第11章 胶体化学.pdf

第 11 章 习题解答 1 第 11 章 胶体化学 第 11 章 胶体化学 1 1 某粒子半径为 30 10 7 cm 的金溶胶 在 25 时 在重力场中达到沉降平衡后 在高度相 距 0 1 mm 的某指定体积内粒子数分别为 277 个和 166 个 已知金与分散介质的密度分别为 19 3 103 kg m 3及 1 00 103 kg m 3 试计算阿伏伽德罗常数 解 由胶粒在达到沉降平衡时的分布定律 02 21 1 ln1 CMg hh CRT 则 21 021 ln 1 RTCC M ghh 上式中 M 为胶粒在 h2 h1范围内的平均摩尔质量 其又可由下式算的 3 4 3 MVLrL 粒子 故 21 3 021 ln 4 3 RTCC L r ghh 3 833 4 23 1 8 314298 15ln 166 277 4 3 0 109 8 1 00 1019 3 101 0 10 3 6 26 10 mol 答 6 26 1023 mol 1 1 2 有一金溶胶 胶粒半径为 3 10 8 m 25 时在重力场中达沉降平衡后 在某一高度处单 位体积中有 166 个粒子 试计算比该高度低 10 4 m 处体积粒子数为多少 已知金的体积质量 B为 19 300 kg m 3 介质的体积质量 0为 1 000 kg m 3 解 由胶粒在达到沉降平衡时的分布定律 02 21 1 ln1 CMg hh CRT 上式中 M 为胶粒在 h2 h1范围内的平均摩尔质量 其又可由下式算的 3 4 3 MVLrL 粒子 故 3 4 exp 210 3 12 RT hhgLr CC 第 11 章 习题解答 2 272 15 298314 83 100 1 100 1103 19 1002 68 9 103 14 34 exp 166 4332338 答 272 个 1 3 试用沉降平衡公式验证 在海平面附近 高度上升 12 m 大气压下降 133Pa 解 海平面处大气压为 p1 高度上升 12 m 处大气压为 p2 有贝林 Perrin 公式得 376 1 15 298314 8 128 929 ln 12 1 2 RT hhMg p p Paep133325 101 376 1 2 1 4 一胶体粒子直径为 20 10 7 cm 体积质量为 1 15 103 kg m 3 估算其在 25 的介质水中 因扩散作用移动 0 2 mm 所需的时间 已知 25 时水的粘度约为 0 001 Pa s 解 由爱因斯坦 斯托克斯方程可得 11 923 1019 2 001 0101014 31002 66 15 298314 8 6 rL RT Dm2 s 1 对于单级分散有 Dtx2 2 故 s D x t 2 11 232 102 9 1019 22 102 0 2 答 9 2 102 s 1 5 在某内径为 0 02 m 的管中盛油 使直径为 1 588 10 3 m 的钢球从其中落下 下降 0 15 m 需时 16 7 s 已知油和钢球的体积质量分别为 960 和 7 650 kg m 3 试计算在试验温度时油的 粘度 答 1 023 Pa s 第 11 章 习题解答 3 1 6 写出由 FeCl3水解制得 Fe OH 3溶胶的胶团结构 已知稳定剂为 FeCl3 解 水解反应 FeCl3 H2O Fe OH 3 3HCl FeCl3为稳定剂时 固体表面吸附的是 Fe3 Cl 为反离子 胶团结构为 Fe OH 3 mnFe3 3 n x Cl 3x 3xCl 胶体粒子 胶核 胶团 1 7 NaNO3 Mg NO3 2 Al NO3 3对 AgI 水溶胶的聚沉值分别为 140 mol dm 3 2 60 mol dm 3 0 067 mol dm 3 试判断该溶胶是正溶胶还是负溶胶 解 根据 Schulze Hardy 价数规律可知 可知反离子的价数越高 聚沉能力越大 聚沉值就 越小 所以题中阳离子是反离子 故该 AgI 水溶胶是负溶胶 1 8 某胶体铋在 20 时水中的 电势为 0 016 V 求它在电势梯度等于 1 V m 1时的电泳速 度 已知水在室温时 0 001 Pa s r 81 0 8 854 10 12 C2 N 1 m 2 解 根据 smoluchowski 公式有 0r E v u 故 8 12 0 1014 1 001 0 1016 010854 881 E v r m s 1 答 1 14 10 8 m s 1 1 9 在 H3AsO3的稀溶液中通入 H2S 气体 生成 As2S3溶胶 已知 H2S 能电离成 H 和 HS 试写出 As2O3胶团的结构 并比较 AlCl3 MgSO4和 KCl 对此溶胶聚沉能力的大小 解 用过量的 H2S 气体作为稳定剂 H2S 发生一级解离 生成 HS 离子 生成的 As2S3胶 核优先吸附 HS 离子 胶粒带负电 则胶团的结构式 23 m As SHSHH x nxx 外加电解质中正离子电价越低 聚沉能力越弱 聚沉值越大 所以聚沉值由大到小的顺序为 AlCl3 MgSO4 KCl 1 10 欲制备 AgI 的正溶液 在浓度为 0 016 mol dm 3 体积为 0 025 dm3的 AgNO3溶液中最 多中能加入 0 005 mol dm 3的 KI 溶液多少 dm3 试写出该溶胶胶团结构的表示式 在此溶胶 第 11 章 习题解答 4 中加入相同浓度的 MgSO4和 K3Fe CN 6两种溶液 哪一个的聚沉值大 解 最多能加入 KI 的体积为08 0 005 0 025 0016 0 dm3 胶团结构表示式 AgI mnAg n x NO3 x xNO3 胶体粒子 胶核 可滑动面 胶团 因为AgI正溶胶带正电 起聚沉作用的是电解质的阴离子 即反离子 根据Schulze Hardy 价数规则可得 反离子的价数越高 聚沉能力越大 SO42 价数低 聚沉能力小 聚沉值大 答 0 08 dm3 MgSO4 1 11 将 0 010dm3 0 02 mol dm 3AgNO3溶液 缓慢地滴加在 0 100 dm3 0 005 mol dm 3的 KCl 溶液中 可得到 AgCl 溶胶 试写出其胶团结构的表示式 指出胶体粒子电泳的方向 解 胶团结构表示式 AgCl mnCl n x K x xK 胶体粒子 胶核 可滑动面 胶团 胶体粒子带负电 故向阳极移动 1 12 把 1 10 3 kg 平均摩尔质量为 200 kg mol 1的聚苯乙烯溶在 0 1 dm3苯中 试计算所形 成的溶液在 293 K 时渗透压 解 PaRT MV m RTcB8 121293314 9 101 0200 101 3 3 答 121 8 Pa 1 13 阿拉伯树胶的最简式为 C6H10O5 其中 3 的水溶液在 298 K 时的渗透压为 2 756 Pa 试求溶质的平均摩尔质量及其聚合度 已知单体的摩尔质量为 0 162 kg mol 1 解 总总 总总 VM m V n c V m m m 第 11 章 习题解答 5 cRT 166 162 0 97 26 97 26298314 8 2756 100 1 3 1 3 M M n molkgRT cV m M 聚合度 总 答 26 97 kg mol 1 166 1 14 某大分子电解质 NazP 蛋白质钠盐 水溶液及 NaCl 水溶液分别置于一半透膜两侧 该半 透膜允许溶剂分子和 Na Cl 透过 而 Pz 不能透过 当达到 Donnan 平衡时 试用热力学证 明 在膜的两侧 b Na 和 b Cl 的乘积相等 解 NaCl 左 NaCl RTln b Na 左 b Cl 左 c 2 NaCl 右 NaCl RTln b Na 右 b Cl 右 c 2 又 当渗透达到膜平衡时 NaCl 在半透膜两侧的化学势必相等 即 NaClNaCl 左 右 所以 b Na 左 b Cl 左 b Na 右 b Cl 右 1 15 在 298 K 时 半透膜两边 一边放浓度为 0 1 mol dm 3的大分子有机物 RCl RCl 能完 全电离 但 R 不能透过半透膜 另一边放浓度为 0 5 mol dm 3的 NaCl 试计算达到膜平衡 后 膜两边各种离子的浓度和渗透压 R Cl Na Cl 0 1 0 1 0 5 0 5 解 由膜平衡条件 ClNaClNa 左左右右 0 10 50 5x xxx 3 0 2273 mol dmx 所以平衡时 左边 Cl 0 3273 mol dm 3 Na 0 2273 mol dm 3 右边 Cl 0 2727 mol dm 3 Na 0 2727mol dm 3 cRT 0 1 0 1 22 0 5 40 8 40 22730 88 314300 15 272 5kPa xxRT xRT 答 Cl 左 0 3273 mol dm 3 Na 左 0 2273 mol dm 3 Cl 右 Na 右 0 2727 mol dm 3 2 725 105 Pa 第 11 章 习题解答 6 1 16 凝胶有哪些性质 影响高分子溶液胶凝的因素有哪些 哪些措施能增加凝胶的溶胀 度 为什么 解 性质有 触变性 溶胀性 脱水收缩性 透过性 影响高分子溶液胶凝作用的因素有 浓度 浓度越大 高分子间及链段之间碰撞几率加 大 越易胶凝 温度 温度升高 高分子热运动加剧 不利于胶凝 电解质 SO42 Cl 加 速胶凝 I SCN 阻滞胶凝 1 17 K Na 等碱金属的皂类作为乳化剂时 易形成 O W 型乳状液 而 Zn Mg 等高价金属 的皂类作为乳化剂时 则易于形成 W O 型乳状液 试说明原因 解 乳化剂分子具有一端亲水而另一端亲油的特性 其两端的横截面不等 当它吸附在乳状 液的界面面层时 常呈现 大头 朝外 小头 向里的几何构型 就如同一个个的锲子密集的 钉在圆球上 采用这样的几何构型 可使分散相液滴的表面积最小 界面吉布斯函数最低 而且可以使界面膜更牢固 当 K Na 等碱金属的皂类作为乳化剂时 含金属离子的一端是 亲水的 大头 非极性的一端是亲油的 小头 故易于形成 O W 型的乳状液 而 Zn Mg 等高价金属的皂类作为乳化剂时 非极性的一端是亲油的 大头 含金属离子的