第一章物質及其聚集狀態(tài)CollectiveSateofMatter1.1

氣體1.2

溶液及其濃度的表示方法1.3稀溶液的依數(shù)性

1.4膠體1.5表面現(xiàn)象學習要求

1.了解分散系的分類及主要特征。

2.掌握理想氣體狀態(tài)方程式和氣體分壓定理。

3.掌握溶液濃度的表示方法。

4.掌握稀溶液的通性及其應用。

5.理解膠體的基本概念、結構及其性質。

6.了解高分子溶液、表面活性物質、乳狀液的基本概念和特征。

第一節(jié)氣體

一、理想氣體狀態(tài)方程式(idealorperfectgasequation)

p為氣體的壓力，SI單位為Pa；V為氣體的體積，SI單位為為m3；n為物質的量，SI單位為mol；T為氣體的熱力學溫度，SI單位為K；R為摩爾氣體常數(shù)，8.314J·mol-1·K-1理想氣體：一種假想的氣體。真實氣體，特別是非極性分子或極性小的分子，在壓力不太高，溫度不太低的情況下，若能較好地服從理想氣體狀態(tài)方程，則可視為理想氣體。例1-1

某氫氣鋼瓶容積為50.0L,25.0℃時，壓力為500kPa，計算鋼瓶中氫氣的質量。解：根據(jù)理想氣體方程式

鋼瓶中氫氣的質量為：10.1mol-1×2.01g·mol-1=20.3g。

二.分壓定律 分壓:在相同溫度時，某組分氣體單獨占有混合氣體總體積時的壓力。道爾頓（Dalton）分壓定律：

或 推論：

，兩式相除,可得

或表明混合氣體組分B的分壓等于組分B的摩爾分數(shù)與混合氣體總壓之乘積。

在同溫同壓的條件下，氣態(tài)物質的量與它的體積成正比，因此混合氣體中組分氣體B的體積分數(shù)等于物質B的摩爾分數(shù)，即所以,例1-2

冬季草原上的空氣主要含氮氣(N2)、氧氣（O2）和氬氣（Ar）。在壓力為9.7×104Pa及溫度為-22℃時，收集的一份空氣試樣經測定其中氮氣、氧氣和氬氣的體積分數(shù)依次為0.780、0.21、0.010。計算收集試樣時各氣體的分壓。解：

p(N2)=0.78p=0.78×9.7×104Pa=7.6×104Pap(O2)=0.21p=0.21×9.7×104Pa=2.0×104Pa

p(Ar)=0.01p=0.01×9.7×104Pa=0.97×104Pa第二節(jié)溶液及其濃度的表示方法名稱數(shù)學表達式單位物質的量濃度mol﹒L-1質量分數(shù)量綱為1質量摩爾濃度mol﹒kg-1摩爾（物質的量）分數(shù)量綱為1物質的量濃度

cB—物質B的物質的量濃度，單位為mol·L-1。

nB

—

物質B的物質的量，單位為mol。

V—混合物的體積，單位為L。

注意：使用物質的量單位mol時，要指明物

質的基本單元。

例：c(KMnO4)=0.10mol·L1

與

c(1/5KMnO4)=0.10mol·L1

的兩種溶液。兩種溶液濃度數(shù)值相同，但是，它們所表示1L溶液中所含KMnO4的物質的量n是不同的，前者為0.10mol，后者為0.10/5=0.020mol。質量摩爾濃度

bB

—溶質B的質量摩爾濃度，單位為mol·kg-1；

nB

—溶質B的物質的量，單位為mol；

mA

—溶劑的質量，單位為kg。

摩爾分數(shù)

nB—B的物質的量，SI單位為mol；n—混合物總的物質的量，SI單位為mol；χB—

量綱為1。

兩組分的溶液系統(tǒng)：溶質B的摩爾分數(shù):溶劑A的摩爾分數(shù):

任何一個多組分系統(tǒng)，則質量分數(shù)

mB

—

物質B的質量；

m—混合物的質量；

wB

—物質B的質量分數(shù)，量綱為1。

例1-3

求w(NaCl)=10%的NaCl水溶液中溶質和溶劑的摩爾分數(shù)。

解：根據(jù)題意，100g溶液中含有NaCl10g，水90g。即m(NaCl)=10g,而m(H2O)=90g因此

幾種溶液濃度之間的關系

1.物質的量濃度與質量分數(shù)

cB

—溶質B的物質的量濃度;

—溶液的密度;

wB—溶質B的質量分數(shù);MB—溶質B的摩爾質量。2．物質的量濃度與質量摩爾濃度

cB

—溶質B的物質的量濃度;

—溶液的密度;m

—溶液的質量;nB

—溶質B的物質的量。

若該系統(tǒng)是一個兩組分系統(tǒng)，且B組分的含量較少，則溶液的質量m近似等于溶劑的質量mA，上式可近似成為：若該溶液是稀的水溶液，則：第三節(jié)

稀溶液的依數(shù)性溶液有兩大類性質：1.與溶液中溶質的本性有關：顏色、密度、酸堿性和導電性等2.與溶液中溶質的獨立質點數(shù)有關如溶液的蒸氣壓、凝固點、沸點和滲透壓等。

1.蒸氣壓下降（Theloweringofthevaporpressure)2.沸點上升(Theelevationoftheboilingpoint)3.凝固點降低(Thedepressionofthefreezingpoint)4.滲透壓(Thephenomenonofosmoticpressure)

難揮發(fā)的非電解質稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性。該類性質稱為稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性。包括四個方面：一

蒸氣壓下降

飽和蒸氣壓(po)（saturatedvaporpressure）

將一種純液體（純溶劑）置于一個密封容器中，當蒸發(fā)為氣態(tài)的溶劑粒子數(shù)目與氣態(tài)粒子凝聚成液態(tài)的溶劑粒子數(shù)目相等時，這時液體上方的蒸氣所具有的壓力。

溫度升高，蒸氣壓增大蒸氣壓－溫度曲線

固體也有飽和蒸氣壓。如干冰、萘、碘等固體，蒸氣壓很大，可直接由固體變成氣體（升華）。

飽和蒸氣壓與物質的種類有關。有些物質的蒸氣壓很大，如乙醚、汽油等，有些物質的蒸氣壓很小，如甘油、硫酸等。蒸氣壓的大小，與液體分子間的吸引力有關，吸引力越大，蒸氣壓越小。極性分子的吸引力強，蒸氣壓小。非極性分子的吸引力小，蒸氣壓大。相對分子質量越大，分子間的作用力越強，蒸氣壓越小。

溶液的飽和蒸氣壓:指的是溶液中，作為溶劑的那種物質，所具有的飽和蒸氣壓（分壓力)。溶液的飽和蒸氣壓同樣與溫度密切相關。溶液的蒸氣壓下降

同一溫度下，溶液的蒸氣壓比純溶劑的蒸氣壓要小，它們之間的差值，叫“溶液的蒸氣壓下降”。溶液的蒸氣壓下降

當溶質分散于溶劑之中，溶液表面的部分位置，被溶質分子所占據(jù)，使得單位表面所能逸出的溶劑的分子個數(shù)減少，因此溶液蒸氣壓較之純溶劑有所降低。法國物理學家拉烏爾(F．M．Raoult)在1887年總結出一條關于溶液蒸氣壓的規(guī)律。

p=p0xAp—溶液的蒸氣壓，單位為Pa；

p0—溶劑的飽和蒸氣壓，單位為Pa；xA

—溶劑的摩爾分數(shù)。

由于xA+xB=l，即xA=lxB，

所以p=p0(1xB)=p0p

0·xB

p0p=p

0·xB

p

=p0p=p

0·xB

p—溶液蒸氣壓的下降值，單位為Pa；

xB

—溶質的摩爾分數(shù)。

結論:

在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓的下降值與溶質的摩爾分數(shù)成正比。——拉烏爾定律

二

沸點升高和疑固點降低

1.溶液的沸點上升沸點：液體蒸氣壓與外界壓力相等時的溫度。難揮發(fā)物質的溶液的沸點總是高于純溶劑的沸點，二者之差為：△Tb

=Tb–T0=

kbbB

kb稱為溶劑的沸點升高常數(shù)，單位為K·kg·mol-1。

pT溶劑溶液101.325kPaT0Tbp<101.325kPa沸點升高示意圖2.溶液的凝固點下降

溶液的凝固點總是低于純溶劑的凝固點△Tf

=T0－Tf

=kf

bBkf

稱為溶劑的凝固點降低常數(shù)。特點不隨溶液性質而變，只與溶劑有關同種溶劑：kf

＞kb凝固點：液相和固相蒸氣壓相等時的溫度——固相與液相共存時的溫度。pT溶劑溶液溶劑的氣-固平衡線T0Tf凝固點降低示意圖*水的相圖相圖：在不同溫度和壓力下，系統(tǒng)的氣、液、固三態(tài)可以互相轉化，用幾何圖形表示這種轉化，稱為相圖。

COB區(qū)域—固態(tài)冰

AOC區(qū)域—液態(tài)水AOB區(qū)域—氣態(tài)水

OC,熔化曲線，固液共存

OB,升華曲線，固氣共存

OA,氣化曲線，氣液共存作用:分析體系平衡時存在的物相的狀態(tài),以及物相變化的規(guī)律。實例:溜冰,雪球(增加壓力,冰的熔點下降)。表1-3幾種溶劑的Kb和Kf溶劑

Tb/KKb/（K·kg·mol-1）Tf/KKf/（K·kg·mol-1）水

373.150.52273.151.86苯353.352.53278.66

5.12乙酸391.453.07289.753.9萘491.155.80353.456.94估算溶質的相對分子質量：

例1-5

有一質量分數(shù)為1.00%的水溶液,測得其凝固點為273.05K．計算溶質的相對分子質量。

解：根據(jù)公式：△Tf=Kf×bB

則有所以有

由于溶液的濃度較小，所以mA+mB≈mA，即mB/mA≈1.00%溶質的相對分子質量為186制冷劑工作原理食鹽－冰（30gNaCl+100gH2O(s)）-22℃CaCl2－冰（42.5gCaCl2+100gH2O(s)）-55℃

冰因吸收環(huán)境熱量稍有熔化,表面有少量液態(tài)水存在,NaCl與冰混合時產生NaCl

溶液,由于生成的溶液中水的蒸氣壓力小于冰的蒸氣壓力,使冰熔化而大量吸熱,使周圍物質的溫度降低。防凍劑工作原理冬天為防止汽車水箱凍裂，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固點，避免因結冰，體積膨脹而使水箱破裂。

環(huán)境溫度發(fā)生較大改變時，植物細胞中的有機體會產生大量可溶性碳水化合物來提高細胞液濃度，凝固點下降，使細胞液能在較低的溫度環(huán)境中不結凍。溫度升高時，細胞液濃度增加，細胞液蒸氣壓下降較大，使得細胞的水分蒸發(fā)減少，因此表現(xiàn)出植物的抗旱能力。

植物的抗旱性和抗寒性三

滲透壓

滲透：由物質粒子通過半透膜單向擴散的現(xiàn)象。

半透膜：一種多孔分離膜，它可以選擇性地讓一部分物質通過，而不讓某些物質地通過。常見的半透膜有雞蛋膜、雞的嗉囊、魚鰾、蠶豆種皮、玻璃紙、青蛙皮、動物膀胱、腸衣、蛋白質膠膜，火棉膠膜以及其他一些可從生物體上剝離的薄膜類物質。

活細胞內的生物膜只允許水分子自由通過，它所選擇的離子、小分子物質可以通過，而其他的離子、小分子和大分子不能透過，是嚴格的半透膜。

滲透壓示意圖滲透壓：為維持半透膜所隔開的溶液與純溶劑之間的滲透平衡而需要的超額壓力。即阻止?jié)B透作用進行時所需加的額外壓力。П×V=nB×R×T

即П=cB×R×T

П—溶液的滲透壓，單位為Pa；cB—溶液的濃度，單位為mo1·L-1；

R—摩爾氣體常數(shù)，為8.314kPa·L·mol-1·K-1；T—體系的溫度，單位為K。稀溶液滲透壓與濃度、溫度的關系在定溫下，溶液的滲透壓與溶質的濃度成正比。溶液愈稀，公式愈準確。

滲透現(xiàn)象不僅在溶液與溶劑之間存在，在不同濃度溶液中同樣存在。等滲溶液：相等滲透壓的溶液彼此稱為等滲溶液；等滲溶液在藥學上有重要意義,如眼藥水必須與眼球組織內的液體具有相同的滲透壓，否則會引起疼痛；靜脈注射用的鹽水與血液是等滲溶液。高滲溶液：對于滲透壓不相等的兩種溶液，滲透壓相對高的叫高滲溶液；低滲溶液：滲透壓相對較低的叫做低滲溶液。

將紅細胞置于不同濃度的NaCl溶液中，在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)：在生理鹽水中在較濃的NaCl溶液中在較稀的NaCl溶液中紅細胞逐漸皺縮，皺縮的紅細胞互相聚結成團。這是因為紅細胞內液的滲透壓力低于濃NaCl溶液，紅細胞內的水向外滲透引起。紅細胞的形態(tài)沒有什么改變，因為生理鹽水與紅細胞內液的滲透壓力相等，細胞內外液處于滲透平衡狀態(tài)。紅細胞逐漸脹大，最后破裂，釋放出紅細胞內的血紅蛋白使溶液染成紅色，即溶血。這是因為紅細胞內液的滲透壓高于濃NaCl溶液，細胞外的水向細胞內滲透引起。純水向紅蘿卜內滲透滲透原理被用來處理尿毒癥.在人工腎里,病人的血液在玻璃軟管(用作半透膜)循環(huán),血液里的小分子廢物向管外滲透,從而使血液得到凈化。滲透滲透壓測定法常被用來測定生物體內大分子的相對分子質量

例1-6

有一蛋白質的飽和水溶液，每升含有蛋白質5.18g，已知在298.15K時,溶液的滲透壓為413Pa,求此蛋白質的相對分子質量。解：根據(jù)公式П=cB×R×T

即該蛋白質的相對分子質量為3.11×104。稀溶液的依數(shù)性定律

難揮發(fā)、非電解質的稀溶液的某些性質(蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降和滲透壓)與一定量的溶劑中所含溶質的物質的量成正比，而與溶質的本性無關。

注意：為什么稀溶液的各項通性，不適用于濃溶液和電解質？電解質溶液的依數(shù)性取決于溶質分子、離子的總組量度，稀溶液通性所指定的定量關系不再存在,但可以比較大小。選擇題1.下列溶液濃度相同,沸點最高的是（）A.C6H12O6B.H3BO3C.KClD.BaCl22．稱取同樣質量的兩種難揮發(fā)的電解質A和B,分別溶解在1L水中,測得A溶液的凝固點比B溶液的凝固點低，則（）A.

B的相對分子質量小于A的相對分子質量B.A的相對分子質量和B的相對分子質量相同C.

B的相對分子質量大于A的相對分子質量將淡水魚放人海水中由于其細胞液濃度較低，因而滲透壓較小。它在海水中就會因細胞大量失去水分而死亡。人體發(fā)高燒時，需要及時喝水或通過靜脈注射與細胞液等滲的生理鹽水和葡萄糖溶液以補充水分。反滲透：在滲透壓較大的溶液一邊加上比其滲透壓還要大的壓力，迫使溶劑從高濃度溶液處向低濃度處擴散，從而達到濃縮溶液的目的。

滲透壓的應用第四節(jié)

膠體溶膠:高度分散的多相系統(tǒng),分散相與分散介質之間親和力較弱,有很大的相界面,很高的表面能,能自動聚集成大顆粒,自動吸附某種離子而帶電,是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)。

液溶膠傳統(tǒng)上稱憎液溶膠，如Fe(OH)3膠體和As2S3膠體。高分子溶液:

由于高分子以分子形式溶于介質中,分散相與分散介質之間沒有相界面,大多是均相的熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)。

傳統(tǒng)上稱親液溶膠，如淀粉溶液和蛋白質溶液等。

膠團的結構溶膠具有擴散雙電層結構擴散層吸附層Cl－Cl－Cl－Cl－Cl－Cl－FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋FeO＋Cl－Cl－[Fe(OH)3]m膠核電位離子反離子反離子吸附層擴散層膠團膠粒

{(AgI)m·nAg＋·(nx)NO3－}x+·xNO3－

膠核電位離子反離子反離子

吸附層擴散層

膠粒

膠團過量的稀AgNO3與稀KI溶液反應制備的AgI溶膠AgI膠團結構簡式：膠團結構式

氫氧化鐵{(Fe(OH)3)m·nFeO+·(nx)Cl}x+·xCl三硫化二砷{(As2S3)m·nHS·(nx)H+}x·xH+硅膠{(H2SiO3)m·nHSiO3·(nx)H+}x·xH+膠體溶液的性質

光學性質溶膠的動力學性質溶膠的電學性質

膠體溶液的性質1.溶膠的光學性質丁達爾效應：由于溶膠的高度分散性和多相不均勻性,當一束波長大于溶膠分散相粒子尺寸的入射光照射到溶膠系統(tǒng),可發(fā)生散射現(xiàn)象—丁達爾現(xiàn)象.透鏡溶膠丁鐸爾效應光源產生原因：光線照射到物體表面時，可能產生兩種情況：

（1）顆粒的直徑遠遠大于入射光的波長，此時入射光被完全反射；（2）物質的顆粒直徑比入射波長小，則發(fā)生光的散射作用而出現(xiàn)丁達爾現(xiàn)象。

因為溶膠的粒子直徑在1～100nm，而一般可見光的波長范圍在400~760nm。

2.溶膠的動力學性質布朗(Brown)運動:溶膠中的分散相粒子的不停息的和無規(guī)則的運動。

這種現(xiàn)象是植物學家Brown于1827年首先從水中懸浮花粉的運動中觀察到的。

用超顯微鏡可以觀察布朗運動。

分散介質分子處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài),從各個方向不斷撞擊分散相粒子。

布朗運動是分子熱運動的必然結果,是膠體粒子的熱運動。布朗運動

3.溶膠的電學性質電泳

(electrophoresis):在外電場作用下,膠體粒子在分散介質中定向移動的現(xiàn)象。電泳現(xiàn)象表明膠體粒子是帶電的。NaCl溶液Fe(OH)3溶膠+－電泳示意圖

圖中Fe(OH)3溶膠在電場作用下向陰極方向移動,證明Fe(OH)3的膠體粒子是帶正電荷的。

溶膠粒子帶電的主要原因吸附作用：氫氧化鐵溶膠，由于Fe(OH)3

對FeO+的吸附因而溶膠帶正電。解離作用：硅膠粒子帶電就是因為H2SiO3

解離形成HSiO3－或SiO32－，并附著在表面而帶負電。H2SiO3＝HSiO3－+H+＝SiO32－

+2H+

溶膠的穩(wěn)定性和聚沉

1.溶膠的穩(wěn)定性溶膠是熱力學不穩(wěn)定系統(tǒng)。

但有些溶膠卻能在相當長時間里穩(wěn)定存在。例如法拉第制備的金溶膠靜置數(shù)十年才聚沉于管壁上。

為此人們提出了多種理論進行解釋。

動力學穩(wěn)定性：布朗運動聚結穩(wěn)定性：膠粒的雙電層結構溶劑化膜

2.溶膠的聚沉

聚沉(coagulation)：膠體分散系中的分散質從分散劑中分離出來的過程。影響溶膠聚沉的因素主要有：（1）電解質對溶膠的聚沉作用（2）溶膠的互聚

（3）長時間加熱

三種溶膠聚沉.(左)Al(OH)3;(中)Fe(OH)3;(右)Cu(OH)2電解質對溶膠的聚沉作用

相反離子起作用電解質的聚沉能力，用聚沉值的大小來表示。聚沉值—指一定時間內，使一定量的溶膠完全聚沉所需要的電解質的最低濃度。電解質的聚沉值大，聚沉能力小。電解質聚的沉值小，聚沉能力大。例：Fe(OH)3正溶膠：聚沉能力：K3[Fe(CN)6]>MgSO4>AlCl3

對As2S3負溶膠聚沉能力：AlCl3>MgSO4>K3[Fe(CN)6]對帶負電溶膠聚沉能力：Rb+＞K+＞Na+＞Li+

結論

（1）與膠粒所帶電荷相反的離子電荷越高，對溶膠的聚沉作用就越大。（2）隨著離子半徑的減小，離子的聚沉能力減弱。

溶膠的互聚

兩種帶有相反電荷的溶膠按適當比例相互混合，溶膠同樣會發(fā)生聚沉。例：

明礬凈水作用。天然水中膠態(tài)的懸浮物大多帶負電，明礬在水中水解產生的Al(OH)3溶膠帶正電，它們相互聚沉而使水凈化。第五節(jié)

表面現(xiàn)象

1.比表面積分散系的分散度(dispersiondegree)