第十四章膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液

1、第十四章 膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液【復習題】【1】用As2O3與略過量的H2S制成的硫化砷 As2S3溶膠，試寫出其膠團的結構式。用FeCl3在熱水中水解來制備Fe(OH)3溶膠，試寫出Fe(OH)3溶膠的膠團結構?！窘馕觥?H2S是弱酸，考慮它的一級電離，故其膠團結構式為：Fe(OH)3溶膠的膠團結構式為Fe(OH)3mn Fe(OH)2+(n-x)Cl-x-xCl-?！?】在以KI和AgNO3為原料制備AgI溶膠時，或者使KI過量，或者使AgNO3過量，兩種情況所制得的AgI溶膠的膠團結構有何不同？膠核吸附穩(wěn)定離子時有何規(guī)律？【解析】(AgI)m膠核在KI存在時吸附I-離子，當AgI過量時

2、則吸附Ag，膠核吸附離子的規(guī)律為，首先吸附使膠核不易溶解的離子及水化作用較弱的離子?！?】膠粒發(fā)生Brown運動的本質是什么？這對溶膠的穩(wěn)定性有何影響？【解析】Brown運動的本質是質點的熱運動，它使溶膠產(chǎn)生擴散、滲透壓、沉降核沉降平衡?！?】Tyndall效應是由光的什么作用引起的？其強度與入射光波長有什么關系？粒子大小范圍落在什么區(qū)間內(nèi)可以觀察到Tyndall效應？為什么危險信號要用紅色燈顯示？為什么早霞、晚霞的色彩？【解析】Tyndall效應是由光散射作用形成的。其強度與入射光強度的關系為：A為入射光的振幅；為入射光的波長；為單位體積中的粒子數(shù)；V為單個粒子的體積，n1和n2為分散相的分

3、散介質的折射率?？梢?， Tyndall效應的強度與入射光的波長的4次方成反比。在1100nm范圍內(nèi)可觀察到Tyndall效應。危險信號要用紅色燈顯示的主要原因是紅光的波長較長不易散射。當陽光穿過大氣層時，波長較短的紫光散射衰減較多，透射后“剩余”的日光中顏色偏于波長較長的紅光，因此，我們在太陽高度角很低的日出、日落時，看到的太陽光盤是橙紅色的，這種偏于紅色的陽光再通過天空中散射粒子散射后仍然是波長較長的光居多，因此，霞光大多偏于紅、橙、黃等特別鮮艷的色彩。【5】電泳和電滲有何異同點？流動電勢和沉降電勢有何不同？這些現(xiàn)象有什么應用？【解析】在外電場力作用下，膠體粒子在分散介質中作定向移動稱為電泳

4、；在外場力作用下可觀察到分散介質會通過多孔膜或極細的毛細管而移動，即固定相不動而液相移動稱為電滲。在外場作用下，使液體在毛細管中流經(jīng)的孔膜時，在膜的兩邊會產(chǎn)生電勢差，成為流動電勢，流動電勢差使分散的粒子在分散介質中迅速沉降，則在液體表面層與底層之間產(chǎn)生電勢差，稱為沉降電勢。這些現(xiàn)象都稱為電動現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在電鍍、電泳涂漆、石油乳液油水分離以及不同條件下蛋白質的分離中都有廣泛的應用。 【6】在由等體積的0.08moldm-3的KI和0.10 moldm-3的 AgNO3溶液配制的AgI溶膠中,分別加入濃度相同的下述電解質溶液,請由大到小排出其聚沉能力的大小次序。(1) NaCl; (2)Na2S

5、O4; (3)Mg SO4; (4)K3Fe(CN)6【解析】其聚沉能力的大小次序為：(4)(2)(3)(1)【7】在兩個充有0.001 moldm-3KCl溶液的容器之間放一個由AgCl晶體組成的多孔塞,其細孔道中也充滿KCl溶液.在多孔塞兩側放兩個直流電源的電極。問通電時，溶液將向哪一方向移動？若該該用0.01 moldm-3的KCl溶液,在相同的外加電場中,溶液流動的速度是變快還是變慢? 若用AgNO3溶液代替原來用的KCl溶液,情形又將如何?【解析】當多孔塞中充滿KCl溶液時，AgCl晶體吸附Cl，介質帶正電而向負極移動，KCl濃度增加，電位下降，介質移動速度變慢。當改用AgNO3溶液

6、時，移動方向相反，但增加AgNO3溶液也使運動速度變慢?！?】大分子溶液和（憎液）溶膠有哪些異同點？對外加電解質的敏感程度有何不同？【解析】高分子溶液和憎液都是由直徑在1100nm的膠粒組成，都不能通過半透膜，但高分子溶液是單分子膠粒而后者是許多分子組成的膠粒，高分子溶液是熱力學穩(wěn)定體系，而后者粒度大，丁澤爾效應弱，對外加電解質不敏感等。【9】大分子化合物有哪幾種常用的平均摩爾質量？這些量之間的大小關系如何？如何用滲透壓法較準確的測定蛋白質（不在等電點）的平均摩爾質量？【解析】數(shù)均摩爾質量，質均分子量，z均分子量；一般大分子化合物的分子大小是均勻的，；若分子質量越不均，這三種平均值差別越大。對

7、大分溶液，有 ，則以對c作圖，外推到c0處，得，從而可求得數(shù)均分子量，即摩爾質量；當?shù)鞍踪|不在等電電時，【10】試解釋：江河入海處，為什么常形成三角洲？加明礬為何能使渾濁的水澄清？使用不同型號的墨水，為什么有時使鋼筆堵塞而寫不出字來？重金屬離子中毒的病人，為什么喝了牛奶可使癥狀減輕？做豆腐時“點漿”的原理是什么？哪些鹽溶液可用來“點漿”？常用的微球形硅膠做填充料的玻璃珠是如何制備的？用了膠體和表面化學中的哪些原理？請盡可能多的列舉出日常生活中的有關膠體的現(xiàn)象及其應用?！窘馕觥窟@些現(xiàn)象都可以用膠體的聚沉來解釋，影響溶膠穩(wěn)定性的因素是多方面的，例如電解質的作用，膠體體系的相互作用，溶膠的濃度、溫度

8、等等。例如江河入海時，由于海是中含有NaCl、MgCl2等電解質，使泥沙溶膠聚沉下來形成三角洲。其他有關膠體的現(xiàn)象如丁澤爾現(xiàn)象、瑞利散射使天空呈藍色等?！?1】憎液溶膠是熱力學上不穩(wěn)定系統(tǒng)，但它能在相當長時間內(nèi)穩(wěn)定存在，試解釋原因？【解析】溶膠能穩(wěn)定存在的原因有三：溶膠粒子較小，有較強的布郎運動，能阻止其在重力作用下的沉降，即具有動力穩(wěn)定性；膠粒表面具有雙電層結構，當膠粒相互接近時，同性電荷的靜電斥力及離子氛的重疊區(qū)由于過剩離子產(chǎn)生的滲透壓，阻礙膠粒的聚結，即具有聚結穩(wěn)定性；由于帶電離子都是溶劑化的，在膠粒表面形成一層溶劑化膜，有一定的彈性，其中的溶劑有較高的粘度，使之成為膠粒相互接近時的機械

9、障礙。聚結穩(wěn)定性是溶膠能穩(wěn)定存在的重要因素。【12】試從膠體化學的觀點解釋，在進行重量分析時為了使沉淀完全，通常要加入相當數(shù)量的電解質（非反應物）或將溶液加熱?！窘馕觥吭谌苣z中加入電解質，只要濃度達到某一定數(shù)值，都會使溶膠聚沉。溫度的增加也將會使溶膠粒子互碰更為頻繁，因而降低其穩(wěn)定性，所以在重量分析時為了使沉淀完全，通常要加入相當數(shù)量的電解質（非反應物）或將溶液加熱?！?3】何謂乳狀液？有哪些類型？乳化劑為何能使乳狀液穩(wěn)定？通常鑒別乳狀液的類型有哪些方法？其根據(jù)是什么？何謂破乳？何謂破乳劑？有哪些常用的破乳方法？【解析】乳狀液是由兩種液所構成的分散系統(tǒng)，有水包油乳狀液（O/W）,油包水（W/O

10、）；乳化劑作用在于使機械分散所得的液滴不相互聚結；鑒別乳狀液的方法有稀釋法，染色法和電導法；根據(jù)乳狀液的內(nèi)相（成形時彼此分散的相）和外相（作為分散介質的相）破乳，兩種液體完全分離；常用的破乳的方法有加熱破乳，高壓電破乳和化學破乳等?！?4】溶膠中分散相顆粒間相互聯(lián)結形成骨架，按其作用力可以分為哪幾種？各種穩(wěn)定性如何？什么是觸變現(xiàn)象？【解析】溶膠按照形成骨架的作用力可分為：彈性凝膠，鋼性凝膠等。泥漿、油漆、藥膏、Al(OH)3,V2O5及白土等凝膠，受到攪拌變?yōu)榱黧w，停止攪拌后又逐漸恢復成凝膠，這種溶膠與凝膠相互轉化的性質稱為凝膠的觸變性。【15】何謂納米材料？納米材料通?？煞譃槟男╊愋?？目前有

11、哪些常用的制備方法？納米材料有何特性？有哪些應用前景？【解析】納米材料是指顯微結構中的物相具有納米級尺寸的材料；可分為：納米粒子；納米固體；納米組裝系統(tǒng)；制備方法主要有：沉淀法，浸漬法，水熱法，微波輻射法，超聲波輻射合成法等；特性：小尺寸效應，表面效應，量子尺寸效應，宏觀隧道效應等；在光學材料，催化材料，貯氫材料，磁性材料等領域有廣泛的應用。【習 題】【1】在堿性溶液中用HClO還原HAuCl4，以制備金溶膠，反應可表示為： 此處是穩(wěn)定劑，試寫出膠團的結構式，并標出膠核、膠粒和膠團?！窘馕觥磕z核(Au)m優(yōu)先吸附與其具有共同組成的AuO2-,故膠團的結構為：【2】某溶膠中粒子的平均直徑4.2n

12、m，設其黏度和純水相同，=0.001PaS。試計算：（1）298K時，膠體的擴散系數(shù)D；（2）在2s的時間里，由于Brown運動，粒子沿x軸方向的平均位移。【解析】（1）由愛因斯坦方程，得（2）由愛因斯坦-布朗方程，得，【3】已知某溶膠中的黏度=0.001PaS，其粒子的密度近似為=1mgm-3，在1s時間內(nèi)粒子沿x軸的平均位移=1.410-5m。試計算：（1）298K時，膠體的闊酸系數(shù)D；（2）膠粒的平均直徑d；（3）膠團的摩爾質量M?！窘馕觥浚?）由愛因斯坦-布朗方程，得，（2） （3）【4】設某溶膠中膠粒的大小是均一的球形粒子，已知在298K時膠體的擴散系數(shù)D=1.0410-4m2S-1

13、，其黏度=0.001PaS。試計算：（1）粒的半徑r； （2）由于Brown運動，粒子沿x軸方向的平均位移=1.4410-5m時所需的時間；（3）318K時膠體的擴散系數(shù)D /，假定該膠粒的黏度不受溫度的影響。【解析】由愛因斯坦方程，得 （2）由愛因斯坦-布朗方程，得， ，則（3）由愛因斯坦方程，得【5】在298K時，某粒子半徑r =30nm的金溶膠，在地心力場中達到沉降平衡后，在高度相距1.010-4m的某指定區(qū)間內(nèi)兩邊粒子數(shù)分別為277和166。已知金的密度為Au= 1.93104kgm-3，分散介質水的密度為介= 1.0103kgm-3。試計算Avogadro常數(shù)L的值?！窘馕觥坑晒?

14、，可得， 【6】某金溶膠在298K時達到沉降平衡,在某一高度時粒子的密度為8.99108m-3,再上升0.001m粒子的密度為1.08108m-3。設粒子為球形，已知金的密度為Au= 1.93104kgm-3，分散介質水的密度為介= 1.0103kgm-3。試求：（1）膠粒的平均半徑r及平均摩爾質量M；（2）使粒子的密度下降一半，需上升的高度?！窘馕觥?(1) 由公式 ，可得，1.16210-23m3r=2.2610-8m(2) 使離子的密度下降一半時，所以 【7】 298K時，血紅脘的超離心沉降實驗中，離轉軸距離=5.5cm處的濃度為c1, =0.65cm處的濃度為c2，且c1/ c2=9.

15、40，轉速為=120rs-1。已知血紅脘的密度為血紅脘= 1.335103kgm-3，分散介質的密度為介= 0.9982103kgm-3。試計算血紅脘的平均摩爾質量M。【解析】【8】在內(nèi)徑為0.02m的管中盛油，使直徑為d =1.588mm的鋼球從其中落下, 下降0.15m需時16.7s。已知油和鋼球的密度分別為油=960kgm-3球= 7650kgm-3。試計算在實驗溫度下油的黏度。【解析】 鋼球在油中達到平衡時，沉降力與粒滯阻力相等，則 所以 【9】試計算293K時，在地心力場中使粒子半徑分別為r1=10m；r2=100nm；r3=1.5nm的金溶膠粒子下降0.01m, 分別所需的時間已知

16、分散介質水的密度為介= 1000kgm-3，金的密度為Au= 1.93104kgm-3，溶液的黏度近似等于水的黏度，為=0.001PaS?！窘馕觥苛Ｗ釉谥亓鲋羞_到沉降平衡時，沉降力與粒滯阻力相等，則 所以 m時 時 時，由以上試驗結果可知，膠粒（）在重力場中沉降速度極慢，所以重力場中，沉降平衡只適用于粗分散體系中粒子得實驗測定?！?0】密度為粒= 2.152103kgm-3的球形CaCl2（s）粒子，在密度為介= 1.595103kgm-3、黏度為=9.7510-4Pas的CCl4（l）中沉降，在100s內(nèi)下降了0.0498m，計算此球形CaCl2（s）粒子的半徑。【解析】【11】把每1.0

17、m3中含1.5kgFe(OH)3的溶膠先稀釋10000倍, 再放在超顯微鏡下觀察, 在直徑和深度各為0.04mm的視野中得粒子的數(shù)目平均為4.1個。設粒子為球形，其密度為球= 5.2 103kgm-3kgm-3，試求粒子的直徑?！窘馕觥?【12】在實驗室中，用相同的方法制得兩份濃度不同的溶膠，測得兩份溶膠的散射光強度之比為I1/I2=10。已知第一份溶膠的濃度c1=0.10moldm-3,設入射光的頻率和強度等實驗條件都相同, 試求第二份溶膠的濃度c2?！窘馕觥扛鶕?jù) 【13】在水中，當所用的電場強度為E=100Vm-1時, 直徑為d=1.0m的石英粒子的運動速度為u=30ms-1。試計算在石英

18、-水界面上電勢的數(shù)值。設溶液的捻度=0.001PaS，介電常數(shù)=8.8910-9CV-1m-1?！窘馕觥扛鶕?jù)公式得 【14】已知水與玻璃界面的電勢為-0.050V, 試計算在298K時,當在直徑為1.0mm,、長1m的毛細管兩端加40V電壓時，介質水通過該毛細管的電滲速度。設水的黏度為=0.001PaS，介電常數(shù)=8.8910-9CV-1m-1?！窘馕觥侩姖B，電泳都是固液相相對運動得速度，其計算公式相同。 【15】在三個燒瓶中同樣盛0.02dm3的Fe(OH03溶膠, 分別加入NaCl、Na2SO4和Na3PO4溶液使其聚沉，實驗測得至少需加電解質的數(shù)量分別為：濃度為1.0moldm-3的Na

19、Cl溶液0.012dm3;濃度為0.005moldm-3的Na2SO40.125dm3;濃度為0.0033moldm-3的Na3PO4溶液0.0074dm3。試計算各電解質的聚沉值和它們聚沉值之比，并判斷膠粒所帶的電荷?！窘馕觥烤鄢林档枚x：使一定得溶膠在一定時間內(nèi)完全聚沉所需電解質得最小濃度：所以，聚沉能力之比為：可見對溶膠聚沉起作用的主要是陰離子，所以該膠粒帶正電荷。【16】已知在二氧化硅溶膠的形成過程中，存在下列反應：（1）試寫出膠團的結構式，并注明膠核、膠粒和膠團；（2）指明二氧化硅膠團電泳的方向；（3）當溶膠中分別加入NaCl、MgCl2、K3PO4時，哪種物質的聚沉值最??？【解析】

20、 （1）（2）由于膠核代負電，所以電泳的方向是向正極移動。（3）NaCl與MgCl2相比，Na+的聚沉值大于Mg+；NaCl與 K3PO4相比，K+的聚沉值大于Na+；所以聚沉值最小的是MgCl2。【17】設有一聚合物樣品，其中摩爾質量為10.0kgmol-1的分子有10mol, 摩爾質量為100 kgmol-1的分子有5mol, 試分別計算各種平均摩爾質量和的值(設a=0.6)?！窘馕觥俊?8】把1.0g的聚苯乙烯(已知=200 kgmol-1)溶在0.1dm3的苯中, 試計算所成溶液在293K時的滲透壓?！窘馕觥吭撊芤旱梦镔|的量濃度為：【解析】滲透壓為：【19】已知某蛋白質的數(shù)均摩爾質量為

21、=40 kgmol-1，試分別求在298K時，含量為0.01kgdm-3的蛋白質水溶液的冰點降低、蒸汽壓降低和滲透壓的值。已知在298K時：水的蒸汽壓=3.168Kpa, 凝固點降低常數(shù)=1.86Kkgmol-1, 水的密度(近似等于溶液的密度=1.0103kgm-3)【解析】則 根據(jù)溶液依數(shù)性公式，有，滲透壓為：【20】假定聚丁二烯分子為線型，其橫截面積為0.2nm2,摩爾質量為=100 kgmol-1,密度為=920kgm-3。在聚合物分子充分伸展時，試計算聚丁二烯分子的平均長度?！窘馕觥俊?1】在293K時，有某聚合物溶解在CCl4（l）中，得聚合物不同濃度c時的滲透壓以CCl4（l）液

22、柱上升的高度表示數(shù)據(jù)如下表：C/（gdm-3）2.04.06.08.0h/cm0.401.001.802.80已知293K時, 溶液的密度為=1594kgm-3, 試計算聚合物的數(shù)均摩爾質量?！窘馕觥坑?，以對c作圖，由圖得截距 23.0 故 【22】在298K時，測得某溶液在不同濃度時的相對黏度如下：C/ g(dm-3)0.1520.2710.5411.2261.4251.983求此聚合物得特性粘度?！窘馕觥繉Υ蠓肿尤芤海葷庹扯群拖鄬φ扯扰c濃度得關系為： 分別以和對c作圖，可得到兩條直線，外推至處，可得直線得截距和斜率，再對所得數(shù)據(jù)進行線性擬合，得特性粘度 ?！?3】在298K時，具有不同相對分子質量的同一聚合物，溶解在相同有機溶劑中所得的