高中化学奥林匹克竞赛辅导资料溶液.

2007高中化学奥林匹克竞赛辅导资料无机化学II 溶液和胶体【竞赛要求】分散系。

溶液浓度。

溶解度。

浓度和溶解度的单位与换算。

溶液配制（仪器选择）。

重结晶方法以及溶质/溶剂相对量的估算。

过滤与洗涤（洗涤液选择、洗涤方式选择）。

重结晶和洗涤溶剂（包括混合溶剂）的选择。

胶体。

分散相和连续相。

胶体的形成和破坏。

胶体的分类。

胶粒的基本结构。

亨利定律。

稀溶液通性。

溶剂（包括混合溶剂）。

【知识梳理】一、分散系统及其分类所谓分散系统，是一种或几种物质分散在另一种物质中所构成的系统。

如牛奶中奶油液滴分散在水中，颜料分散在有机液体中形成油漆等等。

通常把被分散的物质称为分散相，起分散作用的物质叫分散介质。

分散系统可分为均相分散系统和非均相分散系统。

均相分散系统是物质彼此以分子形态分散或混合所形成的系统。

此类系统的分散相及分散介质之间无相界面存在，是热力学稳定的系统。

非均相分散系统是物质以微相形态分散在分散介质中所形成的多相系统。

分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。

连续相(分散介质)：包围着分散物质而处于连续状态的物质。

按分散相粒子的大小分类：分子分散系、胶体分散系、粗分散系*在体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分称相。

分子分散系又称溶液，因此溶液是指分散质分子、离子或原子均匀地分散在分散剂中所得的分散系。

溶液可分为固态溶液（如某些合金）、气态溶液（如空气）和液态溶液。

最常见也是最重要的是液态溶液，特别是以水为溶剂的水溶液。

二、胶体（一）胶体的分类液溶胶：1、按分散相和介质聚集状态分类固溶胶气溶胶2、按胶体溶液的稳定性分类（粒子由很多分子组成，热力学不稳定、不可逆体系.）（粒子由即为一个大分子，热力学稳定、可逆体系）（1）憎液溶胶：半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子。

分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是热力学上的不稳定体系。

一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。

憎液溶胶的特性：a、特有的分散程度：粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性和乳光现象。

b、多相不均匀性：具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。

c、热力学不稳定性：因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。

形成憎液溶胶的必要条件：（1）分散相的溶解度要小；（2）还必须有稳定剂存在，否则胶粒易聚结而聚沉。

（2）亲液溶胶：半径落在胶体粒子范围内的大分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。

（二）胶粒的结构胶粒的结构比较复杂，先有一定量的难溶物分子聚结形成胶粒的中心，称为胶核；然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子，形成紧密吸附层；由于正、负电荷相吸，在紧密层外形成反号离子的包围圈，从而形成了带与紧密层相同电荷的胶粒；胶粒与扩散层中的反号离子，形成一个电中性的胶团。

（图例：AgI胶粒结构图1）（图例：AgI胶粒结构图2）胶核吸附离子是有选择性的，首先吸附与胶核中相同的某种离子，用同离子效应使胶核不易溶解。

若无相同离子，则首先吸附水化能力较弱的负离子，所以自然界中的胶粒大多带负电，如泥浆水、豆浆等都是负溶胶。

憎液溶胶亲液溶胶例1：AgNO3 + KI→KNO3 + AgI↓（过量的KI 作稳定剂）胶团的结构表达式：（上图1）固相紧密层扩散层[(AgI)m n I–(n-x)K+]x–x K+↓（过量的KNO3作稳定剂）胶团的结构表达式：（上图2）固相紧密层扩散层[(AgI)m n Ag + (n-x)NO3-]x–x NO3-胶体分散系统中的胶团具有层状结构，从内到外分别是胶核、紧密吸附层(又称Stern 层)和扩散层。

胶核的表面带有固定数目的电荷(对于不同类型的胶体颗粒，有的胶核带正电，有的胶核带负电荷)；紧密吸附层中的电荷总是与胶核所带电荷相反，电荷量比胶核的电荷量小；扩散层也带有与胶核相反的电荷，电荷量也比胶核的电荷量小，但紧密吸附层和扩散层中的电荷总量等于胶核的电荷总量，使得整个胶团呈电中性。

扩散层的电荷分布随距胶核表面的距离的增大而下降，直到溶液本体处下降为0（三）胶体的制备1、分散法（利用机械设备）：胶体磨（有干磨和湿磨之分）、气流粉碎机（粉碎程度可达1 m）、电弧法2. 凝聚法：物理凝聚法、化学凝聚法（1）物理凝聚法——将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体分散状态的方法（2）化学凝聚法——是利用生成不溶性物质的各类化学反应，控制析晶过程，使其停留在胶核尺度的阶段。

一般采用较大的过饱和浓度，较低的操作温度，以利于晶核的大量生成而减缓晶体长大的速率，防止发生聚沉，即可得到溶胶。

实例：As2S3溶胶的制备: 利用H2S(g)缓慢通入As2O3的饱和溶液中，使之产生淡黄色的As2S3胶核胶粒（带负电）胶团（电中性）胶团（电中性）胶核胶粒（带正电）溶胶。

略过量的H 2S(g)在水解时产生的HS -可作为这种溶胶的稳定剂，使溶胶带负电。

其化学反应方程式为：As 2O 3 + 3H 2O = 2 H 3AsO 3 2 H 3AsO 3 + 3 H 2S(g) = As 2S 3(溶胶) +6 H 2O3. 溶胶的净化不论是分散法还是凝聚法制备的溶胶，其中往往含有很多电解质或其它杂质。

电解质虽有稳定溶胶的作用，但过量了就会影响溶胶的稳定性。

因此通常需要将初制备的溶胶进行净化。

最常用的净化方法是渗析法。

此方法是利用胶粒不能透过半透膜，而离子、分子能透过半透膜的性质，将溶胶中过量的电解质除去。

渗析时，将溶胶放在半透膜内，然后把整个膜袋浸在蒸馏水中，进行渗析。

为了提高渗析速率，可搅拌溶胶或适当加热 。

为加快渗析速率，普遍采用电渗析。

（四）胶体的破坏1、影响溶胶稳定性的因素：（1）外加电解质的影响。

这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，促使胶粒聚结。

（2）浓度的影响。

浓度增加，粒子碰撞机会增多。

（3）温度的影响。

温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。

（4）胶体体系的相互作用。

带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。

2、电解质的聚沉作用在溶胶中加入少量电解质，可以使胶粒吸附的离子增加，增加溶胶的稳定性，称为稳定剂。

当电解质的浓度足够大, 部分反粒子进入紧密层，扩散层变薄, 胶粒之间静电斥力减小而导致聚沉，则称为聚沉剂。

影响电解质聚沉能力的因素：(a) 主要取决于与胶粒所带电荷相反的离子（反离子）所带的电荷数（即价数）。

反离子的价数越高，聚沉能力越强。

(b) 价数相同的反离子的水合半径越小，聚沉能力越强。

(c) 与胶粒电性相同的离子，一般说来，价数越高，水合半径越小，聚沉能力越弱。

3、溶胶的相互聚沉作用当两种带相反电荷的溶胶所带电量相等时，相互混合也会发生聚沉。

明矾净水原理:水中含有泥沙等污物的负溶胶，加入KAl(SO4)2在水中水解生成Al(OH)3正溶胶。

在适当量下，发生相互聚沉。

与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，甚至不聚沉。

4、高分子化合物的作用在溶胶中加入少量高分子化合物可使溶胶聚沉，称为敏化作用(絮凝作用)。

在溶胶中加入足够多的高分子化合物，则会阻止溶胶的聚沉，称为空间保护作用。

三、 溶解度和饱和溶液1、溶解度在一定温度下的饱和溶液中，在一定量溶剂中溶解溶质的质量，叫做该物质在该温度下的溶解度。

易溶于水的固体的溶解度用100 g 水中溶解溶质的质量（g ）表示；一定温度下，难溶物质饱和溶液的“物质的量”浓度也常用来表示难溶物质的溶解度。

例如298 K 氯化银的溶解度为1×10-5 mol ·L -1。

2、饱和溶液在一定温度下，未溶解的溶质跟已溶解的溶质达到溶解平衡状态时的溶液称为饱和溶液。

在饱和溶液中，存在着下列量的关系：溶液的质量溶质的质量 = 常数溶剂的质量溶质的质量 = 常数 3、溶解度与温度溶解平衡是一个动态平衡，其平衡移动的方向服从勒沙特列原理。

一个已经饱和的溶液，如果它的继续溶解过程是吸热的，升高温度时溶解度增大；如果它的继续溶解过程是放热的，升高温度时溶解度减小。

大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增大。

气体物质的溶解度随着温度的升高而减小。

4、溶解度与压强固体或液体溶质的溶解度受压力的影响很小。

气体溶质的溶解度受压力影响很大。

对于溶解度很小，又不与水发生化学反应的气体，“在温度不变时，气体的溶解度和它的分压在一定范围内成正比”，这个定律叫亨利（Henry ）定律。

其数学表达式是：C g = K g ·p g （2-1）式中p g 为液面上该气体的分压，C g 为某气体在液体中的溶解度（其单位可用g ·L -1、L （气）·L 1-（水）、mol ·L -1表示），K g 称为亨利常数。

5、溶解平衡任何难溶的电解质在水中总是或多或少地溶解，绝对不溶的物质是不存在的。

对于难溶或微溶于水的物质，在一定条件下，当溶解与结晶的速率相等，便建立了固体和溶液中离子之间的动态平衡，简称溶解平衡。

四、溶液组分含量的表示方法，有很多方法表示溶液的组成，化学上常用物质的量浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数、质量分数等表示。

1、物质的量浓度在国际单位制中，溶液的浓度用物质的量浓度（简称浓度）表示。

其定义为：溶液中所含溶质A 的物质的量除以溶液的体积，用符号c A 表示。

c A = Vn A （2-11） （2）质量摩尔浓度用1kg 溶剂中所含溶质的物质的量表示的浓度称为质量摩尔浓度，用b A 表示，单位为mol ·kg -1，即：b A = B A m n = BA A m M m （2-13） （3）摩尔分数溶液中某一组分A 的物质的量（n A ）占全部溶液的物质的量（n ）的分数，称为A 的摩尔分数，记为x A 。

x A = nn A （2-14） 若溶液由A 和B 两种组分组成，溶质A 和B 的物质的量分别为n A 和n B ，则： x A =B A A n n n + x B = B A B n n n + 很显然 x A + x B = 1（4）质量分数溶质A 的质量占溶液总质量的分数称为溶质A 的质量分数，符号为w A ，即w A =m m A （2-15）四、 溶液的性质1、稀溶液的依数性稀溶液的某些性质主要取决于其中所含溶质粒子的数目，而与溶质本身的性质无关，这些性质称为依数性。

稀溶液的依数性包括溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和和渗透压。