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1、1 第一章第一章 物质的聚集状态物质的聚集状态2345化学是如何认识物质的化学是如何认识物质的？6指定系统：指定系统：反应系统反应系统聚集状态角度：聚集状态角度：相相物质组成：物质组成：化学式，化学式，物质的量物质的量化学变化：化学变化：反应进度反应进度7有物质和能量交换开放系统只有能量交换封闭系统无物质和能量交换隔离系统 系统和环境是一个整体的两个部分，根据它们之间有无质量（习惯上说有无物质，因原子及结合态物质有静质量）交换和能量传递，可将系统分为下述三类： 8 相相：系统中任何化学组成均匀，物理和化学性质都相同的，且可用机械方法分离出来的部分。相与相之间存在明显的界面。 9aA + bB
2、yY + zZB0BB(1) 质量守恒(2) 能量变化10nB 为物质 B 的物质的量。BBB1Bvdndnd定义：一般定义为：BBB)0()(nn反应进度为 1 mol 简称摩尔反应。 根据反应进度的定义，它只与化学反应的方程式有关，而与选择反应系统中何种物质来表述无关。例如合成氨反应：11反应前物质的量 n1/mol 10 30 0反应某时刻物质的量 n2/mol 8 24 4则反应进度为：mol 2) 1(mol )108()N()N()N(22122nn或mol 2)3(mol )3024()H()H()H(22122nnmol 22mol )04()NH()NH()NH(33132n
3、n322NH)g(H23)g(N21mol 4N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)12 1.1 1.1 分散系分散系分散系分散系（disperse system）:颗粒大小不等颗粒大小不等,形状不同形状不同的物体分散在均匀介质中所形成的体系的物体分散在均匀介质中所形成的体系.分散质分散质（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间被分散的物质，粒子间有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质;分散介质分散介质（dispersion medium）:容纳分散质的均匀容纳分散质的均匀介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂介质，或称连续相，相当于
4、溶液中的溶剂.13按聚集状态分类的各种分散系按聚集状态分类的各种分散系14气凝胶是一种世界上最轻的固体，可以经受住1公斤炸药的爆炸威力，让你远离1300摄氏度以上喷灯的高温。从下一代网球球拍到执行火星探险任务的宇航员所穿的超级隔热太空服，科学家们正在努力探索这种物质的新用途。 15气凝胶具有超强的隔热效果 它由一位美国化学家于1931年在打赌时发明出来，但早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以主要在实验室里使用。直到10年前美国宇航局开始对这种物质感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这种材料终于走出了实验室。 16星尘号探测器携带的气凝胶所捕捉到的彗星尘埃 尽管气凝胶属于一种固体，但这种物质99%是由
5、气体构成，这使得它外观看起来像云一样。研究人员认为，一些形式的由铂金制成的气凝胶能用于加速氢的产生。这样的话，气凝胶就能用来生产以氢为基础的燃料。 17引言引言 溶液溶液(或或真溶液真溶液): 分散质粒子直径分散质粒子直径小于小于1nm, 均相系均相系统统, 透明透明, 不能发生光的散射不能发生光的散射, 扩散速度快扩散速度快, 为热力学为热力学稳定状态稳定状态. 胶 体 分 散 系 统胶 体 分 散 系 统 : 分 散 质 在 某 方 向 上 的 直 径 在分 散 质 在 某 方 向 上 的 直 径 在1100nm之间之间,可透明或不透明可透明或不透明, 均可发生光散射均可发生光散射, 胶胶
6、体粒子扩散速率慢体粒子扩散速率慢, 不能透过半透膜不能透过半透膜, 有较高的渗透有较高的渗透压压. 粗分散系统粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径分散相粒子在某方向上的直径大于大于100nm,如悬浮液如悬浮液, 乳状液乳状液, 泡沫泡沫, 粉尘等粉尘等. 与胶体有许与胶体有许多共同特性多共同特性. 按分散质粒子大小分类的各种分散系1819 p为气体的压力，SI单位为Pa； V为气体的体积，SI单位为为m3； n为物质的量，SI单位为mol； T为气体的热力学温度，SI单位为K； R为气体常数，8.314J.mol-1.K-1pVnRT20例例1-1 某氢气钢瓶容积为50.0 L, 25.0
7、 时，压力为500k Pa，计算钢瓶中氢气的质量。解：根据理想气体方程式 mol 1 .10298.15KKmolm8.314Pam100 .50Pa5000001 -1 -33-3RTpVnmol 1 .10298.15KKmolm8.314Pam100 .50Pa5000001 -1 -33-3RTpVnmol 1 .10298.15KKmolm8.314Pam100 .50Pa5000001 -1 -33-3RTpVn钢瓶中氢气的质量为：10.1 mol-12.01 gmol-1 =20.3 g21 1.2.2.1.2.2. 分压定律分压定律分压:在相同温度时，某组分气体单独占有混合气体
8、 总体积时的压力。道尔顿（Dalton）分压定律： 或推论： ,两式相除,可得, 或 表明混合气体组分B的分压等于组分B的摩尔分数与混合气体总压之乘积。nPPPP.21BPPVRTnpBBVRTnpBBVRTnp nnppBBpnnpBB22 分体积定律分体积定律在同温同压的条件下，气态物质的量与它的体积成正比，因此混合气体中组分气体B的体积分数等于物质B的摩尔分数，即 所以, 例例1-2 冬季草原上的空气主要含氮气(N2)、氧气（O2）和氩气（Ar）。在压力为9.7104 Pa及温度为-22 时，的一份空气试样经测定其中氮气、氧气和氩气的体积分数依次为0.780、0.21、0.010。计算收
9、集试样时各气体的分压。 解： p(N2) = 0.78 p = 0.789.7104 Pa = 7.6104 Pa p(O2) = 0.21 p = 0.219.7104 Pa =2.0104 Pa p(Ar) = 0.01 p = 0.019.7104 Pa =0.97104 PannVVBBpVVpBB2324251.3 1.3 溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法名称数学表达式单位 物质的量浓度 molL-1质量分数量纲为1 质量摩尔浓度molkg-1物质的量分数量纲为1 ( )( )n Bc BV( )Bmw Bm( )( )n Bm Bm()()n Bx Bn26VncBB27使用物
10、质的量单位使用物质的量单位molmol时，要指明物时，要指明物 质的基本单元。质的基本单元。28ABBmnb 291.1.3.3 3.3 摩尔分数摩尔分数nnBBB30两组分的溶液系统两组分的溶液系统 ：BABBnnnBAAAnnn1BA1i311.1.3.4 3.4 质量分数质量分数mmwBB32例1-3030. 05.0)mol(0.17mol17. 0)(H(NaCl)NaCl)(NaCl)(2Onnnmol0 . 5mol18.0gg90O)H(O)H(O)(Hmol17. 0molg58g10NaCl)(NaCl)(NaCl)(1 -2221 -MmnMmnB97. 05.0)mol
11、(0.17mol0 . 5)(H(NaCl)O)H(O)H(222Onnn331.1.3.5 3.5 几种溶液浓度之间的关系几种溶液浓度之间的关系BBBBBBBBBB/MwmMmmMmVMmVnc34mnmnVncBBBB/35 BABBBbmnmncBBbc 若该系统是一个两组分系统，且B组分的含量较少，则溶液的质量m 近似等于溶剂的质量 mA，上式可近似成为：若该溶液是稀的水溶液，则：361.1.4 4 稀溶液的通性稀溶液的通性 371、蒸气压下降（The lowering of the vapor pressure)2、沸点上升 (The elevation of the boiling
12、 point)3、凝固点降低 (The depression of the freezing point)4、渗透压 (The phenomenon of osmotic pressure) 难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性共同性和规律性规律性。该类性质称为稀溶液的通性通性，或称为依数性依数性。包括四个方面：381.1.4.1 4.1 溶液蒸气压的下降溶液蒸气压的下降饱和蒸气压饱和蒸气压 温度升高，蒸气压增大蒸气压温度曲线39 固体也有饱和蒸气压。如干冰、萘、碘等固体，蒸气压很大，可直接由固体变成气体（升华）。 饱和蒸气压与物质的种类有关。有些物质的蒸气压很大，如乙醚
13、、汽油等，有些物质的蒸气压很小，如甘油、硫酸等。 蒸气压的大小，与液体分子间的吸引力有关，吸引力越大，蒸气压越小。 极性分子的吸引力强，蒸气压小。非极性分子的吸引力小，蒸气压大。 分子量越大，分子间的作用力越强，蒸气压越小。 40溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压: : 指的是溶液中，作为溶剂的那种物质，所具有的饱和蒸气压（分压力）。 溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 同一温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压要小，它们之间的差值，叫“溶液的蒸气压下降”。41溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的部分位置，被溶质分子所占据，使得单位表
14、面所能逸出的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有所降底。4243结论结论 :在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成气压的下降值与溶质的摩尔分数成 正比。正比。拉拉乌尔定律乌尔定律 441.4.2 溶液沸点的升高和疑固点下降溶液沸点的升高和疑固点下降沸点沸点： 液体蒸气压与外界压力相等时的温度。难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为：Tb = Tb T0 = kbbB kb称为溶剂的摩尔沸点上升常数，单位为Kkgmol-1。 pT溶剂溶液101.325kPaT0Tbp酒石酸酒石酸SO42醋酸醋酸ClNO
15、3ClO2I.(阳阳) Li+K+Na+NH4+Mg2+这种顺序与离子的水化顺序极为一致这种顺序与离子的水化顺序极为一致.盐析作用盐析作用83高分子化合物对溶胶的保护作用高分子化合物对溶胶的保护作用 高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图高分子化合物对溶胶聚沉和保护作用示意图(a)聚沉作用聚沉作用(b)保护作用保护作用若在溶胶中加入较多的高分子化合物若在溶胶中加入较多的高分子化合物, 许多个高分子化合许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上, 或者是许多个高或者是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围分子线团环绕在胶体粒子周围, 形成水化外壳形成
16、水化外壳, 将分散相粒子将分散相粒子完全包围起来完全包围起来, 对溶胶则起保护作用对溶胶则起保护作用.84*高分子化合物对溶胶的聚沉作用高分子化合物对溶胶的聚沉作用 高分子化合物可使溶胶聚沉高分子化合物可使溶胶聚沉. 好的聚沉剂应是好的聚沉剂应是相对分子量相对分子量很大的线型聚合物很大的线型聚合物, 如聚丙烯酰胺及其衍生物如聚丙烯酰胺及其衍生物, 其相对分子量其相对分子量可高达几百万可高达几百万. 搭桥效应搭桥效应: 一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个分散相微粒上分散相微粒上, 通过通过“搭桥搭桥”把胶粒联结在一起把胶粒联结在一起, 引起聚沉引
17、起聚沉.脱水效应脱水效应: 高聚物分子由于亲水作用强高聚物分子由于亲水作用强, 其溶解与水化作用使其溶解与水化作用使胶粒脱水胶粒脱水, 失去水化外壳而聚沉失去水化外壳而聚沉.电中和效应电中和效应: 离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶粒的表面电荷粒的表面电荷, 使粒子间的斥力势能降低使粒子间的斥力势能降低, 而使溶胶聚沉而使溶胶聚沉.85 乳浊液乳浊液: 由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系由两种不互溶或部分互溶的液体所形成的粗分散系统统. 如牛奶如牛奶, 含水石油含水石油, 炼油厂的废水炼油厂的废水, 乳化农药等乳化农药等.乳化作用乳化作用
18、: 油水互不相溶油水互不相溶, 只有加入乳化剂才能得到比较稳定只有加入乳化剂才能得到比较稳定的乳状液的乳状液, 乳化剂的这种作用称为乳化作用乳化剂的这种作用称为乳化作用. 常用的乳化剂常用的乳化剂多为表面活性剂多为表面活性剂, 某些固体也能起乳化作用某些固体也能起乳化作用.乳状液的类型乳状液的类型:水包油型水包油型 微小油滴微小油滴分散在水中分散在水中, 符号符号O/W如牛奶、豆浆、农药乳化剂等如牛奶、豆浆、农药乳化剂等油包水型油包水型, 微小水滴分散在油中微小水滴分散在油中, 符号符号W/O， 1.6.2 乳浊液乳浊液86表面活性剂性质表面活性剂性质： 当它被加入到某一物质中后，当它被加入到
19、某一物质中后， 能够显著降低能够显著降低其表面张力，从而使一些极性相差较大的物质也其表面张力，从而使一些极性相差较大的物质也能相互均匀分散、稳定存在。能相互均匀分散、稳定存在。表面活性剂的分子结构表面活性剂的分子结构 ： 由极性基团由极性基团(亲水亲水)（通常是一（通常是一OH、一一COOH、一一NH2，=NH、一一NH3+等基团构成）和等基团构成）和非极性基团非极性基团(疏水疏水)（主要是由碳氢组成的长链或（主要是由碳氢组成的长链或芳香基团所构成）两大部分构成。芳香基团所构成）两大部分构成。87 表面活性剂的结构特点表面活性剂具有两类性质完全不同的基团：亲水基团和亲油基团（疏水基团）。水相油
20、相 表面活性剂在两相界面作定向排列。使得两相之间的表面张力大大降低。88 亲水性乳化剂适合制备OW型乳浊液，亲水性乳化剂的亲水基团结合能力比亲油基团的结合能力来得大，乳化剂分子的大部分分布在油滴表面。它在油滴表面形成一较厚的保护膜，防止油滴之间相互碰撞而聚结。亲水乳化剂亲水乳化剂89同理在制备水油型乳浊液时，最好选用亲油性乳化剂。n 不同类型乳浊液的区分：加水稀释后，乳浊液不出现分层，说明水是一种分散剂，则为O/W型乳浊液；加水稀释后，乳浊液出现分层，则为W/O型乳浊液。亲油型乳化剂亲油型乳化剂90乳浊液的去乳化乳浊液的去乳化去乳化作用去乳化作用: 使乳状液破坏的过程使乳状液破坏的过程.分散相
21、凝聚成更大的液分散相凝聚成更大的液 滴滴, 在重力场作用下自动分层在重力场作用下自动分层.破乳方法破乳方法: 用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂用不能形成牢固膜的表面活性物质代替原来的乳化剂; 加入某些能与乳化剂发生化学反应的物质加入某些能与乳化剂发生化学反应的物质, 消除乳化剂消除乳化剂的保护作用的保护作用. 加入类型相反的乳化剂也可达到破乳的目的加入类型相反的乳化剂也可达到破乳的目的 加热加热, 加入高价电解质加入高价电解质, 加强搅拌加强搅拌, 离心分离离心分离, 以及电泳以及电泳法等皆可加速分散相的聚结法等皆可加速分散相的聚结, 达到破乳的目的达到破乳的目的.91是非题是非题9293n用反渗透法处理下述浓度的用反渗透法处理下述浓度的n (A) 0. 1 molL1 (B) 0. 2 molL1 (C) 0. 3 molL1 的的 NH4Cl 的废水，需用的压力大的废水，需用的压力大小。小。