大学无机化学 第一章 物质的状态-溶液
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无机化学
第1章 气体
• 液体的特点： 1、液体的压缩性很小； 2、具有流动性，在一定温度下，有固定 的体积； • 结构特征： 短程有序，长程无序。
无ห้องสมุดไป่ตู้化学
1.2.2 描述液体的物理量
第1章 气体
• 液体本身也有一些特性 ：粘度，表面张力，凝 固点，沸点，饱和蒸气压（简称为蒸气压） • 蒸气压 (1) 在液体表面，只有超过平均动能的分子，才能 克服邻近分子的吸引，进入气相中－─蒸发。 (2) 在密闭容器中，在不断蒸发的同时，部分蒸气 又会重新回到液体－─凝聚。
无机化学
第1章 气体
(3) 在一定温度下，在密闭容器中，经过一定时间， 蒸发与凝聚达到平衡，这时液面上的蒸气称为饱 和蒸气。 (4) 由饱和蒸气产生的压强称为饱和蒸气压，简 称蒸气压（vapor pressure of liquid）。 (5) 对于同一种液体的蒸气压不决定于液体的体积， 也不决定于蒸气体积，只与温度有关;所以蒸气压 仅与液体本质(???)和温度有关。
Solution：π = 7.6 / 760 = 0.01（atm）= 1 Kpa T= 298K 5.0 n 由π = cRT 得 M ∴ M = 1.22×104（g / mol） 故聚苯乙烯的分子量为1.22×104
无机化学
第1章 气体
b．配制等渗溶液（isotonic solution）：渗透压相等 的溶液，例如红血球的渗透压与0.9%的NaCl(aq)的 渗透压相同。 • 若把血液放入小于0.9%NaCl溶液中，水就渗入红 血球中，红血球溶涨，可使红血球破裂，称为溶血 作用（hemolysis）； • 若把血液放入大于0.9%的NaCl溶液中，红血球中 的水分就渗出，红血球缩小(shrive)，所以大量的静 脉注射必须配制与血液相等的渗透压才能应用，否 则会引起严重的疾病。 c．可使海水淡化
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第1章 气体
无机化学
第1章 气体
例题：3.24g Hg(NO3)2和10.14g HgCl2 分别溶解在 1000g水中，溶液的凝固点分别为 0.0558℃和 0.0744℃，问哪种盐在水中以离子状态存在?（Kf = 1.86）
Hg(NO3)2 ： m
Tf Kf
1kg
0.0588 1.86
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第1章 气体
2．溶液沸点的升高（Boiling point elevation of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶 液的沸点要高于纯溶剂的沸点，即Tb ＞ Tb *， △Tb = Tb Tb* = Kb· m
Kb为molar boiling point elevation constant。 在数值上恰好等于1m溶液的沸点上升的度数， 其单位为（℃）K ·kg ·mol1。
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第1章 气体
4．渗透压（Osmotic pressure） (1) 半透膜（semipermeable membrane） a．材料：Certain materials, including many membranes in biological systems and synthetic substances such as cellophane, are semipermeable. b．作用：They permit the passage of some molecules but not others. They often permit the passage of small solvent molecules such as water but block the passage of large solute molecules or ions. c．structure: Semipermeable membrane character is a network of tiny pores within the membrane.
无机化学
1.2.3 溶液的一般概念
第1章 气体
1.分散系 1）一种或几种物质的质点分散在另一种物质的 质点中所形成的体系，称为分散系。分散系 中又分为：分散相（被分散的物质）和分散 介质（容纳分散相的物质） 2）分类： a 均匀分散系, b 不均匀分散系 3）分散相直径： d < 1nm 溶液 d = 1～100nm 溶胶 d > 100nm 悬浊液、乳浊液。
无机化学
第1章 气体
无机化学
第1章 气体
如果在溶液一端施 加一个大小等于渗 透压的外压，就可 阻止渗透作用进行。 如果外压大于渗透 压，则水分子将由 溶液向纯水中渗透， 这个过程称为反渗 透。
无机化学
第1章 气体
(3) 1887年 van’t Hoff（1852－1911）[ 范德霍夫， 荷兰物理化学家，曾获1901年诺贝尔化学奖 ] 研究 溶液的渗透压，其结论为：溶质分散在一定体积的 溶剂中的渗透压和溶质扩散在等体积中的气体压力 一样， 即：πV = nRT or π = cRT • (The osmotic pressure is found to obey a law similar in form to the ideal gas law)
无机化学
第1章 气体
(2) 渗透（osmosis）：溶剂分子通过半透膜从稀溶 液向浓溶液方向移动的现象，称为渗透。 There is a net movement of solvent molecules from the less concentrated solution into the more concentrated one. This process is called osmosis. The important point to remember is that the net movement of solvent is always toward the solution with the higher solute concentration. 渗透压：渗透达到平衡时，半透膜两端液面差所产 生的静压力。
无机化学
稀溶液依数性的总结
第1章 气体
• 1、当难挥发性的非电解质溶解在溶剂中形成极稀 溶液，它的蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低 以及渗透压，与在一定量的溶剂或一定体积的溶 液中所溶解的溶质的摩尔数成正比，而与溶质的 本质无关。我们把这种溶液在性质上变化的规律 性称为稀溶液的依数性（colligative properties） • 2、蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低都是由x 剂或m质来决定的，因此它们之间有联系，蒸气压 下降是核心。正是由于蒸气压的下降，引起了沸 点升高和凝固点降低。
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第1章 气体
2.溶液(Solutions) （1）溶液是均匀的分散系 （2）溶液的分类
分散相：溶质（solute） 分散介质：溶剂（solvent）
无机化学
1.2.4 溶液的浓度
第1章 气体
• 1．溶液浓度表示法 (1) 质量百分浓度（m/m）：(mass fraction, mass percentage)， ppm(parts per million)，ppb(parts per billion) 饮水中的砷含量不得超过0.05ppm（= 0.05mg/1L H2O） (2) 体积物质的量浓度（M = n / V）： 物质的量浓度（M） = moles of solute/liters of solution
0.0300（m）
(3.24/324)mol
0.01（m）
∴Hg(NO3)2在水中以离子状态存在
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第1章 气体
• HgCl2：
m
Tf Kf
1kg
0.0744 1.86
0.0400 （m）
• 而
(10.84/271)mol
0.040（m）
• ∴HgCl2基本上以分子形式存在
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第1章 气体
△P = P* - P = x质P* 称为Raoult’s law. 其中p*为在某温度下纯溶剂蒸 气压，p为同一温度下溶液蒸气压。 对于只有一种难挥发溶质的溶液：x质 + x剂 = 1 △P =（ 1-x剂）P* = P* - x剂P*， 故 P = x剂P* , 这是一种更常用的形式。 文字叙述为：在一定温度下，某难挥发性溶质的 溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩 尔分数。
无机化学
第1章 气体
3．溶液的凝固点的降低（Freezing point depression of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶 液的凝固点要低于纯溶剂的凝固点。即Tf* > Tf Tf =Tf* Tf= Kf ·m
Kf molar freezing-point depression constant.在数值 上恰好等于1m溶液的凝固点下降的度数， 其单位为（℃）K ·kg ·mol1。
1.2 液体和溶液
第1章 气体
1.2.1 液体的特点 1.2.2 描述液体的物理量 1.2.3 溶液的一般概念 1.2.4 溶液的浓度 1.2.5 稀溶液的依数性
无机化学
1.2.1 液体的特点
第1章 气体
液体所表现出来的特性由其结构特点 决定的。它处于完全混乱的气体状态和 基本上完全有序的固体状态之间，所以 它既不能象气体运动论那样作基本假设， 又不能象固体那样，通过一定的对称性 作一些定量计算，因而液体的定量理论 的发展到目前为止还不甚理想。
Colligative 来自希腊语，意为团结、一起的意思。 依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性 质，而与溶质的种类无关。 １. Lowering the vapor pressure ２. Elevation of the boiling point. ３. Freezing point depression of solution ４. Osmotic pressure
无机化学
第1章 气体
2. 各种浓度之间的换算.
3. 各种不同纯度试剂的表示： 优级纯： Guarantee reagent 分析纯： Analytical reagent 化学纯： Chemical reagent 实验试剂： Laboratory reagent
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第1章 气体 1.2.5 稀溶液的依数性（ colligative properties of dilute solution）
无机化学
第1章 气体
1．溶液的蒸气压降低（Lowering the vapor pressure） ──稀溶液依数性的核心 • (1) 在一定温度下，向纯溶剂中加入难挥发性的溶 质，此溶液的蒸气压仍然是溶剂的蒸气压。 • (2) 在一定温度下，溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸 气压。 • (3) 拉乌尔定律：1880年法国化学家拉乌尔 （Raoult）通过实验发现：溶液的蒸气压下降与 溶质的摩尔分数有关：
无机化学
第1章 气体
Fig. 1 An aqueous solution and pure water in a closed environment. (a) Initial stage, (b) After a period of time, the water is transferred to the solution.
无机化学
第1章 气体
(3) 质量物质的量浓度（n / 1000g H2O）： 质量物质的量浓度（m） = moles of solute / kilograms of solvent 当溶液很稀时，ρ = 1，所以1kg溶剂近似看作1L 溶液，则M ≈ m (4) 摩尔分数（xi）Mole fraction of component: 摩尔分数xi = n i / n = moles of component/total moles of all components
无机化学
第1章 气体
• 注意： • a．极稀溶液中，一升溶液近似看作1kg溶 剂，所以π ≈ mRT； • b．只有在半透膜存在下，才能表现出渗透 压； • c．虽然稀溶液的π = cRT与气体的pV = nRT 完全符合，但π与p产生的原因是不同。
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(4) 应用
第1章 气体
a．求分子量。渗透压常用于极高分子量的物质的测定。 Sample exercise 1：在250C、1升苯中含5.0克聚苯乙烯 的溶液，其π = 7.6mmHg，试求聚苯乙烯的分子量？
第1章 气体
• 液体的特点： 1、液体的压缩性很小； 2、具有流动性，在一定温度下，有固定 的体积； • 结构特征： 短程有序，长程无序。
无ห้องสมุดไป่ตู้化学
1.2.2 描述液体的物理量
第1章 气体
• 液体本身也有一些特性 ：粘度，表面张力，凝 固点，沸点，饱和蒸气压（简称为蒸气压） • 蒸气压 (1) 在液体表面，只有超过平均动能的分子，才能 克服邻近分子的吸引，进入气相中－─蒸发。 (2) 在密闭容器中，在不断蒸发的同时，部分蒸气 又会重新回到液体－─凝聚。
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第1章 气体
(3) 在一定温度下，在密闭容器中，经过一定时间， 蒸发与凝聚达到平衡，这时液面上的蒸气称为饱 和蒸气。 (4) 由饱和蒸气产生的压强称为饱和蒸气压，简 称蒸气压（vapor pressure of liquid）。 (5) 对于同一种液体的蒸气压不决定于液体的体积， 也不决定于蒸气体积，只与温度有关;所以蒸气压 仅与液体本质(???)和温度有关。
Solution：π = 7.6 / 760 = 0.01（atm）= 1 Kpa T= 298K 5.0 n 由π = cRT 得 M ∴ M = 1.22×104（g / mol） 故聚苯乙烯的分子量为1.22×104
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第1章 气体
b．配制等渗溶液（isotonic solution）：渗透压相等 的溶液，例如红血球的渗透压与0.9%的NaCl(aq)的 渗透压相同。 • 若把血液放入小于0.9%NaCl溶液中，水就渗入红 血球中，红血球溶涨，可使红血球破裂，称为溶血 作用（hemolysis）； • 若把血液放入大于0.9%的NaCl溶液中，红血球中 的水分就渗出，红血球缩小(shrive)，所以大量的静 脉注射必须配制与血液相等的渗透压才能应用，否 则会引起严重的疾病。 c．可使海水淡化
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第1章 气体
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第1章 气体
例题：3.24g Hg(NO3)2和10.14g HgCl2 分别溶解在 1000g水中，溶液的凝固点分别为 0.0558℃和 0.0744℃，问哪种盐在水中以离子状态存在?（Kf = 1.86）
Hg(NO3)2 ： m
Tf Kf
1kg
0.0588 1.86
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第1章 气体
2．溶液沸点的升高（Boiling point elevation of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶 液的沸点要高于纯溶剂的沸点，即Tb ＞ Tb *， △Tb = Tb Tb* = Kb· m
Kb为molar boiling point elevation constant。 在数值上恰好等于1m溶液的沸点上升的度数， 其单位为（℃）K ·kg ·mol1。
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第1章 气体
4．渗透压（Osmotic pressure） (1) 半透膜（semipermeable membrane） a．材料：Certain materials, including many membranes in biological systems and synthetic substances such as cellophane, are semipermeable. b．作用：They permit the passage of some molecules but not others. They often permit the passage of small solvent molecules such as water but block the passage of large solute molecules or ions. c．structure: Semipermeable membrane character is a network of tiny pores within the membrane.
无机化学
1.2.3 溶液的一般概念
第1章 气体
1.分散系 1）一种或几种物质的质点分散在另一种物质的 质点中所形成的体系，称为分散系。分散系 中又分为：分散相（被分散的物质）和分散 介质（容纳分散相的物质） 2）分类： a 均匀分散系, b 不均匀分散系 3）分散相直径： d < 1nm 溶液 d = 1～100nm 溶胶 d > 100nm 悬浊液、乳浊液。
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第1章 气体
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第1章 气体
如果在溶液一端施 加一个大小等于渗 透压的外压，就可 阻止渗透作用进行。 如果外压大于渗透 压，则水分子将由 溶液向纯水中渗透， 这个过程称为反渗 透。
无机化学
第1章 气体
(3) 1887年 van’t Hoff（1852－1911）[ 范德霍夫， 荷兰物理化学家，曾获1901年诺贝尔化学奖 ] 研究 溶液的渗透压，其结论为：溶质分散在一定体积的 溶剂中的渗透压和溶质扩散在等体积中的气体压力 一样， 即：πV = nRT or π = cRT • (The osmotic pressure is found to obey a law similar in form to the ideal gas law)
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第1章 气体
(2) 渗透（osmosis）：溶剂分子通过半透膜从稀溶 液向浓溶液方向移动的现象，称为渗透。 There is a net movement of solvent molecules from the less concentrated solution into the more concentrated one. This process is called osmosis. The important point to remember is that the net movement of solvent is always toward the solution with the higher solute concentration. 渗透压：渗透达到平衡时，半透膜两端液面差所产 生的静压力。
无机化学
稀溶液依数性的总结
第1章 气体
• 1、当难挥发性的非电解质溶解在溶剂中形成极稀 溶液，它的蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低 以及渗透压，与在一定量的溶剂或一定体积的溶 液中所溶解的溶质的摩尔数成正比，而与溶质的 本质无关。我们把这种溶液在性质上变化的规律 性称为稀溶液的依数性（colligative properties） • 2、蒸气压降低、沸点升高和凝固点降低都是由x 剂或m质来决定的，因此它们之间有联系，蒸气压 下降是核心。正是由于蒸气压的下降，引起了沸 点升高和凝固点降低。
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第1章 气体
2.溶液(Solutions) （1）溶液是均匀的分散系 （2）溶液的分类
分散相：溶质（solute） 分散介质：溶剂（solvent）
无机化学
1.2.4 溶液的浓度
第1章 气体
• 1．溶液浓度表示法 (1) 质量百分浓度（m/m）：(mass fraction, mass percentage)， ppm(parts per million)，ppb(parts per billion) 饮水中的砷含量不得超过0.05ppm（= 0.05mg/1L H2O） (2) 体积物质的量浓度（M = n / V）： 物质的量浓度（M） = moles of solute/liters of solution
0.0300（m）
(3.24/324)mol
0.01（m）
∴Hg(NO3)2在水中以离子状态存在
无机化学
第1章 气体
• HgCl2：
m
Tf Kf
1kg
0.0744 1.86
0.0400 （m）
• 而
(10.84/271)mol
0.040（m）
• ∴HgCl2基本上以分子形式存在
无机化学
第1章 气体
△P = P* - P = x质P* 称为Raoult’s law. 其中p*为在某温度下纯溶剂蒸 气压，p为同一温度下溶液蒸气压。 对于只有一种难挥发溶质的溶液：x质 + x剂 = 1 △P =（ 1-x剂）P* = P* - x剂P*， 故 P = x剂P* , 这是一种更常用的形式。 文字叙述为：在一定温度下，某难挥发性溶质的 溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩 尔分数。
无机化学
第1章 气体
3．溶液的凝固点的降低（Freezing point depression of solution） 由于溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。所以溶 液的凝固点要低于纯溶剂的凝固点。即Tf* > Tf Tf =Tf* Tf= Kf ·m
Kf molar freezing-point depression constant.在数值 上恰好等于1m溶液的凝固点下降的度数， 其单位为（℃）K ·kg ·mol1。
1.2 液体和溶液
第1章 气体
1.2.1 液体的特点 1.2.2 描述液体的物理量 1.2.3 溶液的一般概念 1.2.4 溶液的浓度 1.2.5 稀溶液的依数性
无机化学
1.2.1 液体的特点
第1章 气体
液体所表现出来的特性由其结构特点 决定的。它处于完全混乱的气体状态和 基本上完全有序的固体状态之间，所以 它既不能象气体运动论那样作基本假设， 又不能象固体那样，通过一定的对称性 作一些定量计算，因而液体的定量理论 的发展到目前为止还不甚理想。
Colligative 来自希腊语，意为团结、一起的意思。 依数性指的是仅仅与溶液中微粒的个数有关的性 质，而与溶质的种类无关。 １. Lowering the vapor pressure ２. Elevation of the boiling point. ３. Freezing point depression of solution ４. Osmotic pressure
无机化学
第1章 气体
2. 各种浓度之间的换算.
3. 各种不同纯度试剂的表示： 优级纯： Guarantee reagent 分析纯： Analytical reagent 化学纯： Chemical reagent 实验试剂： Laboratory reagent
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第1章 气体 1.2.5 稀溶液的依数性（ colligative properties of dilute solution）
无机化学
第1章 气体
1．溶液的蒸气压降低（Lowering the vapor pressure） ──稀溶液依数性的核心 • (1) 在一定温度下，向纯溶剂中加入难挥发性的溶 质，此溶液的蒸气压仍然是溶剂的蒸气压。 • (2) 在一定温度下，溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸 气压。 • (3) 拉乌尔定律：1880年法国化学家拉乌尔 （Raoult）通过实验发现：溶液的蒸气压下降与 溶质的摩尔分数有关：
无机化学
第1章 气体
Fig. 1 An aqueous solution and pure water in a closed environment. (a) Initial stage, (b) After a period of time, the water is transferred to the solution.
无机化学
第1章 气体
(3) 质量物质的量浓度（n / 1000g H2O）： 质量物质的量浓度（m） = moles of solute / kilograms of solvent 当溶液很稀时，ρ = 1，所以1kg溶剂近似看作1L 溶液，则M ≈ m (4) 摩尔分数（xi）Mole fraction of component: 摩尔分数xi = n i / n = moles of component/total moles of all components
无机化学
第1章 气体
• 注意： • a．极稀溶液中，一升溶液近似看作1kg溶 剂，所以π ≈ mRT； • b．只有在半透膜存在下，才能表现出渗透 压； • c．虽然稀溶液的π = cRT与气体的pV = nRT 完全符合，但π与p产生的原因是不同。
无机化学
(4) 应用
第1章 气体
a．求分子量。渗透压常用于极高分子量的物质的测定。 Sample exercise 1：在250C、1升苯中含5.0克聚苯乙烯 的溶液，其π = 7.6mmHg，试求聚苯乙烯的分子量？