第一章气体和溶液.ppt

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1、第一章气体和溶液现在学习的是第1页，共52页第一章 气体和溶液 o 1.1 气气 体体o 1.2 溶溶 液液o 1.3 胶胶 体体 溶溶 液液现在学习的是第2页，共52页1.1 气气 体体o 1.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式o 1.1.2 道尔顿分压定律道尔顿分压定律现在学习的是第3页，共52页1.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式o 理想气体：忽略分子的大小和分子间的相互作用力理想气体：忽略分子的大小和分子间的相互作用力o 理想气体状态方程：理想气体状态方程：pV=nRTo R：摩尔气体常数，：摩尔气体常数，8.315 Pa m3 mol-1 K-1；o kPa L

2、 mol-1 K-1；J mol-1 K-1o 实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温实际气体处于低压（低于数百千帕）、高温（高于（高于273K）的情况下，可以近似地看成理想）的情况下，可以近似地看成理想气体。气体。现在学习的是第4页，共52页o 气体状态方程式的另一些形式：气体状态方程式的另一些形式：RTpMRTMmpVo m 质量质量(kg)；M 摩尔质量摩尔质量(kg mol-1)o 密度（密度（kg m-3）现在学习的是第5页，共52页 例例1-1(p.2)：一学生在实验室中，在一学生在实验室中，在73.3kPa和和25下收集得下收集得250mL某某气体，在分析天平上称量，得气体净质量

3、为气体，在分析天平上称量，得气体净质量为0.118g，求气体的相对分，求气体的相对分子质量。子质量。o 解：解：113330.16100.16102503.73)27325(315.810118.0molgMmolkgpVmRTMRTMmpV该气体的相对分子质量为该气体的相对分子质量为16.0P,T,V与R的单位要 统一现在学习的是第6页，共52页o 例：例：在在1000和和97kPa压力下，硫蒸气的密度是压力下，硫蒸气的密度是0.5977g L-1。试求。试求：（：（1）硫蒸气的摩尔质量，（）硫蒸气的摩尔质量，（2）硫蒸气的化学式。）硫蒸气的化学式。o 解解:(1)RTpM113333mol

4、2g.65molkg102.651097)1000273(315.810105977.0pRTM03.232.072.65)2(硫蒸气的化学式为硫蒸气的化学式为S2P,T,与R的单位要 统一现在学习的是第7页，共52页1.1.2 道尔顿分压定律道尔顿分压定律o1800年，道尔顿（道尔顿（Dalton J）加热相同体积的不同气体，发现：1）温度升高所引起的气体压强变化值与气体种类无关，2）当温度变化相同时，气体压强变化也是相同的。o 1801年，他将水蒸汽加入干燥空气中，发现混合气体中某组分的分分压力压力与其他组分压强无关，且总压强等于两者两者压强和。o这就是道尔顿分压定律（这就是道尔顿分压定律

5、（Dalton law of partial pressure）：混合气体的总压力等于各组分气体的混合气体的总压力等于各组分气体的 分压力之和。分压力之和。现在学习的是第8页，共52页o分压力：分压力：在同一温度下，某组分气体单独占有混合气体的在同一温度下，某组分气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力。容积时所产生的压力。o 由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的作用力由于在通常条件下，气体分子间的距离大，分子间的作用力很小，所以气体具有两大特征，即很小，所以气体具有两大特征，即扩散性和可压缩性，扩散性和可压缩性，任何任何气体都可以均匀充满它所占据的容器。气体都可以均匀充满它所占据的

6、容器。o 如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。器中，各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。现在学习的是第9页，共52页o道尔顿分压定律道尔顿分压定律 的公式表达：p=p1+p2+=o 对于混合气体中的每一个组分有：对于混合气体中的每一个组分有：则由道尔顿分压定律可知：则由道尔顿分压定律可知：iipo 式中式中：n为混合气体的总量。可见理想气体状态为混合气体的总量。可见理想气体状态方程不仅适用于某一纯净气体，也适用于混合气方程不仅适用于某一纯净气体，也适用于混合气体。体。iinpRTV=iiRTR

7、TppnnVV现在学习的是第10页，共52页o (1)pi V=ni RT o (2)p V=n RTo 两式相除得：两式相除得：iiixnnppo xi：i 组分气体的摩尔分数摩尔分数o 则：则：pi=xi p o 即：混合气体中某组分气体的分压力等于该组分即：混合气体中某组分气体的分压力等于该组分的摩尔分数与混合气体总压力的乘积。的摩尔分数与混合气体总压力的乘积。12.1ixxx显然显然现在学习的是第11页，共52页o 例例1-2（p.3)：在在17，99.3kPa的气压下，用排水集的气压下，用排水集气法收集氮气气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后。求在标准状况下该气体经干

8、燥后的体积。的体积。o 解：解：在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压力在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压力和气体压力之和。和气体压力之和。o 查表查表1-1，17 时饱和水蒸气压力为时饱和水蒸气压力为1.93kPa22211124.97)93.13.99()(TVpTVpkPakPaNPmLTpTVpV136)27317(3.1012731504.97122112现在学习的是第12页，共52页o 例例1-3（p.4)：在在25 下，将下，将0.100mol的的O2和和 0.350molH2装入装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过

9、量的氢气。求反应前后气体的总压和各组生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。分的分压。o 解：解：反应前反应前:kPapkPaVRTnHpkPaVRTnOpHO3722896.8228900.3298315.8350.0)(6.8200.3298315.8100.0)(2222现在学习的是第13页，共52页o 2H2（g）+O2 (g)=2H2O(l)o 通电时通电时0.100mol O2只与只与0.200mol H2反应生成反应生成0.200mol H2O。液态水所占体积与容器体积相比可。液态水所占体积与容器体积相比可忽略不计，但因此产生的饱和水蒸气却必须考虑。忽略不计，

10、但因此产生的饱和水蒸气却必须考虑。因此，反应后：因此，反应后：kPapkPaOHpkPaHp17.12717.31241117.3)(12400.3298315.8150.0)(22查得）（由表现在学习的是第14页，共52页o 例：例：25时，初始压力相同的时，初始压力相同的5.0L氮和氮和15.0L氧压缩到氧压缩到体积为体积为10.0L的真空容器中，混合气体总压力是的真空容器中，混合气体总压力是150kPa，试求（试求（1）两种气体的初始压力，（）两种气体的初始压力，（2）混合气体中氮和氧）混合气体中氮和氧的分压，（的分压，（3）如果把温度升到）如果把温度升到210 ，容器的总压力。，容器的

11、总压力。o 解：解：605mol.025)273(315.80.10150RTpVn)1(总310.150.5nnVV2222ONON混合前：现在学习的是第15页，共52页75kPa5.0298315.8151.0VRTnp222NNN混合前：0.454moln43n0.151moln41n22ON总总所以：11222211150102075p Vp Vp VpVkPa现在学习的是第16页，共52页o(3)243kPa0.10483315.8605.0VTnRp483K273210T112.5kPa15043p43p37.5kPa15041p41p 41nnpp)2(2222ONNN总总总总混

12、合气体中：现在学习的是第17页，共52页 1.2 溶液溶液o 基本概念基本概念o 体系体系所要研究的对象。所要研究的对象。o 环境环境体系周围与体系有密切关系的部分。体系周围与体系有密切关系的部分。o 相相 体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀体系中化学性质与物理性质完全相同的任何均匀部分。部分。o 1.2.1分散体系分散体系o 分散体系分散体系一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。体系。o 分散质（相）分散质（相）被分散的物质。被分散的物质。o分散剂（介质）分散剂（介质）容纳分散质的物质容纳分散质的物质现在学习的是第18页，共52页 分散

13、质分散介质（分散剂）现在学习的是第19页，共52页 分散体系的分类（按分散质颗粒大小分类）分散体系的分类（按分散质颗粒大小分类）o（1）分子离子分散系：分子离子分散系：d 1 nmo 性质：粒子扩散速度快、能透过滤纸及半透膜，普通性质：粒子扩散速度快、能透过滤纸及半透膜，普通显微镜及超显微镜都不能看见。显微镜及超显微镜都不能看见。o 举例：举例：蔗糖水、食盐蔗糖水、食盐o（2）胶体分散体系：）胶体分散体系：1 nm d 100nmo 性质：粒子不扩散，不能透过滤纸及半透膜性质：粒子不扩散，不能透过滤纸及半透膜，一般显微镜下能看见。一般显微镜下能看见。o 举例：悬浊液、乳浊液。举例：悬浊液、乳浊

14、液。现在学习的是第21页，共52页 1.2.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性(通性通性)o定义：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关的性质称定义：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。为溶液的依数性，又叫溶液的通性。o依数性是指：依数性是指：o 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降；溶液的沸点上升溶液的沸点上升.o 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降；溶液具有渗透压溶液具有渗透压.现在学习的是第22页，共52页 1 1 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 纯水的蒸气压示意图纯水的蒸气压示意图蒸发蒸发 H2O(l)H2O(g)凝聚凝聚 气液两相平衡气液两相平衡

15、现在学习的是第23页，共52页 o 饱和蒸气压饱和蒸气压o 在一定的温度下，当蒸发的速度等于在一定的温度下，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。用符号蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示。表示。o 蒸气压下降蒸气压下降o 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，达平衡时，p溶液溶液总是小于同总是小于同 T 下的下的p纯溶剂纯溶剂，即溶液的蒸气压下降。即溶液的蒸气压下降。现在学习的是第24页，共52页 现在学习的

16、是第25页，共52页 蒸汽压下降的原因蒸汽压下降的原因 纯溶剂纯溶剂 正正常常 溶液溶液 少少 单位时间内逸出液面单位时间内逸出液面的溶剂分子数目减少。的溶剂分子数目减少。现在学习的是第26页，共52页 拉乌尔（拉乌尔（Raoult）定律）定律 在一定的温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气在一定的温度下，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压，等于纯溶剂的蒸气压乘该溶剂在溶液中的摩尔分数。数。p：溶液的蒸气压：溶液的蒸气压 ：纯溶剂的蒸气压：纯溶剂的蒸气压 xA：溶质在溶液中的摩尔分数：溶质在溶液中的摩尔分数 B1BBABAppxxxppx 只适用于只适用

17、于稀溶液稀溶液Bp现在学习的是第27页，共52页 o 因为 xAxB 1 ,xA:溶质的摩尔分数，xB:溶剂的摩尔分数。o在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩在一定温度下，溶剂为水时，稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔质量浓度尔质量浓度b成正比。成正比。o A155.6BABBBnbpp xppK bnmolkg(1)=BABBABBAppxppxppppx 则AAABA=,:ABBnnxnnnnn其中溶质的物质的量，溶剂的物质的量现在学习的是第28页，共52页溶液的沸点上升溶液的沸点上升o 实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于

18、纯溶剂的沸点。o原因：原因：溶液的蒸气压下降。溶液的蒸气压下降。o TbKb bo Kb 为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。为沸点上升常数，与溶剂的本性有关。o 解释解释:家里的骨头汤要它沸腾，温度要高于100摄氏度o注：注：b是是溶质的摩尔质量浓度（溶质的摩尔质量浓度（mol/kg）;o 溶质物质的量溶质物质的量/溶剂的质量。溶剂的质量。现在学习的是第29页，共52页 Tb*T b 溶溶剂剂 溶溶液液pTb B101.325101.325 AB 溶液的沸点上升示意图溶液的沸点上升示意图P/kPat/现在学习的是第30页，共52页 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降 凝固点：在一定的外压下，溶液

19、与纯溶剂固体具凝固点：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）。两相平衡时的温度）。注：溶液的凝固点注：溶液的凝固点Tf总是低于纯溶剂的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点 。凝固点下降：凝固点下降：Kf 为凝固点下降常数。为凝固点下降常数。解释解释:海水不易结冰。海水不易结冰。fffTTT0ffTKbTf现在学习的是第31页，共52页 B溶液溶液 纯水纯水A A B C Tf p Tf Tf*(273K)T T凝固点下降凝固点下降原因：原因：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降p/kPa溶液的

20、凝固点下降示意图溶液的凝固点下降示意图t/现在学习的是第32页，共52页 几种溶剂的几种溶剂的Kb和和Kf值（值（Kkgmol-1）29.8250.25.03349.7四氯化碳四氯化碳CCl43.90289.63.07390.9乙酸乙酸CH3COOH5.12278.52.53353.15 苯苯1.86273.150.512373.15水水（H2O）KfTfKb沸点沸点/K溶剂溶剂现在学习的是第33页，共52页 溶液的渗透压 扩散方向：纯水扩散方向：纯水 糖糖水水 半透膜半透膜液面上升液面上升 液面下降液面下降纯水纯水糖水糖水 现在学习的是第34页，共52页 渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散

21、渗透：溶剂分子通过半透膜自动单向扩散的过程称为渗透。当的过程称为渗透。当v纯水纯水=v糖水糖水渗透停止。渗透停止。糖水溶液增高的这部分水的静压力就是糖水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。溶液的渗透压。渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透渗透压：在一定的温度下，恰能阻止渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透发生所需施加的外压力，称为该溶液的渗透压。用符号压。用符号表示。表示。现在学习的是第35页，共52页 计算公式：计算公式：V=nBRT =cBRT bBRT （溶液很稀时，（溶液很稀时，cB bB）nB溶质的物质的量，溶质的物质的量，cB 溶质的物质的量浓度溶质的物质的量

22、浓度 R：气体常数：气体常数 8.314 kPaLmol-1K-1 T：热力学温度（绝对温度）：热力学温度（绝对温度）现在学习的是第36页，共52页 稀溶液依数性的应用稀溶液依数性的应用 分子量的测定分子量的测定bbffTKbTKb现在学习的是第37页，共52页 例题例题 取取0.817g苯丙氨酸，溶于苯丙氨酸，溶于50.0g水中，测水中，测得凝固点为得凝固点为-0.184，求苯丙氨酸的摩尔质，求苯丙氨酸的摩尔质量。量。解：解：Tf=0.184K=Kfb 0.184K=1.86(0.817/M)/(510-2)kg M=165g/mol现在学习的是第38页，共52页 1.3 胶体溶液胶体溶液o

23、 1.3.1、溶胶简介：溶胶简介：o（1）分散系的分类）分散系的分类o分子离子分散系：分子离子分散系：d 1 nm 蔗糖水、食盐蔗糖水、食盐 o胶体分散体系：胶体分散体系：1 nm d 100nm 悬浊液、乳浊液悬浊液、乳浊液 o（2）基本特征：）基本特征：o 多相性、高分散性和热力学不稳定性多相性、高分散性和热力学不稳定性o（3）制备方法：）制备方法：o 分散法；凝聚法分散法；凝聚法 现在学习的是第39页，共52页 1.3.2、溶胶的性质溶胶的性质（1）光学性质：丁铎尔效应）光学性质：丁铎尔效应 现象：在垂直方向上看到发光的圆锥体现象：在垂直方向上看到发光的圆锥体形成原因：溶胶对光的散射形成

24、原因：溶胶对光的散射Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图丁达尔效应示意图 光源光源凸透镜凸透镜光锥光锥现在学习的是第40页，共52页 （2）动力学性质（布朗运动）动力学性质（布朗运动）布朗运动布朗运动 现象：超显微镜下看到的无规则的运动。现象：超显微镜下看到的无规则的运动。形成原因：分散介质的分子不断地由各个方向同时撞击胶粒形成原因：分散介质的分子不断地由各个方向同时撞击胶粒。布朗运动布朗运动现在学习的是第41页，共52页 布朗运动产生的原因：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。散质粒子的不断撞击

25、。液体分子对溶液体分子对溶 胶粒子的撞击胶粒子的撞击 粗分散系粗分散系现在学习的是第42页，共52页 （3）电学性质：电泳）电学性质：电泳 现象：在外电场作用下的定向移动现象：在外电场作用下的定向移动 电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。电泳：在电场中，分散质粒子作定向移动，称为电泳。电泳管示意图电泳管示意图 例：例：Fe(OH)3溶溶胶向负极胶向负极移动移动,As2S3溶胶溶胶向正极移向正极移动。动。直流电直流电现在学习的是第43页，共52页 o胶粒带电的原因：胶粒带电的原因：o吸附带电：吸附带电：o吸附吸附一种物质分子自动聚集到另一种物质表面上的过一种物质分子自动聚集到另一种物

26、质表面上的过程。程。o 吸附剂吸附剂能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。能够将他种物质聚集到自己表面上的物质。o 吸附质吸附质被聚集的物质。被聚集的物质。o 注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的吸附某注：溶胶粒子电荷的主要来源是从介质中选择性的吸附某种离子。种离子。现在学习的是第44页，共52页 3、胶团结构、胶团结构（1）Fe(OH)3的胶团结构的胶团结构ClCl)(FeO)OH(Fe-3xxnnxm胶核胶核电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子吸附层吸附层 扩散层扩散层胶粒胶粒胶团胶团现在学习的是第45页，共52页 （2）Fe(OH)3胶核吸附电位离子的示意图胶核吸附电位离

27、子的示意图现在学习的是第46页，共52页 （3）几种常见溶胶的胶团结构）几种常见溶胶的胶团结构注意注意：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒：因制备溶胶的条件不同，可使胶体粒子带不同的电荷。如子带不同的电荷。如AgClAgCl溶胶：溶胶：现在学习的是第47页，共52页 AgCl溶胶的制备：溶胶的制备：AgNO3+KCl =AgCl+KNO3当当AgNO3过量时，溶液中过量时，溶液中有有Ag+、NO3-、K+，分散质，分散质AgCl 优先吸附优先吸附Ag+而带正电而带正电荷。荷。Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+分散质分散质AgCl

28、现在学习的是第48页，共52页 KCl过量时，溶液中有过量的过量时，溶液中有过量的K+、Cl-、NO3-，溶胶粒子优先吸附，溶胶粒子优先吸附Cl-而带负电荷。而带负电荷。Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-分散质分散质AgCl若是等物质的量进行反若是等物质的量进行反应，则不能形成溶胶。应，则不能形成溶胶。现在学习的是第49页，共52页 4、溶胶的稳定性和聚沉、溶胶的稳定性和聚沉o（1）溶胶的稳定性）溶胶的稳定性o 热力学不稳定体系热力学不稳定体系 o 总趋势是稳定的总趋势是稳定的o 动力学稳定体系动力学稳定体系o溶胶稳定性的原因

29、：溶胶稳定性的原因：o 胶粒带有同种电荷，相互排斥胶粒带有同种电荷，相互排斥。o 胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。胶粒的溶剂化膜阻止了胶粒之间的直接接触。o 布朗运动。布朗运动。现在学习的是第50页，共52页 o（2）溶胶的聚沉）溶胶的聚沉o 定义：分散质粒子合并变大，最后从分散剂中分离出定义：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来的过程称为聚沉或凝结。溶胶聚沉后外观呈现浑浊。o 破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。破坏胶粒稳定性的两个因素，就可使溶胶聚沉。o 促使胶体聚沉的方法有：促使胶体聚沉的方法有：o 加入电解质；（研究最多

30、应用最广）；加入电解质；（研究最多应用最广）；o加入带相反电荷的胶体；加入带相反电荷的胶体；o 长时间加热。长时间加热。现在学习的是第51页，共52页 电解质对溶胶的聚沉电解质对溶胶的聚沉 聚沉的原因：聚沉的原因：加入电解质后，吸附层的反离子增多，加入电解质后，吸附层的反离子增多，胶粒所带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电荷大大减少，排斥力减弱，使胶粒合并成大颗粒而聚沉。聚沉。电解质聚沉的规则：电解质聚沉的规则：带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加：离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加：KCaAl23现在学习的是第52页，共52页