表示蒸气压aa’表示纯溶剂水的蒸气压曲线，bb’表示稀溶液的蒸气压曲线，bb’处于aa’的下方，说明溶液中水的蒸气压低于同温度下的纯溶剂水的蒸气压在纯水的沸点373K(Tb*)处，溶液的蒸 气压小于外界的大气压，当温度升高至Tb时 (b/点)，溶液的蒸气压才与外界大气压相等 而沸腾，溶液的沸点上升 。

高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度的关系为,式中Kb为沸点升高常数，它只与溶剂的本性有关bB为溶质的质量摩尔浓度 从式(3-8)可以看出，溶液的沸点升高只与溶质的质量摩尔浓度有关，而与溶质的本性无关常见溶剂的沸点Tb及Kb和凝固点Tf及Kf,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,三、凝固点降低 物质的凝固点是指一定外压下(一般是101.325kPa)物质的液相和固相具有相同蒸气压，可以平衡共存时的温度，用符号Tf表示水的凝固点又称为冰点如图中ac为冰的蒸气压曲线，可见，水的蒸气压等于冰的蒸气压时的温度是273.15K，此时水和冰处于平衡状态，所以水的凝固点Tf+为273.15K当纯水中加入难挥发的非电解质时，由于溶液的蒸气压下降，在273.15K时，溶液的蒸气压低于冰的蒸气压，溶液和冰不能共存，欲使溶液和冰处于平衡状态，必须降低温度此时的温度为溶液的凝固点显然，溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点溶剂的凝固点与溶液的凝固点之差（Tf+-Tf）就是该溶液的凝固点降低△Tf，且凝固点降低值与溶质的质量摩尔浓度成正比，其数学表达式为下式：,式中Kf为溶剂凝固点降低常数，这只与溶剂本性有关，几种溶剂的凝固点Tf及Kf值列于上表中。

高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,四、渗透压 渗透是溶液的重要性质之一，一般是通过“膜”进行的，这种人造的或天然膜对物质的透过具有选择性，它允许溶剂分子自由通过，而溶质分子则不能，因此也称为半透膜若将蔗糖溶液和纯水用半透膜隔开，使膜一侧溶液的液面和膜另一侧的水面相平，如下图（a），不久便可见因纯水透过半透膜进入溶液而使溶液的液面上升，见下图(b)，这种由溶剂分子透过半透膜自动扩散的过程称为渗透高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,,产生渗透现象必须具备两个条件：,,一是要有半透膜存在；,二是要膜两侧单位体积内溶剂分子数不等，即存在浓度差如上图(c)所示，若要使溶液的液面与纯溶剂相平，必须在溶液液面的上方增加一定压力，把这种为维持只允许溶剂分子通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力称为渗透压渗透压用符号∏表示，单位为Pa或kPa如果被半透膜隔开的是两种不同浓度的溶液，则稀、浓溶液之间同样也能产生渗透压高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,,1886年，荷兰物理学家范特霍夫(Van/t Hoff)在大量实验的基础上，总结出渗透压与溶液浓度和温度的关系，即,式中：∏是渗透压，V是溶液的体积，n是溶质的物质的量，CB是物质的量浓度(mol/L)。

从式(3-10b)可以看出，稀溶液的渗透压的大小仅与单位体积溶液中溶质微粒数的多少有关，而与溶质的本性无关，因此，渗透压也是溶液的依数性 若选用一种高强度且耐高压的半透膜把纯溶剂和溶液隔开，此时如在溶液上施加的外压大于渗透压，则溶液中将有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧这种使渗透作用逆向进行的过程称为反向渗透反向渗透常用于从海水中快速提取淡水，还可用于环境保护，除去废水中的有毒有害物质生物有机体的细胞膜大多具有半透膜的性质，因此渗透压是引起生物体中传递水分的主要动力人体中血液的渗透压约为0.78MPa，植物细胞的渗透压可高达2Mpa(所以水可由植物根部送到数十米高的树枝顶端)人吃了过多的盐或排汗过多均有口渴的感觉，这说明细胞组织的渗透压升高，饮水则可使其恢复正常 膜技术已发展成为膜科学，膜的制备及应用研究无论从应用角度还是从理论角度，都具有非常广阔的前景 利用稀溶液的依数性，可以测定溶质的相对分子质量对于小分子化合物，通常采用溶液的沸点升高和凝固点降低来测定，而对于大分子化合物，则采用溶液的渗透压来测定溶质的相对分子质量高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第三节 胶体溶液,一、分散系统的分类及其主要特征 分散系统：把一种或几种物质分散在另一种物质中构成的系统。

按分散相粒子大小的分类,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,胶体分散系统可以按分散相与分散介质聚体状态的不同来分类，并常以分散介质的相态命名，见下表胶体分散系统按聚集状态分类,高度分散的多相性和热力学不稳定性既是胶体系统的主要特征，又是产生其它现象的依据在我们研究胶体系统的性质、形成、稳定与破坏时，就应从这些特点出发高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,二、表面现象 表面现象：在任何两相界面上产生的物理化学现象的总称1.表面张力,界面：在多相系统中，任意两相间的接触面 表面：物质与真空、与本身的饱和蒸气或与其蒸气饱和了的空气相接触的面 液体内部每个分子所受周围分子引力合力为零，而液体表面层分子受液体内部分子引力较大，而受液面上气体分子的引力较小，因而存在一个指向液体内部的合力，使液体表面有自发向内收缩的趋势在与液面相切的方向上，垂直作用于单位长度线段上的紧缩力，称为表面张力，用 表示如果把液体内部分子移到表面层就要克服向内的合力而做功，这种功称为表面功 一定浓度和压力下，多相系统表面张力越大，系统越不稳定，有自发降低表面张力的趋势可通过两种途径，一是缩小物体的表面积，二是自发吸附周围介质中能降低其表面张力的其他物质粒子填入表面层，使表面粒子的浓度大于液体内部粒子的浓度，以降低表面张力。

高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,,,2.表面活性剂,表面活性物质：凡能使溶液的表面张力降低的物质 但习惯上，把那些只溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质，才称为表面活性物质或表面活性剂表面活性剂按化学结构分类，一般分为离子型和非离子型两大类 离子型表面活性剂：凡在水溶液中能离解为大小不等、电荷相反两种离子的表面活性剂 离子型表面活性剂又可按其在水溶液中具有表面活性作用离子的带电符号，分为阳离子型和阴离子型表面活性剂高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,三、溶胶的性质,,溶胶是胶体分散系的典型代表溶胶的胶粒是由大量分子。