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1. 分散系.ppt

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1. 分散系.ppt

第一章 分散系,学习目标 掌握理想气体状态方程式及其应用 掌握理想气体分压定律及其应用 熟练掌握各种溶液浓度的表示及其计算 掌握稀溶液的通性及其计 了解均相分散系、多相分散 了解胶体溶,,1.1 分散系 1.2 气体 1.3 液体 1.4 溶液的组成的标度 1.5 稀溶液的通性,1. 1 分散系,分散系统的基本概念,被分散的物质,起分散作用的物质,,,分散质,分散剂,分散系,分散系按分散质粒子大小分类,1.2 气体gas,1.1.1理想气体状态方程式 1.1.2 道尔顿气体的分压定律,pV nRT,p气体压力,SI单位为Pa,V气体体积, SI单位为m3,n气体物质的量, SI单位为mol,R摩尔气体常数 SI单位为8.314 kPadm3 mol -1K-1 ( Jmol -1K-1 ),(常用R0.0821atmLmol-1K-1 ),分子本身不占有体积,分子间没有相互作用的气体,理想气体,理想气体状态方程式,T 绝对温度 SI单位为K,( p V T 关系),State equation of ideal gas,1.1.1 理想气体状态方程式,在标况下,2molN2的体积,在1大气压、25C下,2molN2和CO2的体积,[example],Example1.2 p8,预习气体常数的测定(实验教材),理想气体状态方程其它表达形式,2、恒温恒压下,,,[例1.1],P1V1P2V2,1.恒温下,一定质量的气体在不同的状态,,1.1.2 道尔顿气体的分压定律,什么叫分压力 ,某一组分气体对器壁产生的(施加的)压力叫该组分气体的分压力 pi 等于该气体单独占有该容器时产生的压力。,分压力与总压力的关系,P总 ,A、B各自都遵守理想气体状态方程式,则,PAVnART PBVnBRT,P总PAPB,P总V n总RT = (nA + nB)RT,假如容器中有1、2、3----等多种气体,则,道尔顿分压定律,(Dalton,1807),在温度和体积恒定时,混合气体的总压力等于组分气体分压之和.,分压,总压,,分压定律的应用,例题用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下,用排水集气法收集氢气,集气瓶中气体压力为98.70kPa(25℃时,水的饱和蒸气压为3.17kPa),体积为2.50L,计算反应中消耗锌的质量。,解 T 27325K 298K p98.70kPa V2.50L 298K时,pH2O3.17kPa Mr Zn65.39,Zns 2HCl  ZnCl2 H2g 65.39g 1mol mZn 0.0964mol,nH2 ,mZn ,6.30g,0.0964mol,1.3 液体liquid,1.3.1液体蒸发 1.3.2饱和蒸气压,1.2.1 饱和蒸气压vapour pressure,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蒸发,凝结,蒸发速率凝结速率,,饱和蒸气压,---- 一定温度下,液体与其蒸气平衡时蒸气的压力. 单位Pa,蒸气压与液体的本质和温度有关,,,,,,,,,,,,,固体的饱和蒸气压,一定温度下,固体与其蒸气平衡时蒸气的压力.,沸点,------当液体的蒸气压等于外压时的温度,液体的冰点 和固体的熔点,273.15 373.15 T/K 水和冰的饱和蒸气压曲线,冰点,P/Pa 101.325 0.611,1.4 溶液的组成的标度,1.4.1 物质的量浓度 1.4.2 质量摩尔浓度 1.4.3 摩尔分数 1.4.4 质量分数 1.4.5 质量浓度,1.4.1 物质的量浓度,nb为溶质的物质的量,SI单位为摩尔; V为溶液的体积,SI单位m3,常用单位L,常用单位为molL-1 、moldm-3,使用物质的量单位mol时,要指明物质的基本单元,注意,,比较,1L溶液所含高锰酸是否相同,,[例] 将 15.8gKMnO4配成1L溶液,计算cKMnO4, c1/5KMnO4.,溶液中溶质B的物质的量除以溶剂的质量,nB为溶质的物质的量,SI单位mol mA是溶剂的质量, SI单位为kg,质量摩尔浓度,SI单位为molkg-1;,1.4.2 质量摩尔浓度,1.4.3 摩尔分数,溶液中某一组分B物质的量占全部溶液的物质的量的分数,nb为溶质的物质的量,SI单位为摩尔 n为溶液的物质的量,SI单位摩尔,SI单位为1,对于多组分体系,[例3],溶质的质量占全部溶液质量的百分数,mB为溶质的质量 m为溶液的质量,SI单位为1,(质量百分比浓度),1.4.4 质量分数,溶质的质量与溶液体积之比,mB为溶质的质量 V为溶液的体积,SI单位为1,(自主学习),1.4.5 质量浓度,1.4.6 各种浓度之间的关系自主学习),总结出以以cB 、bB、wB、xB相互换算关系 自我检查练习P34 1.3 为什么在稀的水溶液,1.5 稀溶液的通性(依数性) Colligative properties of dilute solutions,1.5.1 蒸气压下降 1.5.2 溶液的沸点上升和凝固点下降 1.5.3 渗透压,溶液的性质分两类,一类由溶质的本性决定的,如密度、颜色、导电 性、酸碱性等,另一类是由溶质粒子数目的多少决定的,与溶质的本性无关,我们把这一类性质称为稀溶液的通性,或者称为依数性。,稀溶液的通性,溶液的蒸气压下降,溶液的沸点上升和凝固点下降,溶液的渗透压,,1.5.1蒸气压下降(The lowering of the vapor pressure,,蒸气压下降,在同一温度下,溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压。,溶液蒸气压下降示意图,,,纯溶剂,溶液,,Roult(拉乌尔) 定律,在一定的温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积。,pp*xA,数学表达式,对于一个两组分的系统来说,因xA+xB1,xA1-xB,pp*(1-xB) p*-p*xB,△pp*-pp*xB,溶液蒸气压的下降值,,在一定温度下,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 。,△pp*xB,p----溶液的蒸气压 p*----纯溶剂溶剂的饱汽压,蒸气压下降的实验证明,,纯水,B 糖水,Roult(拉乌尔) 定律另一种表示,,在判断中有用,大家推导,8. 下列溶液中蒸汽压最高的是 A. 0.01mol.kg-1 C3H8O3溶液 C、0.1mol.kg-1 C6H12O6溶液,D、0.1mol.kg-1 NaCl溶液,B、0.01mol.kg-1 H2SO4溶液,[例],1.5.2 溶液的沸点上升和凝固点下降,△TbKbbB,bB---溶液中溶质的质量摩尔浓度 SI单位为摩尔Kg-1,,Kb-----溶剂沸点升高系数 SI单位为Kkgmol-1,△Tb--溶液沸点的升高值, SI单位为K,1溶液沸点的升高 The elevation of the boiling point,Kb-溶剂沸点升高系数 ,只与溶剂有关而与溶质无关,注意,△TfKf bB,Kf为溶剂凝固点下降系数 SI单位为Kkgmol-1,,△Tf为溶液凝固点下降值,2凝固点下降The depression of the freezing point(自主学习),固相溶剂,液相溶剂,T f0,T f,T/K,P/Pa,Kb-溶剂沸点升高系数 只与溶剂有关而与溶质无关,注意,常利用稀溶液沸点升高和凝固点降低的规律来测定溶质的摩尔质量 由于Kf大于Kb,实验误差小,且凝固点时有晶体析出,易于观察,故常用凝固点降低的规律来测定溶质的摩尔质量,3 应用,△TbKbbB,△TfKfbB,,C. 0.02mol.kg-1 的NaCl D. 0.01mol.kg-1 的KCl,A. 0.1mol.kg-1 的蔗糖 B. 0.01mol.kg-1 的尿素,0.18的葡萄糖分子量为180溶液的凝固点与 溶液的凝固点近似相等.,,[例],[例]在200克水中溶解100克乙二醇C2H6O2制取汽车用的防冻剂,试计算 (1)已知250C时纯水蒸汽压是3.18 KPa,求该温度下溶液的蒸汽压; 2溶液的正常沸点; 3溶液将在什么温度下凝固。,PP*XA 3.18*0.872.76KPa,1.5.3 渗透压The osmotic pressure 自主学习),,渗透压,溶液与纯溶剂用半透膜隔开,若在溶液上加一额外压力,恰能使渗透作用达到平衡,这个额外压力就是该溶液的渗透压。 (阻止溶剂通过半透膜进入溶液所施加于溶液的最小额外压力),,,胡罗卜,,糖水,液柱产生的静压力阻止了水继续向管中渗透 阻止渗透所需要的外界静压力,叫渗透压,记作。,1886年,荷兰物理化学家J.H.van’t Hoff发现非电解质稀溶液的渗透压的大小,可以用与理想气体状态方程pV nRT形式相似的方程式计算 V nRT,当溶液很稀时,,渗透压大小的计算van’t Hoff equation,渗透压,,溶液的渗透压与溶质的本性无关,只与溶质的浓度有关 依数性。,通过测定溶液的渗透压可以计算难挥发非电解质的摩尔质量;(p20 例 1.7 电解质对生命体的重要性; 反渗透法制备纯净水; 植物水份的吸收.,渗透压的应用,[例1.7],1.6 两挥发组分的溶液、蒸馏和分馏原理 自主学习,,若忽略二组分之间的相互作用, A、B二组分服从拉乌尔定律,pAxAp*A,pBxBp*B,溶液的混合蒸气压,PPAPB,XAP*A,XBP*B,则P*B <P < P*A,若P*AP*B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,[Eg] xC6H60.33, xC6H5CH30.67,20 0C, pC6H610kPa, pC6H5CH32.9kPa,P pC6H6 pC6H5CH3 3.3kPa2.97kPa5.2kPa,pC6H6 x C6H6 p*C6H6 3.3kPa,,pC6H5CH3 x C6H5CH3 p*C6H5CH3 1.9kPa,溶液的蒸气中,xC6H6 p C6H6 / p 3.3/5.50.63,xC6H5CH3 p C6H5CH3 / p 1.9/5.20.37,溶液的蒸气中,易挥发组分的摩尔分数比其在溶液中的高,1.7 胶体colloid,1.7.1 胶体colloid溶液 1.7.2比表面积和表面能自主学习 1.7.3 胶体的制备和性质,1.7.1 胶体colloid溶液,胶体分散系分类,溶胶,高分子溶液,胶体分散系分散质粒子大小范围在1-100nm,由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相系统。 许多不溶性的氢氧化物、卤化物、硫化物等[如Fe(OH)3溶胶],高分子化合物的水溶液(如淀粉、动物胶),,溶胶,高分子溶液,分散系的分散度用比表面积表示。,比表面积定义,S-----分散质的总表面积,V-----分散质的体积,单位体积的分散质表面积越大,则分散质的颗粒越小, 则比表面积越大,体系的分散度越高,1.7.2 比表面积和表面能自主学习,表面能,-------表示表面积质点高出的能量,比表面积越大,表面能越高,越不稳定,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.7.3 胶体的制备和性质,各种典型的晶体物质都可以用降低其溶解度或选用适当的分散剂的方法制成溶胶,分散法研磨法、超声法、电弧法,用胶体磨把要分散质和分散剂一同反复地研磨,直到所需的分散程度。,聚集法,稀溶液,煮沸,溶胶,稀溶液,溶胶,化学反应法,FeCl3 3H2O Fe(OH)3 3HCl,2H3AsO3 3H2S As2S3 6H2O,1.7.3.1 胶体的制备,1丁达尔(Tyndall)效应溶胶的光学性质,丁达尔效应是胶体所特有的现象,1.7.3.2 胶体的性质,2动力学性质-----布朗运动,,3电学性质,(a)电泳示意图,电泳 ,给溶胶加上一电场,溶胶粒子会发生定向迁移的现象,电渗 ,将分散质固定,让分散剂在电场作用下迁移的现象,正溶胶,负溶胶,电泳和电渗 现象都说明溶胶粒子是带电的,Fe(OH)3溶胶、Al(OH)3溶胶、H2TiO3溶胶,As2S3溶胶、 Sb2S3 溶胶、H2SiO3溶胶,溶胶带电的主要原因有,(1)吸附作用,选择性吸附溶胶粒子选择吸附了与其组成有关的离子而电。,例 FeCl3 3H2O Fe(OH)3 3HCl,Fe(OH)3 HCl FeOCl 2H2O,,FeOCl FeO Cl-,FeOH3溶胶对FeO+的吸附而带正电,吸附规则溶胶粒子总是尽先吸附了与其组成有关的离子,剩余Ag, NO3-, Ag优先被 AgI 吸附,AgI溶胶带正电,eg,(2)离解作用,硅胶粒子负电 ,H2SiO3 HSiO3- H , HSiO3- SiO32- H,,,离子交换吸附,土壤粒子,,Ca2, 2NH4,,,,土壤粒子,NH4,NH4, Ca2,吸附剂本身等量地置换出另一种电荷符号相同的离子到溶液中去的缘故,1.7.4 胶团的结构,例 AgNO3 KI (过量) AgI(溶胶 ) KNO3,剩余K ,I-, I-优先被 AgI 吸附,[Ag Im n I nx K ]x x K,,胶粒,,胶团,胶核 电位离子 反离子 反离子,,吸附层 扩散层,,,,,,,,例 AgNO3 KI (过量) AgI(溶胶 ) KNO3,剩余K ,I-, I-优先被 AgI 吸附,胶核,胶粒,扩散层,胶团,电位离子,反离子,反离子,[(AgI)m nI - (n – x )K]x- Xk,吸附层,剩余K ,I-, I-优先被 AgI 吸附,例 AgNO3 KI (过量) AgI(溶胶 ) KNO3,胶团的结构[(AgI)mnI-(n – x )K]x- xK,溶液中有K、I-、NO3- I-优先被 AgI 吸附,例 FeCl3 3H2O Fe(OH)3 (溶胶 ) 3HCl,胶团的结构{[Fe(OH)3 ] mnFeO(n – x )Cl-}x xCl-,例 2H3AsO3 3H2S As2S3 6H2O,胶团的结构 [As2S3mnHS-n-xH+]x-xH+,溶液中有H、HS--,例,35ml 0.008 mol.L-1NaCl 溶液与45ml0.005mol.L-1AgNO3 溶液混合制成AgCl溶胶,该溶胶的电位离子是( ) A. Na B. Cl- C. Ag D. NO3-,0.28mmol,0.225mmol,B,胶团的结构[(AgCl)mnCl-(n – x )Na]x- xNa,1.7.5 溶胶的稳定性和聚沉 (自主学习),1.7.5.1溶胶的稳定性 1.7.5.2 溶胶的聚沉,溶胶在溶液中能稳定存在,其主要原因,,溶剂化膜,,动力学稳定性,聚结稳定性,静电斥力,1.7.5.1溶胶的稳定性,1.7.5.2 溶胶的聚沉,溶胶聚沉的因素,加入电解质,加入相反电荷的溶胶,加热,溶胶浓度过大,,若溶胶动力学稳定性和聚结稳定性受破坏,就发生聚沉,影响最大,电解质对溶胶聚沉作用,电解质对溶胶起聚沉作用的主要是是与胶粒所带电荷相反的离子,而且与其所带电荷的多少有关。,,Schulze-Hardiy(舒尔策哈代)规则 电解质的负离子对正溶胶起聚沉作用,正离子对负溶胶起聚沉作用。聚沉能力随离子价数的升高而显著增大,聚沉值,一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度,,聚沉值越小,聚沉能力越大,聚沉值越大,聚沉能力越小,离子电荷越高,对聚沉作用越大,带有相同 电荷的离子,随离子半径的减小,电荷密度增加, 聚沉能力减弱,Rb K Na Li,,离子半径的减小,电荷密度增加,聚沉能力,聚沉值越小,聚沉能力越大,聚沉值越大,聚沉能力越小,本章典型习题,,P34 1.3、1.4、1.8、1.10,

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