第1章 气体、溶液和胶体

p< pΘ
T 难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点， 对于难挥发非电解质的稀溶液：
Tb′ Tb
△Tb = Tb – Tb′ = kbbB
(1-12)
29
kb称为溶剂的沸点升高常数，单位为K· mol-1。 kg·
表1-4 几种常见溶剂的Tb和Kb
溶剂 水(H2O) 苯(C6H6) 四氯化碳(CCl4) 丙酮(CH3COCH3) Tb/K 373.15 353.35 351.65 329.65 Kb/ Kkgmol-1 0.52 2.53 4.88 1.71
摩尔分数 Ｂ的物质的量与混合物总的物质的量之比。 nB nB xB (1-8) nA n总
A
xB的量纲为1。 两组分体系中： 多组分体系中： xA + xB=1
x
i
i
1
19
1.3.5 稀溶液中浓度换算的近似处理
i）两组分溶液，溶质B含量较少时：
nB nB nB cB bB m mA mB mA
溶液的沸点升高现象
难挥发非电解质稀溶液的蒸气压比纯溶剂要低，所以 在达到溶剂沸点时，溶液不能沸腾。为了使溶液沸腾，就 必须使溶液的温度升高，加剧溶剂分子的热运动，以增加 溶液的蒸气压。当溶液的蒸气压与外压相等时，溶液开始 沸腾。显然此时溶液的温度应高于纯溶剂的沸点。
28
p
p=101.325kPa
沸点升高示意图 溶剂 溶液
例1-1 某碳氢化合物的蒸汽，在100℃及101.325 kPa时，密度ρ=2.55 g· -1，由化学分析结果可知 L 该化合物中碳原子数与氢原子数之比为1:1。试 确定该化合物的分子式。
由：
pV p 2.55 10 3 g m3 8.314 J mol -1 K -1 373 .15K 77.89g mol 1 1.01325 10 5 Pa
1.93
35
5.63
101
105.00
水的饱和蒸汽压 只与温度有关。
11
Question
例1-2 在290 K，99.3 kPa的气压下，用排水集气 法收集氮气150 mL。求在273K，101.3 kPa下该 气体经干燥后的体积。
解： 查表1-3得，290K(17℃)时水的饱和蒸汽压为1.93k Pa。 根据分压定律： p(N2)=p(总)-p(H2O)=99.3 kPa -1.93 kPa =97.4 kPa 设氮气干燥后的体积为V′，压力为 p′，温度为T ′，则：
使用物质的量浓度 时应指明物质的基 本单元。
14
1.3.2 质量摩尔浓度
质量摩尔浓度 单位质量溶剂中所含溶质B的物质的量。
nB bB mA
(1-5)
mA为溶剂的质量，SI单位为kg； ①质量摩尔浓度与 bB的单位为molkg-1。 温度无关；
②使用质量摩尔浓 度时应指明物质的 基本单元。
15
17
Question
例1-4 已知浓硫酸的密度ρ= 1.84 gmL-1, 硫酸 的质量分数为96.0 %，若配臵500 mL c(H2SO4)=0.10 molL-1的稀硫酸，应取浓硫酸多 少毫升？
解： 设需取用浓硫酸的体积为V, 则： V cV ' M H 2SO 4
V cV ' M H 2SO 4
Leabharlann Baidu小分子或离子
<1
稳定 扩散快，颗粒能 透过半透膜
高分子 分 类别 分子大集合体 分子小集合体 散 1~100 >100 相 粒径/nm
稳定性 扩散及 透过性
相态 常见实例
不稳定
较稳定 扩散慢，颗粒不能透过半透膜
扩散很慢，颗 粒不能透过滤 纸
多相体系 泥浆 碘化银溶胶
均相体系 蛋白质水溶液 葡萄糖水溶液
Question
解：
例1-3 将0.270 g KCl晶体溶于100 g水中， 计算所得溶液中KCl的质量摩尔浓度。
n KCl
b KCl
m H 2O 0.270g 74.5g mol-1 0.100kg
M KCl m H 2O
m KCl
21
1.4.1 溶液蒸汽压的下降
液体的蒸发
一定温度下，敞口容 器中液体将不断蒸发 至没有液体留下。 一定温度下，密 闭容器中的液体 随着蒸发进行， 最终将达到液体 蒸发与气体凝结 的动态平衡状态， 蒸气压力不再变 化。
a 敞口容器
b 密闭容器中
液体的饱和蒸汽压 在一定温度下，液体与其蒸气平衡时 的蒸气压力为该温度下的液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。
M x[ M (C) M (H)] x (12.0g mol 1 1.01g mol 1 )
解得：x = 6，该化合物的分子式为C6H6。
9
1.2.2 分压定律
道尔顿理想气体分压定律 理想气体混合物中的各组分气体均 充满整个容器，混合气体中任一组 分的分压与该组分气体在相同温度 约翰· 道尔顿（1766下独占整个容器所产生的压力相同， 1844 ） 英国化学家、物理学家、 而总压力p等于混合体系中各组分 近代化学之父。 气体的分压之和。
PV PV T T
PVT 97.4 103 Pa 150 106 m3 273K V 1.36 104 m3 PT 101.325 103 Pa 290K
合136mL。
12
1.3 溶液浓度的表示方法
名称
物质的量浓度
数学表达式
c( B) n( B ) V
24
拉乌尔定律（Roult’s Law ）
表述1
一定温度下，稀溶液的蒸气压 等于纯溶剂饱和蒸气压与溶液中溶 剂的摩尔分数的乘积。
p p xA
0
(1-10)
两组分体系中：
xA x B 1
p p 0 xA p 0 (1 xB ) p 0 p 0 xB
拉乌尔（Raoult F M， 1830-1901），法国化 学家，主要从事溶液 的性质研究。 表述2
pi ni V RT
（1-2）
n
p p1 p2 p3 pi pi
i 1
（1-3）
10
水的饱和蒸汽压
水在不同温度下的饱和蒸气压
温度 /℃ 压力 /kPa 温度 /℃ 压力 /kPa 温度 /℃ 压力 /kPa
0
5 11 12
0.61
0.87 1.31 1.40
p p p xB
0 0
p p 0 xB
(1-10)
一定温度下，难挥发 非电解质稀溶液的蒸 气压下降值与溶质的 摩尔分数成正比。
25
稀溶液中：
nB nB nB M A xB bB M A nA nB nA nA M A
p p 0 xB p 0bB M A k b B
0.0362mol kg 1
16
1.3.3 质量分数
质量分数 单位质量溶液中所含物质B的质量。
mB mB B mA m
A
(1-6)
ωB的SI单位为1 。 物质的量浓度与质量分数间的换算：
nB mB mB B cB V M BV M Bm M B
(1-7)
第一章
气体、溶液和胶体
1
学
习
要
求
1.了解分散系的种类及主要特征。 2.掌握理想气体状态方程、道尔顿分压定 律及二者的应用。 3.掌握蒸气压下降、沸点升高和凝固点降 低、渗透压等稀溶液的通性及其重要应用。 4.熟悉胶体的基本概念、结构和重要性质 等。 5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊 液的基本概念和重要特征。
(1-9)
ii) 稀薄水溶液中： 当cB的单位为mol L-1，bB的单位为mol kg-1
时，二者数值近似相等。
20
1.4 稀溶液的通性
稀溶液：溶剂与溶质分子之间、溶质分子之间没 有相互作用的溶液，为一种理想化的溶液模型。 稀溶液的通性：
在难挥发的非电解质稀溶液中，溶液的某些性质仅与 溶剂中溶质的独立质点数相关，而与溶质本身的性质无关， 如溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压等，这类性质称 为稀溶液的通性或依数性。包括：蒸气压下降、沸点升高、 凝固点降低和渗透压现象。
22
几 种 液 体 的 蒸 汽 压 曲 线
①蒸气压是液体的重 要性质; ②蒸气压随温度升高 而增大。
23
溶液的蒸气压下降 在纯溶剂中加入一定 量的难挥发溶质后，溶剂 的摩尔分数下降，溶剂的 表面动能较高、能克服分 子间引力进入气相的分子 数目要比纯溶剂少。达到 平衡时，溶液的蒸气压要 比相同温度的纯溶剂饱和 蒸气压低，该现象称为溶 液的蒸气压下降。
4
按聚集状态分类的分散系
分散相 分散介质 实 例 空气、天然气、焦炉气 气体 云、雾 烟、灰尘 碳酸饮料、泡沫 液体
气体
液体 固体 气体
液体
固体 气体 液体 固体
白酒、牛奶
盐水、泥浆、油漆 泡沫塑料、木炭
固体
豆腐、硅胶、琼脂 合金、有色玻璃
5
按分散相粒径分类的分散系
粗分散系 胶体分散系 溶胶 高分子溶液 小分子或离 子分散系
pV = nRT （1-1）
p为气体压力，单位：Pa； V为气体体积，单位：m3; T为气体温度，单位：K； n为气体的物质的量，单位：mol； R为摩尔气体常数，取值8.314 Jmol-1K-1 。
8
Question
解： 设该化合物的摩尔质量为M，质量为m, 组成为(CH)x。 根据理想气体状态方程：pV = nRT m 得： pV RT M 故： M mRT ρRT
三氯甲烷(CHCl3) 乙醚(C2H5OC2H5)
334.45 307.55
3.63 2.16
30
6
1.2 气体
气体的特性是扩散性和可压缩性。
1.2.1 理想气体状态方程
理想气体：分子本身不占有体积、分子间没有 相互作用力的气体称为理想气体。
①抽象模型，理想气体在实际中并不存在； ②高温、低压情况下实际气体可近似看做理 想气体。
7
理想气体状态方程：理想气体的压力p、体积V、温 度T、和物质的量n之间存在确定的函数关系。
2
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
分散系 气体 溶液浓度的表示方法 稀溶液的通性 胶体溶液 高分子溶液和乳浊液
3
1.1 分散系
由一种（或多种）物质分散于另一种物质所 构成的系统，称为分散系。 分散相： 被分散的物质。
分散介质： 容纳分散相的物质。
按聚集状态或分散质粒大小可对分散系进行分类。


0.10mol L-1 500 103 L 98.0g mol-1 1.84 103 g L1 0.96
2.8 103 L
配臵溶液时，首先量取浓硫酸2.8 mL，将其缓缓加入约 400 mL的蒸馏水中，然后在容量瓶中定容至500 mL。
18
1.3.４ 摩尔分数
(1-11)
表述 3
一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸 气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。
26
拉乌尔定律的微观解释：
纯溶剂中能进入气相的分子比例： 一定温度下纯溶剂的饱和蒸汽压： 非电解质稀溶液中能进入气相的溶剂分子比例： 一定温度下非电解质稀溶液中溶剂的蒸汽压：
f e E / RT
p0 f
18
23 29 30
2.07
2.81 4.00 4.24
40
65 95 96
7.37
25.00 84.54 87.67
13
14 15 16
1.49
1.60 1.71 1.81
31
32 33 34
4.49
4.76 5.03 5.32
97
98 99 100
90.94
94.30 97.75 101.32
17
单位
mol﹒L-1
质量分数
mB w( B) m
m( B ) n( B ) m
n( B ) n
量纲为1
质量摩尔浓度
mol﹒kg-1
摩尔（物质的量）分数
x( B)
量纲为1
13
1.3.1 物质的量浓度
单位体积溶液中所含溶质B的物质的量。
nB cB V
(1-4)
nB 为物质B 的物质的量，SI单位为 mol； V 为溶液的体积，SI 单位为 m3； cB的SI 单位是 molm-3，常用单位是molL-1。
f xA
p p xA
0
拉乌尔定律的适用范围：
非电解质稀溶液
27
1.4.2 溶液沸点的升高和凝固点的降低
沸腾与沸点
当液体的蒸气压与外压相等时，液体表面和内部同时发 生气化现象，该过程被称为沸腾。此时的温度，称为液体的 沸点。 通常液体的沸点是指其蒸气压等于101.325 kPa时的温度， 称为正常沸点，也简称沸点。液体的沸点会随着外压的升高 而升高。