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第五章 膠 體首 頁難題解析學(xué)生自測題學(xué)生自測答案章后習(xí)題解答難題解析 TOP 例5-1 為什么溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，同時溶膠又具有動力學(xué)穩(wěn)定性？解 溶膠是高度分散的多相分散系統(tǒng)，高度分散性使得溶膠的比表面大，所以表面能也大，它們有自動聚積成大顆粒而減少表面積的趨勢，即聚結(jié)不穩(wěn)定性。因而是熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)。另一方面，溶膠的膠粒存在劇烈的Brown運動，可使其本身不易發(fā)生沉降，是溶膠的一個穩(wěn)定因素；同時帶有相同電荷的膠粒間存在著靜電斥力，而且膠團(tuán)的水合雙電層膜猶如一層彈性膜，阻礙膠粒相互碰撞合并變大。因此溶膠具有動力學(xué)穩(wěn)定性。例5-2 硅酸溶膠的膠粒是由硅酸聚合而成。膠核為SiO2分子的聚集體，其表面的H2SiO3分子可以離解成SiO32-和H+。H2SiO3 2H+ +SiO32-H+離子擴(kuò)散到介質(zhì)中去。寫出硅膠結(jié)構(gòu)式，指出硅膠的雙電層結(jié)構(gòu)及膠粒的電性。解 硅膠的結(jié)構(gòu)式（SiO2）mnSiO32-2（nx）H+ 2x2xH+膠核表面的SiO32-離子和部分H+離子組成帶負(fù)電荷的吸附層，剩余的H+離子組成擴(kuò)散層，由帶負(fù)電荷的吸附層和帶正電荷的H+離子組成的擴(kuò)散層構(gòu)成電性相反的擴(kuò)散雙電層。膠粒帶負(fù)電荷。例5-3 什么是表面活性劑？試從其結(jié)構(gòu)特點說明它能降低溶液表面張力的原因。解 在水中加入某些溶質(zhì)可使水的表面張力降低，這種使水的表面張力降低的物質(zhì)叫做表面活性物質(zhì)（表面活性劑）。這種物質(zhì)大都有一個親水基團(tuán)（）和一個疏水基團(tuán)（R）組成，且疏水基團(tuán)大于親水基團(tuán)。當(dāng)溶于水溶液中時，由于表面活性劑的兩親性，它就有集中在溶液表面的傾向（或集中在不相混溶兩種液體的界面，或集中在液體和固體的接觸面），從而降低了表面張力。例5-4 將適量的高分子電解質(zhì)（NaP）溶液和小分子電解質(zhì)溶液分別放于半透膜的兩側(cè)，初始濃度如下圖所示：膜內(nèi)膜外PNa+Na+Cl0.10molL+0.10molL+0.50molL-10.50molL-1計算達(dá)到Donnan平衡后各離子在膜兩則的濃度。析 在半透膜的兩側(cè)，大離子P不能透過半透膜，小離子可以任意進(jìn)出半透膜，達(dá)平衡時，依據(jù)Donnan膜平衡原理可進(jìn)行計算。解 設(shè)平衡時半透膜內(nèi)側(cè)Cl的濃度為 molL-1，則平衡時各物質(zhì)的濃度為：c（Cl）內(nèi)= molL-1c（Na+）內(nèi)=0.10molL1+ molL-1c（Na+）外= c（Cl）外=0.50molL1 molL-1c（P）內(nèi)=0.10 molL-1達(dá)到Donnan平衡時存在如下關(guān)系：c（Na+）內(nèi)c（Cl）內(nèi) = c（Na+）外c（Cl）外將數(shù)據(jù)代入得：（0.10+）=（0.50）（0.50）解得 =0.23所以達(dá)到Donnan平衡后，半透膜兩側(cè)離子的濃度分別為：c（P）內(nèi)= 0.10 molL-1c（Na+）內(nèi)=0.10molL1+ 0.23 molL-1=0.33 molL-1c（Cl）內(nèi)= molL-1=0.23 molL-1c（Na+）外= 0.50 molL1 molL-1=0.27 molL-1c（Cl）外=0.50 molL-1 molL-1=0.27 molL-1學(xué)生自測題 TOP 判斷題 選擇題 填空題 問答題 計算題一、判斷題（對的打，錯的打）1.溶膠都能產(chǎn)生電泳現(xiàn)象。 （ ）2.膠體分散系是非均相分散系。 （ ）3.向溶膠中加入高分子溶液時，溶膠的穩(wěn)定性增加。 （ ）4.分散系中，被分散的物質(zhì)稱為分散相，容納分散相的連續(xù)介質(zhì)為稱為分散介質(zhì)。（ ）5.當(dāng)膠粒移動時，膠團(tuán)從吸附層和擴(kuò)散層間分開。 （ ）二、選擇題（將每題一個正確答案的標(biāo)號選出） TOP 1.下面對溶膠的敘述正確的是 （ ）A.溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，但具有動力學(xué)穩(wěn)定性 B.溶膠具有動力學(xué)穩(wěn)定性，并且是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系 C.溶膠是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，且具有動力學(xué)不穩(wěn)定性 D.溶膠是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，同時又具有動力學(xué)穩(wěn)定性 E.溶膠不具有相對穩(wěn)定性2.關(guān)于膠體和溶液的區(qū)別，下列敘述中正確的是 （ ）A.溶液呈電中性，膠體帶有電荷B.溶液中的溶質(zhì)微粒不帶電，膠體中分散質(zhì)微粒帶有電荷C.通電后，溶液中溶質(zhì)微粒分別向兩極移動，膠體中分散質(zhì)微粒向某一極移動D.溶液與膠體的本質(zhì)區(qū)別在于分散質(zhì)微粒直徑大小，前者小于1nm，后者介于1nm100nm。E.溶液中的溶質(zhì)微粒帶電荷，膠體中分散質(zhì)微粒不帶電荷3.混合AgNO3和KI溶液制備AgI負(fù)溶膠時，AgNO3和KI間的關(guān)系應(yīng)是 （ ）A.c (AgNO3) c (KI) B.V (AgNO3) V (KI) C.n (AgNO3) n (KI) D.n (AgNO3) = n (KI) E.n (AgNO3) n (Br)，AgNO3溶液過量，膠核(AgBr)m優(yōu)先吸附Ag+形成帶正電荷的膠粒。膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)為：(AgCl)mnAg+(n-x)NO3x+x NO3-因此，電解質(zhì)中的負(fù)離子對膠粒的聚沉起主要作用，并且價數(shù)越高的負(fù)離子聚沉能力越強，所以NaSO4及MgSO4 的聚成能力大于CaCl2；此外，具有相同負(fù)離子的電解質(zhì)，正粒子的價數(shù)越高對正膠粒的聚沉能力越弱，所以NaSO4的聚沉能力大于MgSO4，故上述電解質(zhì)聚沉能力次序為：MgSO4NaSO4CaCl2 章后習(xí)題解答 TOP習(xí)題1汞蒸氣易引起中毒，若將液態(tài)汞（1）盛入燒杯中；（2）盛于燒杯中，其上覆蓋一層水；（3）散落成直徑為210-4cm的汞滴，問哪一種引起的危害性最大 ？為什么？解 第（3）種情況引起汞中毒的危險性最大。這是因為液態(tài)汞分散成微小汞液滴后，比表面增大，處于表面上的高能量Hg原子的數(shù)目增加，更易揮發(fā)成汞蒸氣，與人體各器官接觸的機會激增，更易引起汞中毒。220及100kPa的壓下力,把半徑為1.00mm的水滴分散成半徑為1.0010-3mm的小水滴。問需作多少焦?fàn)柕墓?？已知?0時水的值為0.728 Nm-1.(1N=10-2Jcm-1)。解 設(shè)分散前水滴半徑r1=1.00mm，分散后水滴半徑r2=1.0010-3mm、水滴數(shù)目N。分散前后水滴的表面積分別為：A1=4r1， A2=N(4r)因為分散前后水的總體積相等：N=所做的功為：W = (A2A1) = = 43.14(1.0010-3m)20.0728Nm-1= 9.1310-4J3 舉例說明制備膠體的分散法和凝集法。解 膠體的制備方法常見的有分散法和凝聚法。分散法是將顆粒大的物質(zhì)分散成膠體分散系粒子大小而分散在介質(zhì)中，例如，將SiO2粉末通過高速分散機分散在水中制成硅溶膠；凝聚法則是由物理凝聚或化學(xué)凝聚法，使顆粒很小的無機鹽類生成膠體物質(zhì)，如在0.4%的酒石酸溶液中滴加飽和H2S溶液即可制得橙紅色的Sb2S3溶膠。4何謂表面能和表面張力？兩者有何關(guān)系？答 液體表層分子受力不均，合力指向液體內(nèi) ，液體表面有自動縮小的趨勢?？朔合鄡?nèi)部分子的引力增大表面而做的功以勢能形式儲存在表面分子，稱為表面能；作用在單位長度表面上的力稱為表面張力，兩者為同一物理概念的不同表達(dá)。5為什么說溶膠是不穩(wěn)定體系，而實際上又常能相對穩(wěn)定存在？答 溶膠中的膠粒較真溶液的微粒大，是非均相系統(tǒng)在重心引力作用下有聚結(jié)不穩(wěn)定性；但由于膠粒帶有電荷，相同電荷之間的排斥作用，使膠粒不易聚結(jié)。并且膠粒的溶劑化膜保護(hù)作用和布朗運動都使得溶膠能相對穩(wěn)定存在。6為什么在長江、珠江等河流的入海處都有三角洲的形成？答 河水中含有泥沙膠粒，海水中含有NaCl等電解質(zhì)。在長江、珠江等河流的入海處，河水與海水相遇，河水中的泥沙膠粒所帶的電荷被海水中帶相反電荷的離子所中和，膠粒之間的排斥作用減小，相互凝聚而沉積在入海處，長期積累就形成了三角洲。7為什么溶膠會產(chǎn)生Tyndall效應(yīng)？解釋其本質(zhì)原因。答 溶膠的膠粒直徑介于1100nm之間，小于可見光的波長，當(dāng)可見光照射溶膠時，膠粒對光的散射作用而產(chǎn)生Tyndall效應(yīng)。8將0.02 molL-1的KCl溶液12ml和0.05 molL-1的AgNO3溶液100ml混和以制備AgCl溶膠，試寫出此溶膠膠團(tuán)式。解 n (KCl)=0.02 molL-1 0.012L=2.410-4 moln (AgNO3)=0.05 molL-1 0.100L=5.010-3 mol由于AgNO3過量，AgCl溶膠的膠團(tuán)式：(AgCl)mn Ag+(nx)NO3-x+xNO3- 9將等體積的0.008 molL-1 KI 和0.01 molL-1 AgNO3 混合制成AgI 溶膠?，F(xiàn)將MgSO4、K3Fe(CN)6 及AlCl3等三種電解質(zhì)的同濃度等體積溶液分別滴加入上述溶膠后，試寫出三種電解質(zhì)對溶膠聚沉能力的大小順序。若將等體積的0.01 molL-1 KI和0.008 molL-1 AgNO3混合制成AgI溶膠，試寫出三種電解質(zhì)對此溶膠聚沉能力的大小順序。解AgNO3溶液過量時膠粒帶正電荷。電解質(zhì)的陰離子起主要聚沉作用，聚沉能力的大小順序為：K3 Fe (CN)6MgSO4 A1C13KI溶液過量時膠粒帶負(fù)電荷。電解質(zhì)的陽離子起主要聚沉作用，聚沉能力的大小順序為：AlCl3 MgSO4 K3 Fe(CN)610為制備IgA負(fù)溶膠，應(yīng)向25ml 0.016molL-1的KI溶液中最多加入多少毫升0.005 molL-1的AgNO3溶液？解 設(shè)制備AgI負(fù)溶膠，加入AgNO3溶液 mL25ml 0.016 molL-1 mL 0.005molL-1解得x80，因此加入AgNO3溶液的量應(yīng)小于80mL。11有未知帶何種電荷的溶膠A和B兩種，A中只需加入少量的BaCl2或多的NaCl，就有同樣的聚沉能力；B種加入少量的Na2SO4或多量的NaCl也有同樣的聚沉能力，問A和B兩種溶膠，原帶有何種電荷？解 根據(jù)Shulze-Hardy規(guī)則推斷，對A溶膠產(chǎn)生聚沉作用是電解質(zhì)中的Ba2+和Na+，對B溶膠產(chǎn)生聚沉作用是電解質(zhì)中的SO42-和Cl，所以原A溶膠帶負(fù)電荷，B溶膠帶正電荷。12溶膠與高分子溶液具有穩(wěn)定性的原因是哪些？用什么方法可以分別破壞它們的穩(wěn)定性？答 溶膠具有相對穩(wěn)定性的原因是：（1）膠粒很小，Brown運動激烈，能反抗重力作用而不下沉；（2）帶有相同電荷的膠粒相互接近，電荷之間的排斥作用使膠粒不易聚結(jié)；（3）膠團(tuán)的吸附層和擴(kuò)散層中的離子都是溶劑化的，膠粒的溶劑化層猶如一層彈性隔膜，阻礙膠粒碰撞時合并變大。加熱、輻射、加入與膠粒帶相反電荷的溶膠或加入電解質(zhì)等都可以破壞溶膠的相對穩(wěn)定性，使溶膠發(fā)生聚沉。高分子溶液具有穩(wěn)定性的原因是由于分散相粒子帶有電荷和分散相粒子的高度水化作用。其中，高分子的水化作用是使高分子溶液穩(wěn)定的主要因素。加入大量的電解質(zhì)或與水強烈作用的有機溶劑（如乙醇、甲醇、丙酮等）可以破壞高分子溶液的穩(wěn)定性，使高分子化合物沉淀析出。13.大分子溶液和小分子溶液有哪些相同點與不同點？答 相同點：大分子溶液和小分子溶液都是均相溶液，熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，能通過濾紙。不同點：小分子溶液微粒粒徑1nm能通過半透膜；而大分子溶液微粒粒徑為1100nm，不能透過半透膜，擴(kuò)散慢，隨著溫度降低，粘度變大。14蛋白質(zhì)的電泳與溶液的pH值有什么關(guān)系？某蛋白質(zhì)的等電點為6.5，如溶液的pH值為8.6時，該蛋白質(zhì)大離子的電泳方向如何？答 蛋白質(zhì)粒子在外電場中是否發(fā)生電泳現(xiàn)象，取決于蛋白質(zhì)的等電點和溶液的pH值，當(dāng)溶液的pH值不等于某蛋白質(zhì)的等電點時，蛋白質(zhì)粒子就會電離而帶電荷，在外加直流電場中即產(chǎn)生電泳現(xiàn)象；等電點為6.5的蛋白質(zhì)在pH值為8.6的溶液中發(fā)15什么是凝膠？凝膠有哪些主要性質(zhì)？產(chǎn)生膠凝作用的先決條件是什么？答 高分子溶液在一定條件下，粘度逐漸變大，最后失去流動性，形成一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的半固態(tài)物質(zhì)稱為凝膠。凝膠的主要性質(zhì)有：（1）干的彈性凝膠放在合適的液體中會自動吸收液體而產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象；（2）凝膠中，結(jié)合水的介電常數(shù)和蒸氣壓低于純水，其凝固點和沸點也偏離正常值；（3）將彈性凝膠放置一段時間，一部分液體會自動從凝膠中分離出來，凝膠的體積逐漸縮小，產(chǎn)生脫液收縮或離漿。產(chǎn)生膠凝作用的先決條件是必須具有不對稱的鏈形高分子，能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；其次要求高分子在溶液中要有足夠的濃度，這樣形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)才能把全部液體結(jié)合到網(wǎng)眼之中；另外，加入的膠凝劑的濃度必須適當(dāng)，只使其局部去水化，而能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。還要適當(dāng)控制溫度。16什么是表面活性劑？試從其結(jié)構(gòu)特點說明它能降低溶劑表面張力的原因。答 能使溶劑的表面張力顯著降低的物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑分子含有親水的極性基團(tuán)和疏水的非極性基團(tuán)。當(dāng)溶于水中，親水基團(tuán)受水分子吸引，而疏水基團(tuán)受水分子排斥而傾向于離開水相，進(jìn)入非極性的空氣或有機溶劑中。從而使兩相表面上表面張力降低。17什么是臨界膠束濃度？在臨界膠束濃度前后表面活性物質(zhì)有什么不同表現(xiàn)？答 開始形成膠束時表面活性物質(zhì)的最低濃度稱為臨界膠束濃度。在濃度接近臨界膠束濃度的締合膠體中，膠束有相近的締合數(shù)并呈球形結(jié)構(gòu)。當(dāng)表面活性物質(zhì)濃度不斷增大時，由于膠束的大小或締合數(shù)增多，不再保持球形結(jié)構(gòu)而成為圓柱形乃至板層形。18乳狀液有哪些類型？它們的含義是什么？答 乳狀液可分為“水包油”（O/W）型和“油包水”（W/O）型。W/O型是水分散在油中形成的乳狀液；O/W型是油（泛指不溶于水的液態(tài)有機物）分散在水中形成的乳狀液。Exercises1Indicate the fundamental difference between a colloidal dispersion and a true solution.Solution The diameter of dispersed phase particles in true solution is smaller than 1nm. Usually they were consisted of low molecular and ion. It is homogeneous and has faster rate of dispersion, and can pass through the filter paper and semi-permeable membrane. The Tyndall effect is weak. On the other hand, the diameter of colloidal particles ranges from 1nm 10 to 100nm, they are consisted of colloidal particles, high molecular and micelle. Its dispersion is slow and It has obvious Tyndall effect.2List the methods used to prepare colloidal dispersions and briefly explain how each is accomplished.Solution The preparation methods of sol are dispersion method and coagulation. The dispersion method has four means (mechanical grind, ultrasonic dispersion, electro dispersion and chemical methods). Coagulation, which is produced by various chemical reactions, makes the size of insoluble product in the ranges of the size of colloidal particles when insoluble product is dialysed.3Explain the Tyndall effect and how it may be used to distinguish between a colloidal dispersion and a true solution.Solution The dispersion particles in true solution are smaller than 1nm. They scatter the visible light weakly. The Tyndall effect is almost cannot be observed. Otherwise the diameter of colloidal dispersion particles ranges from 1nm to 100nm. They scatter the visible light strongly and the Tyndall effect is obvious. Therefore, we can dist