工科化學(xué)第八章總結(jié)和課后答案強(qiáng)亮生版Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對(duì)您有幫助，可雙擊去除！第八章 表面化學(xué)教學(xué)內(nèi)容1表面吉布斯函數(shù)與表面張力； 2吸附作用； 3表面活性物質(zhì) ；4溶膠的穩(wěn)定性與聚沉；5摩擦與潤(rùn)滑教學(xué)要求了解物質(zhì)表面狀態(tài)與表面分子的特性；理解表面吉布斯函數(shù)變和表面張力的概念并用來(lái)解釋潤(rùn)濕、增溶、乳化、起泡等現(xiàn)象；了解物理吸附與化學(xué)吸附的概念及其作用本質(zhì)；了解影響吸附作用的因素及吸附劑的應(yīng)用；了解表面活性劑的概念、分類(lèi)、性質(zhì)及作用；了解溶膠相對(duì)穩(wěn)定的原因及溶膠的主要特性；了解潤(rùn)滑與摩擦的作用。知識(shí)點(diǎn)與考核點(diǎn)1 表面吉布斯函數(shù)變（）表面吉布斯函數(shù)增量，數(shù)值等于形成新表面時(shí)環(huán)境對(duì)體系所做的功（j·m2），2比表

2、面吉布斯函數(shù)（）指定溫度和壓力條件下，形成單位新表面時(shí)環(huán)境對(duì)體系所做的功（j·m2）3表面張力（）垂直作用在液體表面單位長(zhǎng)度邊界上的收縮力（單位 n·m1）。表面張力的影響因素：組成，溫度，壓力，第二相組成。 4表面現(xiàn)象表面自發(fā)縮小()；表面（界面）張力自發(fā)降低()的現(xiàn)象。液體可以通過(guò)縮小表面積或降低表面張力兩種途徑來(lái)降低表面吉布斯函數(shù)；而固體只能通過(guò)吸附的方式來(lái)降低表面吉布斯函數(shù)。5吸附物質(zhì)的界面吸引周?chē)镔|(zhì)的質(zhì)點(diǎn)，而使其暫時(shí)停留的現(xiàn)象。6表面活性劑能顯著降低液體表面（界面）張力的物質(zhì)。7表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩端分別由極性基（如oh、 cooh、 nh2）和非極性基（烴基

3、）組成的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的有機(jī)化合物，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有既親水又親“油”的“雙親性”。8表面活性劑的性質(zhì) 表面吸附：由于表面活性劑的“雙親性”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相似相容原理，表面活性基的極性基團(tuán)留在水中，而非極性部分伸出水面，形成吸附層。該吸附層使溶液的表面張力大大降低。由于在表面上的表面活性劑比溶液本體的濃度大，所以是正吸附。形成膠束：當(dāng)溶液的表面被表面活性劑占滿(mǎn)后，為減少與極性的水分子之間的斥力，表面活性劑分子只能在溶液中形成膠團(tuán)，表面活性劑在溶液中形成膠團(tuán)時(shí)的最低濃度稱(chēng)為臨界膠團(tuán)濃度（cmc）。9表面活性劑作用 圖81膠團(tuán)示意圖 增溶作用：當(dāng)溶液中形成膠團(tuán)后，可以大大地增加水對(duì)“油”的“溶解性”，這是因

4、為膠團(tuán)的中間是“有機(jī)相”，如圖81所示。根據(jù)相似相溶原理，它大大增加“油”的“表觀溶解度”。表觀溶解是“油”分散在膠束中，不是真正的溶解；只有極少部分“油”以分子的形式溶解在水中。 乳化作用：由于表面活性劑可以大大降低界面張力，形成無(wú)數(shù)（w/o或o/w）的膠束，使得“油”與水形成相對(duì)穩(wěn)定的乳濁液。 潤(rùn)濕作用：接觸角公式為），表面活性劑可以大大降低液體的表面張力 ()，減小接觸角，增加潤(rùn)濕作用。 圖82 接觸角與表面張力的關(guān)系 起泡作用：，雖然在起泡時(shí)，表面積（）增大，但是由于表面活性劑可以使溶液的表面張力（）大大降低，使得表面吉布斯函數(shù)變（）并未增加很多，所以相對(duì)穩(wěn)定。為了使形成的泡有一定的韌

5、性或強(qiáng)度，使“泡”相對(duì)穩(wěn)定，需要選碳鏈長(zhǎng)度適當(dāng)（1218左右）的表面活性劑，碳鏈過(guò)短時(shí)起的泡不穩(wěn)定，所以短碳鏈的表面活性劑可以做消泡劑。10表面活性劑的hlb值為衡量表面活性劑的親水或親“油”的相對(duì)能力，人為規(guī)定石蠟（完全沒(méi)有親水基）的hlb 為 0；油酸（親“油”好）的hlb值為1，油酸鈉（親水性好）的hlb值為18，其它表面活性 圖83 表面活性劑hlb值與性質(zhì)的關(guān)系劑的hlb值都是相對(duì)的值。表面活性劑 hlb值不同時(shí)，其作用如圖83所示。12（憎液）溶膠分散相（直徑在1nm100nm）分散在液體中組成的多相體系。特點(diǎn)：高分散、多相（界面非常大），所以熱力學(xué)不穩(wěn)定，容易發(fā)生聚沉。13溶膠相

6、對(duì)穩(wěn)定的原因： 膠粒帶電（溶膠的膠粒帶有同種電荷，相互排斥，避免相聚而發(fā)生沉淀）， 溶劑化膜（溶劑化膜可以增加膠粒之間的機(jī)械阻力，防止膠粒的聚沉）。14使溶膠的聚沉的能力加入電解質(zhì)可以使溶膠聚沉，其原因是減小膠粒的電荷數(shù)，減小其穩(wěn)定性，而且加入的電解質(zhì) 與膠粒帶有相反電荷，與擴(kuò)散反離子具有相同電荷的離子的化合價(jià)愈高，其使膠團(tuán)聚沉的能力就愈大。例如：絕大多數(shù)天然水體，可以被視為膠粒帶負(fù)電的膠體（其擴(kuò)散反離子帶正電）。鈉、鎂、鋁的氯化物有使其凈化（膠體聚沉）能力，而且nacl、mgcl2、alcl3對(duì)天然水體（溶膠）的聚沉能力的比值是162636，可以看出alcl3（al3+ 帶3個(gè)正電荷）具有很

7、強(qiáng)的凈水能力，這就是為什么過(guò)去人們用明礬（主要成分為硫酸鋁鉀）做凈水劑的原因。al3+的凈水可分為兩步，壓縮膠團(tuán)的擴(kuò)散層，降低膠粒的電荷,使膠體“脫穩(wěn)”；水解生成絮狀al(oh)3,吸附“脫穩(wěn)”后聚沉的膠體。二十世紀(jì)八十年代，人們研制了聚合鋁（可帶有十三個(gè)正電荷），它有極強(qiáng)的使膠體“脫穩(wěn)的”凈水能力。思考題與習(xí)題解答1 下列說(shuō)法是否正確？如不正確，請(qǐng)說(shuō)明原因。（1）表面張力是指存在于液體表面的粘附力。答：錯(cuò)， 表面張力是垂直作用在液體表面單位長(zhǎng)度邊界上的收縮力。 彎曲液面表面張力的合力（附加壓力）的方向是指向其曲率圓的中心 。（2）物質(zhì)的表面張力只與其溫度、壓力和組成有關(guān)。答：不確切，還與其第

8、二相組成等因素有關(guān)。（3）因表面活性劑分子為“雙親分子”，故表面活性劑分子有一半是親水基，一半是親油基。答：不確切，其雙親性是指一側(cè)有極性,另一側(cè)沒(méi)有極性（或兩側(cè)極性不同），并非“一半”。（4）液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度可用接觸角來(lái)衡量，接觸角> 90。時(shí)稱(chēng)為潤(rùn)濕，接觸角< 90。時(shí)稱(chēng)為不潤(rùn)濕。答：錯(cuò)，與所述相反。接觸角>90。時(shí)稱(chēng)為不潤(rùn)濕，接觸角< 90。時(shí)稱(chēng)為部分潤(rùn)濕。（5）一般說(shuō)來(lái)，摩擦總是有害的。 答：不對(duì)，行走等需要摩擦，否則不能實(shí)現(xiàn)。2填充題 （1）無(wú)焊藥焊接時(shí)，熔化的焊錫在焊件表面呈球狀的原因（ 是接觸角偏大，需要用焊藥降低接觸角。）（2）物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)

9、別各種特性物理吸附化學(xué)吸附吸附力吸附熱分子間力較小，近于液化熱化學(xué)鍵力較大，近于反應(yīng)熱選擇性吸附層吸附速率吸附穩(wěn)定性無(wú)選擇性單分子層或多分子層較快，無(wú)吸附活化能，與溫度無(wú)關(guān)不穩(wěn)定，易解吸有選擇性單分子層較慢，有吸附活化能，隨升溫而加快比較穩(wěn)定，不易解吸 (3) 表面吉布斯函數(shù)與表面張力的區(qū)別和聯(lián)系分別是（g = a）g（表面吉布斯函數(shù)增量） （比表面吉布斯函數(shù)；表面張力）形成新表面時(shí)環(huán)境對(duì)體系所做的功（j·m2）形成單位新表面時(shí)環(huán)境對(duì)體系所做的功（j·m2）垂直作用在液體表面單位長(zhǎng)度邊界上的收縮力（n·m1）(4) 懸濁液、乳濁液和溶膠的定義分別是懸濁液乳濁液（憎

10、液）溶膠直徑為>100nm的固體分散相分散在液體中的多相體系直徑為>100nm的液體分散相分散在液體中的多相體系直徑為1nm100nm分散相分散在液體中的多相體系 （5）表面現(xiàn)象產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)（是其表面分子的能量較高或有剩余價(jià)力）。 （6）實(shí)驗(yàn)室常用硅膠吸收空氣中水分的原因是（極性吸附劑容易吸附極性的吸附質(zhì)。硅膠屬于極性吸附劑，活性炭屬于非極性（弱極性）吸附劑，水是極性吸附質(zhì)。）3 25時(shí)把半徑為1mm的水滴分散成半徑為1m的小液滴，比表面增加了多少倍？表面吉布斯函數(shù)增加了多少？完成該變化時(shí)，環(huán)境至少要做多少功？（已知25時(shí)水的表面張力為72.53j/m2）?解：水滴的體積v1 = (

11、4/3)r3 = (4/3)×3.14×0.53 = 5.23×1.0 1(mm)3小水滴的體積v1=(4/3)r3=(4/3)×3.14×(5.0×1.04)3=5.23×10 10(mm)3該水滴分裂為5.23×1.0 1/ 5.23×10 10 = 109個(gè)小水滴 水滴的表面積a1 = 4r2 = 4×3.14×0.52 = 3.14(mm)2 小水滴的總表面na1 =109×4r2=109×4×3.14×(5.0×1.04)2=

12、3.14×103 (mm)2表面擴(kuò)大了3.14×1.03/ 3.14 = 103(倍)w = g = a = 72.53(3.14×103 3.14)×10 6 = 2.28×10 1 jm24有實(shí)用價(jià)值的表面活性劑，其烴鏈中的碳原子數(shù)在什么范圍，過(guò)大或過(guò)小對(duì)表面活性有什么影響？答：碳鏈不同時(shí)其作用不同，碳原子數(shù)在1218的直鏈烴表面活性劑的潤(rùn)濕、或去污效果比較好。碳鏈過(guò)長(zhǎng)時(shí)，在水中的溶解度降低；碳鏈太短時(shí)，所形成的膜韌性降低。5什么叫臨界膠束濃度？它有什么實(shí)際意義？答：臨界膠束濃度是指表面活性劑在溶液中形成膠團(tuán)時(shí)的最低濃度。在達(dá)到臨界膠束濃度

13、時(shí)溶液的許多性質(zhì)（表面張力、去污力、導(dǎo)電性、 圖84臨界膠束濃度和增溶性等）都發(fā)生明顯的變化。如圖84所示。 表面活性劑性質(zhì)的關(guān)系6氧化鋁瓷件上需鍍銀，當(dāng)燒至1000時(shí)，液態(tài)銀能否潤(rùn)濕氧化鋁瓷器表面？已知在1000時(shí)， 各物質(zhì)的表面張力如下: = 1000 j·m2 = 920 j·m2 = 1770 j·m2 解: ； > 90 不潤(rùn)濕 7膠體顆粒為什么會(huì)帶電？在何種情況下帶正電？在何種情況下帶負(fù)電？為什么？答：憎液溶膠（膠粒）帶電原因：吸附、電離、摩擦、取代。以吸附為例：穩(wěn)定劑中正離子與膠核成分相同，則其正電荷首先被膠核吸附、成為決定電位離子，膠粒帶正電；反之帶負(fù)電。再以取代為例:天然粘土的化學(xué)式為 “”,當(dāng)()或()被或所取代時(shí),粘土帶負(fù)電，形成膠體時(shí)的“膠?！睅ж?fù)電。8欲制備agi的正溶膠，問(wèn)在25ml 0.016mol·l1的agno3溶液中最多加入多少毫升0.005 mol·l1的ki溶液？并寫(xiě)出該溶膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。若用mgso