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(fù)習(xí)題】【1】用As2O3與略過(guò)量的H2S制成的硫化砷 As2S3溶膠，試寫出其膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)式。用FeCl3在熱水中水解來(lái)制備Fe(OH)3溶膠，試寫出Fe(OH)3溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。【解析】 H2S是弱酸，考慮它的一級(jí)電離，故其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為：Fe(OH)3溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)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(shí)，或者使KI過(guò)量，或者使AgNO3過(guò)量，兩種情況所制得的AgI溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)有何不同？膠核吸附穩(wěn)定離子時(shí)有何規(guī)律？【解析】(AgI)m膠核在KI存在時(shí)吸附I-離子，當(dāng)AgI過(guò)量時(shí)

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(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是什么？這對(duì)溶膠的穩(wěn)定性有何影響？【解析】Brown運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)，它使溶膠產(chǎn)生擴(kuò)散、滲透壓、沉降核沉降平衡?！?】Tyndall效應(yīng)是由光的什么作用引起的？其強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)有什么關(guān)系？粒子大小范圍落在什么區(qū)間內(nèi)可以觀察到Tyndall效應(yīng)？為什么危險(xiǎn)信號(hào)要用紅色燈顯示？為什么早霞、晚霞的色彩？【解析】Tyndall效應(yīng)是由光散射作用形成的。其強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的關(guān)系為：A為入射光的振幅；為入射光的波長(zhǎng)；為單位體積中的粒子數(shù)；V為單個(gè)粒子的體積，n1和n2為分散相的分

3、散介質(zhì)的折射率。可見(jiàn)， Tyndall效應(yīng)的強(qiáng)度與入射光的波長(zhǎng)的4次方成反比。在1100nm范圍內(nèi)可觀察到Tyndall效應(yīng)。危險(xiǎn)信號(hào)要用紅色燈顯示的主要原因是紅光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)不易散射。當(dāng)陽(yáng)光穿過(guò)大氣層時(shí)，波長(zhǎng)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(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光，因此，我們?cè)谔?yáng)高度角很低的日出、日落時(shí)，看到的太陽(yáng)光盤是橙紅色的，這種偏于紅色的陽(yáng)光再通過(guò)天空中散射粒子散射后仍然是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光居多，因此，霞光大多偏于紅、橙、黃等特別鮮艷的色彩?！?】電泳和電滲有何異同點(diǎn)？流動(dòng)電勢(shì)和沉降電勢(shì)有何不同？這些現(xiàn)象有什么應(yīng)用？【解析】在外電場(chǎng)力作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中作定向移動(dòng)稱為電泳

4、；在外場(chǎng)力作用下可觀察到分散介質(zhì)會(huì)通過(guò)多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管而移動(dòng)，即固定相不動(dòng)而液相移動(dòng)稱為電滲。在外場(chǎng)作用下，使液體在毛細(xì)管中流經(jīng)的孔膜時(shí)，在膜的兩邊會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，成為流動(dòng)電勢(shì)，流動(dòng)電勢(shì)差使分散的粒子在分散介質(zhì)中迅速沉降，則在液體表面層與底層之間產(chǎn)生電勢(shì)差，稱為沉降電勢(shì)。這些現(xiàn)象都稱為電動(dòng)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(zhì)的分離中都有廣泛的應(yīng)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(zhì)溶液,請(qǐng)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?yàn)椋?4)(2)(3)(1)【7】在兩個(gè)充有0.001 moldm-3KCl溶液的容器之間放一個(gè)由AgCl晶體組成的多孔塞,其細(xì)孔道中也充滿KCl溶液.在多孔塞兩側(cè)放兩個(gè)直流電源的電極。問(wèn)通電時(shí)，溶液將向哪一方向移動(dòng)？若該該用0.01 moldm-3的KCl溶液,在相同的外加電場(chǎng)中,溶液流動(dòng)的速度是變快還是變慢? 若用AgNO3溶液代替原來(lái)用的KCl溶液,情形又將如何?【解析】當(dāng)多孔塞中充滿KCl溶液時(shí)，AgCl晶體吸附Cl，介質(zhì)帶正電而向負(fù)極移動(dòng)，KCl濃度增加，電位下降，介質(zhì)移動(dòng)速度變慢。當(dāng)改用AgNO3溶液

6、時(shí)，移動(dòng)方向相反，但增加AgNO3溶液也使運(yùn)動(dòng)速度變慢?！?】大分子溶液和（憎液）溶膠有哪些異同點(diǎn)？對(duì)外加電解質(zhì)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(guò)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(xué)穩(wěn)定體系，而后者粒度大，丁澤爾效應(yīng)弱，對(duì)外加電解質(zhì)不敏感等。【9】大分子化合物有哪幾種常用的平均摩爾質(zhì)量？這些量之間的大小關(guān)系如何？如何用滲透壓法較準(zhǔn)確的測(cè)定蛋白質(zhì)（不在等電點(diǎn)）的平均摩爾質(zhì)量？【解析】數(shù)均摩爾質(zhì)量，質(zhì)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(zhì)量越不均，這三種平均值差別越大。對(duì)

7、大分溶液，有 ，則以對(duì)c作圖，外推到c0處，得，從而可求得數(shù)均分子量，即摩爾質(zhì)量；當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)不在等電電時(shí)，【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(hào)的墨水，為什么有時(shí)使鋼筆堵塞而寫不出字來(lái)？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(shí)“點(diǎn)漿”的原理是什么？哪些鹽溶液可用來(lái)“點(diǎn)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(xué)中的哪些原理？請(qǐng)盡可能多的列舉出日常生活中的有關(guān)膠體的現(xiàn)象及其應(yīng)用?！窘馕觥窟@些現(xiàn)象都可以用膠體的聚沉來(lái)解釋，影響溶膠穩(wěn)定性的因素是多方面的，例如電解質(zhì)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(shí)，由于海是中含有NaCl、MgCl2等電解質(zhì)，使泥沙溶膠聚沉下來(lái)形成三角洲。其他有關(guān)膠體的現(xiàn)象如丁澤爾現(xiàn)象、瑞利散射使天空呈藍(lán)色等?！?1】憎液溶膠是熱力學(xué)上不穩(wěn)定系統(tǒng)，但它能在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)的布郎運(yùn)動(dòng)，能阻止其在重力作用下的沉降，即具有動(dòng)力穩(wěn)定性；膠粒表面具有雙電層結(jié)構(gòu)，當(dāng)膠粒相互接近時(shí)，同性電荷的靜電斥力及離子氛的重疊區(qū)由于過(guò)剩離子產(chǎn)生的滲透壓，阻礙膠粒的聚結(jié)，即具有聚結(jié)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(shí)的機(jī)械

9、障礙。聚結(jié)穩(wěn)定性是溶膠能穩(wěn)定存在的重要因素?！?2】試從膠體化學(xué)的觀點(diǎn)解釋，在進(jìn)行重量分析時(shí)為了使沉淀完全，通常要加入相當(dāng)數(shù)量的電解質(zhì)（非反應(yīng)物）或?qū)⑷芤杭訜帷！窘馕觥吭谌苣z中加入電解質(zhì)，只要濃度達(dá)到某一定數(shù)值，都會(huì)使溶膠聚沉。溫度的增加也將會(huì)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(shí)為了使沉淀完全，通常要加入相當(dāng)數(shù)量的電解質(zhì)（非反應(yīng)物）或?qū)⑷芤杭訜??！?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(gòu)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(jī)械分散所得的液滴不相互聚結(jié)；鑒別乳狀液的方法有稀釋法，染色法和電導(dǎo)法；根據(jù)乳狀液的內(nèi)相（成形時(shí)彼此分散的相）和外相（作為分散介質(zhì)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(xué)破乳等?！?4】溶膠中分散相顆粒間相互聯(lián)結(jié)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(fù)成凝膠，這種溶膠與凝膠相互轉(zhuǎn)化的性質(zhì)稱為凝膠的觸變性?！?5】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(yīng)用前景？【解析】納米材料是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)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(yīng)，表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，宏觀隧道效應(yīng)等；在光學(xué)材料，催化材料，貯氫材料，磁性材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用?！玖?xí) 題】【1】在堿性溶液中用HClO還原HAuCl4，以制備金溶膠，反應(yīng)可表示為： 此處是穩(wěn)定劑，試寫出膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)式，并標(biāo)出膠核、膠粒和膠團(tuán)。【解析】膠核(Au)m優(yōu)先吸附與其具有共同組成的AuO2-,故膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)為：【2】某溶膠中粒子的平均直徑4.2n

12、m，設(shè)其黏度和純水相同，=0.001PaS。試計(jì)算：（1）298K時(shí)，膠體的擴(kuò)散系數(shù)D；（2）在2s的時(shí)間里，由于Brown運(yùn)動(dòng)，粒子沿x軸方向的平均位移?！窘馕觥浚?）由愛(ài)因斯坦方程，得（2）由愛(ài)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(shí)間內(nèi)粒子沿x軸的平均位移=1.410-5m。試計(jì)算：（1）298K時(shí)，膠體的闊酸系數(shù)D；（2）膠粒的平均直徑d；（3）膠團(tuán)的摩爾質(zhì)量M?！窘馕觥浚?）由愛(ài)因斯坦-布朗方程，得，（2） （3）【4】設(shè)某溶膠中膠粒的大小是均一的球形粒子，已知在298K時(shí)膠體的擴(kuò)散系數(shù)D=1.0410-4m2S-1

13、，其黏度=0.001PaS。試計(jì)算：（1）粒的半徑r； （2）由于Brown運(yùn)動(dòng)，粒子沿x軸方向的平均位移=1.4410-5m時(shí)所需的時(shí)間；（3）318K時(shí)膠體的擴(kuò)散系數(shù)D /，假定該膠粒的黏度不受溫度的影響?！窘馕觥坑蓯?ài)因斯坦方程，得 （2）由愛(ài)因斯坦-布朗方程，得， ，則（3）由愛(ài)因斯坦方程，得【5】在298K時(shí)，某粒子半徑r =30nm的金溶膠，在地心力場(chǎng)中達(dá)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(zhì)水的密度為介= 1.0103kgm-3。試計(jì)算Avogadro常數(shù)L的值?！窘馕觥坑晒?

14、，可得， 【6】某金溶膠在298K時(shí)達(dá)到沉降平衡,在某一高度時(shí)粒子的密度為8.99108m-3,再上升0.001m粒子的密度為1.08108m-3。設(shè)粒子為球形，已知金的密度為Au= 1.93104kgm-3，分散介質(zhì)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(zhì)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(shí)，所以 【7】 298K時(shí)，血紅脘的超離心沉降實(shí)驗(yàn)中，離轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為=120rs-1。已知血紅脘的密度為血紅脘= 1.335103kgm-3，分散介質(zhì)的密度為介= 0.9982103kgm-3。試計(jì)算血紅脘的平均摩爾質(zhì)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(shí)16.7s。已知油和鋼球的密度分別為油=960kgm-3球= 7650kgm-3。試計(jì)算在實(shí)驗(yàn)溫度下油的黏度?！窘馕觥?鋼球在油中達(dá)到平衡時(shí)，沉降力與粒滯阻力相等，則 所以 【9】試計(jì)算293K時(shí)，在地心力場(chǎng)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(shí)間已知

16、分散介質(zhì)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?chǎng)中達(dá)到沉降平衡時(shí)，沉降力與粒滯阻力相等，則 所以 m時(shí) 時(shí) 時(shí)，由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，膠粒（）在重力場(chǎng)中沉降速度極慢，所以重力場(chǎng)中，沉降平衡只適用于粗分散體系中粒子得實(shí)驗(yàn)測(cè)定。【10】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(jì)算此球形CaCl2（s）粒子的半徑?！窘馕觥俊?1】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(gè)。設(shè)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(shí)驗(yàn)室中，用相同的方法制得兩份濃度不同的溶膠，測(cè)得兩份溶膠的散射光強(qiáng)度之比為I1/I2=10。已知第一份溶膠的濃度c1=0.10moldm-3,設(shè)入射光的頻率和強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)條件都相同, 試求第二份溶膠的濃度c2。【解析】根據(jù) 【13】在水中，當(dāng)所用的電場(chǎng)強(qiáng)度為E=100Vm-1時(shí), 直徑為d=1.0m的石英粒子的運(yùn)動(dòng)速度為u=30ms-1。試計(jì)算在石英

18、-水界面上電勢(shì)的數(shù)值。設(shè)溶液的捻度=0.001PaS，介電常數(shù)=8.8910-9CV-1m-1。【解析】根據(jù)公式得 【14】已知水與玻璃界面的電勢(shì)為-0.050V, 試計(jì)算在298K時(shí),當(dāng)在直徑為1.0mm,、長(zhǎng)1m的毛細(xì)管兩端加40V電壓時(shí)，介質(zhì)水通過(guò)該毛細(xì)管的電滲速度。設(shè)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(duì)運(yùn)動(dòng)得速度，其計(jì)算公式相同。 【15】在三個(gè)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(shí)驗(yàn)測(cè)得至少需加電解質(zhì)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(jì)算各電解質(zhì)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(shí)間內(nèi)完全聚沉所需電解質(zhì)得最小濃度：所以，聚沉能力之比為：可見(jiàn)對(duì)溶膠聚沉起作用的主要是陰離子，所以該膠粒帶正電荷?！?6】已知在二氧化硅溶膠的形成過(guò)程中，存在下列反應(yīng)：（1）試寫出膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)式，并注明膠核、膠粒和膠團(tuán)；（2）指明二氧化硅膠團(tuán)電泳的方向；（3）當(dāng)溶膠中分別加入NaCl、MgCl2、K3PO4時(shí)，哪種物質(zhì)的聚沉值最??？【解析】

20、 （1）（2）由于膠核代負(fù)電，所以電泳的方向是向正極移動(dòng)。（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?！?7】設(shè)有一聚合物樣品，其中摩爾質(zhì)量為10.0kgmol-1的分子有10mol, 摩爾質(zhì)量為100 kgmol-1的分子有5mol, 試分別計(jì)算各種平均摩爾質(zhì)量和的值(設(shè)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(jì)算所成溶液在293K時(shí)的滲透壓?！窘馕觥吭撊芤旱梦镔|(zhì)的量濃度為：【解析】滲透壓為：【19】已知某蛋白質(zhì)的數(shù)均摩爾質(zhì)量為

21、=40 kgmol-1，試分別求在298K時(shí)，含量為0.01kgdm-3的蛋白質(zhì)水溶液的冰點(diǎn)降低、蒸汽壓降低和滲透壓的值。已知在298K時(shí)：水的蒸汽壓=3.168Kpa, 凝固點(diǎn)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(zhì)量為=100 kgmol-1,密度為=920kgm-3。在聚合物分子充分伸展時(shí)，試計(jì)算聚丁二烯分子的平均長(zhǎng)度?！窘馕觥俊?1】在293K時(shí)，有某聚合物溶解在CCl4（l）中，得聚合物不同濃度c時(shí)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(shí), 溶液的密度為=1594kgm-3, 試計(jì)算聚合物的數(shù)均摩爾質(zhì)量?！窘馕觥坑郑詫?duì)c作圖，由圖得截距 23.0 故 【22】在298K時(shí)，測(cè)得某溶液在不同濃度時(shí)的相對(duì)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。【解析】對(duì)大分子溶液，比濃粘度和相對(duì)粘度與濃度得關(guān)系為： 分別以和對(duì)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(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得特性粘度 。【23】在298K時(shí)，具有不同相對(duì)分子質(zhì)量的同一聚合物，溶解在相同有機(jī)溶劑中所得的