第二章溶液和胶体

第二章溶液和胶体 分散系：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的体系。分散系由分散质和分散剂两部分组成。第一节分散系若根据分散质粒子直径的大小区分，分散系又可分为三类，如表2-1所示： www.themegallery.com

第二章 第一节表2-1 按分散质粒子直径的大小分类的液态分散系 www.themegallery.com

第二章 第二节溶液物质以分子、原子或离子状态分散在另一种物质中所形成的均匀稳定的分子分散系称为溶液。气态溶液（如纯净的空气）固态溶液（如金属合金）液态溶液（如NaCl水溶液）。溶液中，分散质一般称为溶质，分散剂一般称为溶剂。本节主要讨论液态溶液中的有关性质。溶质+溶剂=溶液，这一过程称为溶解。 NaOH溶于水时会放出热量；NaCl溶于水时需从环境中吸收热量；乙醇与水混合后体积变小；白色的CuSO4固体溶于氨水后会产生深蓝色的溶液。 www.themegallery.com

第二章 第二节由此可见，溶解并不是一种简单的物理过程，往往也伴随着化学变化。一、溶液的浓度表示 1、质量分数溶质B的质量与溶液的质量之比，称为质量分数。用wB表示： www.themegallery.com

第二章 第二节 2、物质的量浓度物质的量浓度是指每升溶液中所含溶质B的物质的量。物质的量浓度用符号cB或c(B)表示： 3、质量摩尔浓度 1 kg 溶剂A中所含溶质B的物质的量，称为溶质的质量摩尔浓度。溶质B的质量摩尔浓度用bB表示： www.themegallery.com

第二章 第二节对于稀溶液，且要求不严格时，可用物质的量浓度近似地代替质量摩尔浓度。 4、摩尔分数溶质B的物质的量占溶液中各物质的量之和的比值，称为溶质B的摩尔分数，又称为溶质B的物质的量分数。溶质B的摩尔分数用xB表示：若对于一个两组分的溶液来说，溶质的物质的量分数xB与溶剂的物质的量分数xA分别为： www.themegallery.com

第二章 第二节所以：xA + xB = 1，若将这个关系推广到任何一个多组分系统中，则有：。【例2-1】在500 g溶液中含有50 g NaCl，此溶液的密度为1.071g·mL-1，求该溶液的物质的量浓度，质量摩尔浓度和摩尔分数各是多少？ www.themegallery.com

第二章 第二节解：（1） V = n(NaCl) = mol ｃ(NaCl) = mol·L－1 （2）b(NaCl) = mol·kg－1 （3） n(H2O) = mol x(NaCl) = www.themegallery.com

第二章 二、稀溶液的依数性溶液的性质有两类：第一类：如颜色、导电性、酸碱性等，这些性质由溶质的本性决定，溶质不同则性质各异；第二类：如溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等则与溶质的本性无关，取决于溶液中溶质的自由粒子（可以是分子、离子、原子等微粒）数目，即浓度。后一类性质常称为溶液的依数性，也称为溶液的通性。在难挥发非电解质的稀溶液中，这些性质就表现得更有规律。 www.themegallery.com

图2-1 纯溶剂（a）和溶液（b）蒸发示意图 ○代表溶剂分子 ●代表溶质分子第二章第二节 1、稀溶液蒸气压下降在一定温度下，溶液的蒸气压比相同温度下纯溶剂的饱和蒸气压低(如图２-１)，而且降低的程度与溶质的摩尔分数有关。 www.themegallery.com

第二章 第二节拉乌尔（F. M. Raoult）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。数学表达式为： Δ p ＝ - p ＝ ·xB 为纯溶剂的饱和蒸气压，单位均为Pa；xA为溶剂的摩尔分数。对于一个两组分的系统来说，设xB为溶质的摩尔分数，由于xA + xB＝1，即xA = 1 - xB，所以： p为溶液的蒸气压， www.themegallery.com

第二章 第二节拉乌尔定律另一种表述是：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值Δp与溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律只适用于非电解质稀溶液。在稀溶液中，溶剂的物质的量nA远大于溶质的物质的量nB，即有nA>>nB，nA+ nBnA，则 Δp ＝ ·xB = = = ·bB·MA = K·bB www.themegallery.com

第二章 第二节据此，拉乌尔定律又可表述为：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。若组成溶液的两组分间不产生相互作用，即在任何比例下都能遵守拉乌尔定律，这种溶液称为理想溶液，如苯和甲苯混合溶液可视为理想溶液。对于这样的溶液，即使溶质和溶剂均有挥发性，拉乌尔定律仍可适用。此时溶液的蒸气压等于两组分蒸气压之和： www.themegallery.com

图2-2 沸点升高和凝固点降低示意图 第二章第二节 2、溶液沸点升高图2-2显示了纯溶剂的蒸气压（AB线）与溶液的蒸气压（AB线）与绝对温度的关系。 www.themegallery.com

第二章 第二节图2-2显示了纯溶剂的蒸气压（AB线）与溶液的蒸气压（AB线）与绝对温度的关系。图中，代表纯溶剂的沸点，代表溶液的沸点，二者的差值称为溶液的沸点升高。 △T b = K b · bB Kb为溶剂沸点升高常数，单位为K·kg·mol-1。沸点升高常数Kb只与溶剂有关，而与溶质无关，不同的溶剂有不同的Kb值。 www.themegallery.com

第二章 第二节表 2-3 一些常见溶剂的沸点和Kb值 www.themegallery.com

第二章 第二节因为溶液沸腾后，随溶剂不断蒸发，溶液的浓度不断增大，所以与纯液体不同，溶液在沸腾时沸点不能保持恒定而是不断升高。由，可得：因此，可以通过对溶液沸点升高的测定来估算溶质的摩尔质量。 www.themegallery.com

第二章 第二节【例2-3】取2.69 g的某有机物溶于100 g苯中，测得该溶液的沸点上升了0.531 K，求该有机物的分子量。解：苯的Kb=2.53 K·kg·mol-1，则由可得： g·mol-1 www.themegallery.com

第二章 第二节 3、凝固点下降凝固点是指在一定的外压下，该物质的液相和固相达到平衡共存时的温度。从蒸气压的角度而言，某物质的凝固点就是固相蒸气压和液相蒸气压相等时的温度。 △T f = Kf ·b(B) Tf是溶液的凝固点下降值，Tf = - Tf，为纯溶剂的凝固点，Tf为溶液的凝固点；Kf是溶剂的凝固点降低常数，单位为K·kg·mol–1，它与溶剂的性质有关，与溶质的性质无关。 www.themegallery.com

第二章 第二节表2-4 一些常见溶剂的凝固点和Kf值同利用溶液的沸点升高测定计算溶质的摩尔质量一样，也可以通过对溶液凝固点降低的测定来计算溶质的摩尔质量。由于凝固点降低常数比沸点升高常数大，实验误差相对较小，而且在达到凝固点时，溶液中有冰析出，现象明显更容易观察。 www.themegallery.com

第二章 第二节【例2-4】某一wB＝1.00%的水溶液，测得其凝固点为273.05 K。计算该溶液中溶质的摩尔质量。解：根据公式：，则有：所以：由于该溶液浓度较小，所以mA + mB ≈ mA，即mB/mA ≈1.0 % 故： www.themegallery.com

图2-3 渗透现象 第二章第二节 4、溶液的渗透压渗透性是指分子或离子透过半透膜的性质。半透膜是一种选择性透过膜，它只允许溶剂分子或小分子透过，而不允许溶质分子或大分子透过。具有这种性质的膜有猪的膀胱、肠衣、植物的细胞壁以及人工制造的无机陶瓷膜等。 www.themegallery.com

第二章 第二节 www.themegallery.com

第二章 第二节如果半透膜两边溶液浓度相等，渗透压相等，这种溶液称为等渗溶液。如果半透膜两边溶液浓度不等，其渗透压不等，渗透压高的称为高渗溶液，渗透压低的称为低渗溶液。 Π ＝ cBRT Π表示渗透压（单位为kPa），R单位为kPa∙L∙mol－1∙K－1；T 单位为K，cB单位为molL-1。利用渗透压的公式也可以测定溶质的摩尔质量。但由于渗透压的测定较困难，所以一般只用来测定高聚物的相对分子质量。 www.themegallery.com

第二章 第二节其原因是：一方面高聚物溶液溶质分子和溶剂分子大小相差悬殊，较易选得合适的半透膜；另一方面，高聚物溶液的浓度小，产生的温度变化（T）亦小，不适于用沸点升高或冰点下降方法测定高聚物的相对分子质量，否则会引起的测量误差较大。【例2-5】有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质5.18 g。已知在293.15 K时，溶液的渗透压为0.413 kPa。求算此蛋白质的摩尔质量。解：根据公式Π＝cBRT www.themegallery.com

第二章 第二节以上讨论的是难挥发、非电解质稀溶液的依数性。其实，浓溶液、电解质溶液也有蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压，但其依数性存在着不同程度的偏差。 www.themegallery.com

第二章 第二节表2-5 NaCl和HAc水溶液的凝固点下降 www.themegallery.com

第二章 三、电解质溶液简介在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物称为电解质，不能导电的化合物称为非电解质。根据其水溶液中导电能力的强弱又可分为强电解质和弱电解质。 1、解离度解离度是指溶液中已解离的电解质的物质的量占溶液中初始电解质物质的量的百分数，用α表示。％ α＝ www.themegallery.com

第二章 第二节 2．强电解质溶液（1）表观解离度强电解质在水溶液中是全部解离的，其解离度应是100%，但在实际测定时，强电解质的“解离度”都小于100%，如下表所示。 www.themegallery.com

图2-4 “离子氛”示意图 第二章第二节几种强电解质的实测解离度（298.15K,0.1mol·L-1）电解质 KCl ZnSO4 HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 实测解离度 (%) 86 40 92 92 61 91 81 www.themegallery.com

第二章 第二节（2）活度和活度系数离子活度是离子在反应中发挥作用的有效浓度。若以c表示离子的浓度，f表示活度系数，则离子活度a与浓度的关系为 a = f ·c f 反映了电解质溶液中离子间相互牵制作用的大小。溶液越浓，离子电荷越高，离子间的牵制作用越大，f越小，活度和浓度间的差距也就越大，反之亦然。为定量表征电解质浓度和离子电荷数对活度系数的影响，引入离子强度（I）的概念，离子强度的定义为： www.themegallery.com

第二章 第二节 cB是离子B的浓度，zB是离子B的电荷。【例2-6】计算0.1mol·L-1CaCl2溶液的离子强度。解： I越大，f 就越小。高价离子的f 值小于低价离子的 f 值，特别是在较大离子强度的情况下二者的差距更大。 www.themegallery.com

第二章 第二节表2-7 活度系数 f 与离子强度 I 的关系 www.themegallery.com

第二章 第二节对于稀溶液，弱电解质溶液、难溶强电解质溶液作近似计算时，因为离子浓度很低，离子强度小，f 值非常接近1，因此通常可用浓度来代替活度计算。 www.themegallery.com

第二章 第三节胶体 • 胶体分散系是由颗粒大小在1~100 nm 的分散质组成的体系。它可分为两类： • 胶体溶液，又称溶胶。它是由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶等。 • 高分子溶液，它是由一些高分子化合物组成的溶液。如胶水。 www.themegallery.com

第二章 一、表面吸附分散体系的分散度常用比表面来衡量。比表面是指单位体积物质所具有的表面积。V代表物质的总体积，A表示物质的总表面积，S0代表比表面，则：Ｓ0＝ www.themegallery.com

若分散质粒子是一个立方体，边长为l，体积为l3，总表面积为6l2， 则：Ｓ0＝ l愈小，比表面愈大，分散度愈大。如，将边长为1cm的立方体分割成1～100 nm的小立方体时，比表面增加到原来的105～107倍。大比表面，对胶体性质产生影响。第二章第三节 www.themegallery.com

第二章 第三节对于液体或固体来说，内部质点所受合力为0，而表面质点因外部气体分子对其引力较小，必然受到一指向液体或固体内部的作用力。因此，欲将内部质点迁移到表面，即扩大表面积，就必须吸收能量。通常用表面能表示表面质点比内部质点高出的能量。比表面积越大，表面能就越高，系统就越不稳定，因此液体和固体都有自动减少表面能的能力。凝聚和表面吸附是降低表面能的两种途径。 www.themegallery.com

第二章 第三节一种物质的分子自动聚集到另一种物质的界面上的过程，称为吸附。具有吸附能力的物质称为吸附剂，而被吸附的物质称为吸附质。固体在溶液中的吸附分为两类：分子吸附和离子吸附。 a. 分子吸附固体吸附剂在非电解质或弱电解质溶液中对溶质分子的吸附，称为分子吸附。极性的吸附剂较易吸附极性的物质，非极性的吸附剂较易吸附非极性的物质。 www.themegallery.com

第二章 第三节 b. 离子吸附固体吸附剂在强电解质溶液中对溶质离子的吸附称为离子吸附。离子吸附又可分为两种：离子选择吸附和离子交换吸附。 • 离子选择吸附一般规律是：优先吸附与它组成有关的离子。如：AgBr固体在AgNO3溶液中，由于Ag＋是AgBr的组成部分，因而被AgBr优先吸附。 www.themegallery.com

第二章 第三节 • 离子交换吸附 • 吸附某种离子的同时，将原来已存在于吸附剂表面的电荷符号相同的另一种离子等量地释放到溶液中去，这种吸附称为离子交换吸附或离子交换。 • 交换能力与溶液中离子的浓度和价数有关。浓度越大，交换能力越强。离子价数越高，交换能力越强。例如，交换能力Na＋＜Mg2＋＜Al3＋ • 价数相同时，与水化离子半径有关。例如： • 水化离子半径：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋ • 交换能力：Li＋＜Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋ www.themegallery.com

第二章 二、溶胶的制备常用溶胶的制备方法是分散法和凝聚法。 1、分散法是将粗分散系中的粒子通过破碎与研磨，使粒子大小达到胶体分散系范围的方法，通常包括：（1）研磨法（2）超声波法（3）电弧法（4）胶溶法 2、凝聚法（1）物理凝聚法（2）化学凝聚法 www.themegallery.com

第二章 第三节制备氢氧化铁溶胶就是一个经典的例子，如把几滴FeCl3溶液滴加到沸水中，则发生下列反应： FeCl3 +3H2O = Fe(OH)3（溶胶） + 3HCl 趁热用渗析法除去HCl，就可以得到稳定的Fe(OH)3溶胶。再如硫化砷溶胶的制备，将H2S通入稀的As2O3溶液就可以得到高分散的As2S3溶胶，反应式如下： As2O3 + 3H2S = As2S3（溶胶） + 3H2O www.themegallery.com

第二章 三、溶胶的性质 1、光学性质图2-5 丁达尔效应(a)和超显微镜(b) 1.光源2.显微镜3.样品池4. 聚光镜5. 溶胶 www.themegallery.com

图2-6 电泳示意图 第二章第三节 2、动力学性质--布朗（Brown）运动 3、电学性质（1）电泳在溶胶中插入正、负两个电极，通入直流电，可以看到溶胶粒子会发生定向迁移，这种现象称为溶胶的电泳。 www.themegallery.com

第二章 第三节（2）电渗：在外电场下，使溶胶粒子不动，分散剂定向移动的现象称为电渗。 Fe(OH)3溶胶图2-7 溶胶的电渗 www.themegallery.com

第二章 第三节电泳现象和电渗现象都说明溶胶粒子是带电的。溶胶粒子带电的主要原因是： a：吸附带电以氢氧化铁溶胶为例，在该溶胶的制备过程中除产生Fe(OH)3外，还有部分FeOCl生成： Fe(OH)3 + HCl= FeOCl +2H2O FeOCl进一步解离生成FeO+和Cl-： FeOCl = FeO+ + Cl- Fe(OH)3优先吸附FeO+，使Fe(OH)3溶胶粒子带正电。 www.themegallery.com

第二章 第三节又如将H2S气体通入饱和As2O3溶液中，可制得淡黄色的As2S3溶胶。由于H2S在溶液中离解产生HS-，所以，As2S3溶胶吸附HS-以后带负电。 b：解离带电例如，硅胶粒子带电就是因为表面的H2SiO3解离形成HSiO3-或SiO32-和 H+，这时H+进入分散剂，而在溶胶粒子表面HSiO3-或SiO32-留下而带负电。 www.themegallery.com

第二章 四、胶团的结构 [(AgI)m．nI-．(n-x)K+]x-．xK+ 扩散层吸附层图2-8 AgI溶胶的胶团结构式示意图 www.themegallery.com

第二章 第三节在制备AgI溶胶时，如果AgNO3过量，那么其胶团结构表示为： [(AgI)m·nAg+·(n - x)NO3－]x+·xNO3－同理，氢氧化铁、三硫化二砷和硅胶的胶团结构式可表示如下： {[Fe(OH)3]m·nFeO+·(n-x)Cl－}x+·xCl－ [(As2S3)m·nHS－·(n-x)H+]x－·xH+ [(H2SiO3)m·nHSiO3－·(n-x)H+]x－·xH+ www.themegallery.com

第二章 溶液和胶体