光催化张金龙补充习题答案.pdf

研究生 界面与胶体化学 课程补充习题解答研究生 界面与胶体化学 课程补充习题解答 第一讲 表面化学基本概念 第一讲 表面化学基本概念 Laplace 和和 Kelvin 公式公式 1 1 若将一个立方体分成 1000 个小立方体 问 a 小立方体的面积比原来 立方体小几倍 b 细分的小立方体的总面积比原来大多少倍 解解 设原立方体的边长为 L 则原立方体的面积为 6L2 细分后小立方体的边长为 L 10 则 小立方体的面积为 6L2 100 a a 小立方体的面积比原立方体的面积小倍 b b 小立方体的总面积为 比原来大 10 倍 2 2 当金溶胶粒子都是半径为 0 02 m 的球 密度为 19 3 时 问 a 0 1 克金能生成多少个胶体粒子 b 试求胶体粒子的表面积 c 是 0 1 克的颗 粒子表面积的多少倍 解解 一个金溶胶粒子的重量为 a a 粒子数 个 b b 一 个 溶 胶 粒 子 的 表 面 积 为 总 面 积 为 c c 设金颗粒为球形 其半径为 面积 3 3 已知20 C时甲醇的表面张力为22 6 dyn cm 1 d dT 为 0 096 dyn cm 1 K 1 试计算表面熵 总表面能和表面自由能 解解 表面熵 总表面能 表面自由能 G 22 6 达因 厘米 4 4 试分别计算水在半径为 0 01mm 和 0 01 m 的玻璃毛细管中的蒸汽压 假 设接触角为零 请将所得结果与 25 C 的正常值比较 并以百分变化表示之 其 结果说明什么 解解 可查得 25 C 时水的表面张力为 0 07197 N m 蒸汽压为 3 178 kPa 由 则半径为 0 01mm 时 即为正常值的 99 99 而半径为 0 01 m 时 即为正常值的 90 04 100 100 6 6 22 LL 22 60 100 6 1000LL g1047 63 19 1002 0 3 4 3 4 16343 rw 1416 1055 11047 6 1 0 1 0 wn 292 cm111003 54 rs 2 cm7791 nsS cm107 0 3 4 1 0 3 r 22 cm145 04 RS 倍53732 SS 11 Kcmdyn096 0 S A T S TA S 1 cmdyn74 50 096 0 15 2936 22 nVA nVT S S T T A U 13633 molm1006 1810998 0 1002 18 MVm RTr V p p mr 2 ln 9999 0 10298314 8 1006 1807197 02 exp 2 exp 5 6 RTr V p p mr 9004 0 10298314 8 1006 1807197 02 exp 2 exp 8 6 RTr V p p mr 5 当天气寒冷时 人体口中呼出的水汽会凝结成肉眼可示的薄雾 试估算当环 境温度为多少时 这种现象可能会出现 假定口中呼出的水蒸气温度为 35 C 在估算温度范围内水的有关数据 M 18 015 0 0744 N m 1 1 095 10 3 Pa s 0 997 103 kg m 3 饱和蒸汽压可按 计算 设薄雾液滴的 粒径为 2 m 解解 这是一个新相生成 C 的水蒸气相对于环境温度是过热蒸汽 因此 产生的微小液体 具有很高的蒸汽压 只有当环境温度下产生的微小液体的饱和蒸汽压与过热蒸汽的饱和 蒸汽压相等 新相才能生成 即 若 考 虑 液 体 的 表 面 张 力 是 温 度 的 函 数 假 定 其 为 则 对于不同的液滴半径 有求解结果如下 r m t C 1 10 6 34 98 1 10 7 34 82 1 10 8 33 21 1 10 9 16 22 从上述计算可知 只有当温度低于 16 C 时 才有利于水蒸气聚集成液滴 形成 新相 第二讲 纯液体表面张力的估算第二讲 纯液体表面张力的估算 1 1 1 已知乙酸乙酯 20 C 和 40 C 时的密度分别为 0 900 和 0 876 g cm 3 试分别计算 20 C 30 C 和 40 C 时的表面张力值 解解 乙 酸 乙 酯 的 分 子 结 构 为CH3COOCH2CH3 则M 88 105 20 C 时 文献值 23 82 40 C 时 文献值 21 51 设 30 C 时 文献值 22 66 91 25 95 5322 Pa ln T p 15 308 ln 2 ln Tp p rRT M p pr rRT M T 2 91 25 95 5322 91 25 15 308 95 5322 rR M T 2 95 5322 15 308 95 53221 63 3 10110997 0314 8 0744 010015 182 95 5322 15 308 95 53221 T bTa rRMaB rRMbTB T 2 21 0 8 2148 63405 552 P 1 44 mmN18 23 105 88 900 0 8 214 P M 1 4 mmN80 20 105 88 876 0 8 214 bta 119 0 56 25 4080 20 2018 23 b a ba ba 1 mmN99 2130119 056 25 2 正丁酸 20 C 时的密度为 0 9559 g cm 3 其临界性质分别为 Tc 615 70K pc 4 064 106Pa Vc 0 2917m3 kmol 1 沸点 Tb 436 42K 试分别用等张比容法和对应状态原理计算其 20 C 时 的表面张力并比较两者的结果 实验值为 26 63dym cm 解解 等张比容法计算 第三讲 表 界 面张力测定方法第三讲 表 界 面张力测定方法 1 1 1 在一边半径为 1 10 3 m 另一边半径为 1 10 2 m的 U 形管中加入某种液体 20 C 两边毛细管的液柱高度差 h 1 9 10 2m 已知该液体的密度 950 kg m 3 求液体的表面张 力 设该液体完全润湿玻璃 解解 2 2 2 用滴重法测定某有机液体的表面张力 用的管尖外直径是 0 60 厘米 内直径是 0 02 厘米 测得 20 滴重 0 80 克 此液体的密度是 0 95 g ml 并能润湿管尖 a 计算此液体的 表面张力 b 选用合适的公式校正 并比较两者误差 解解 a 能润湿管尖 r 0 30 cm b 第四第四讲 凝聚相界面 固 液 体界面吸附及吸附等温式讲 凝聚相界面 固 液 体界面吸附及吸附等温式 1 1 1 100 C 时钠和汞的表面张力分别为 220 和 460 dyn cm 它们在玻璃上的接触角分 别为 66 和 143 试估计玻璃的表面张力 并解释所用的方法和假设 解解 采用 Zisman 方法处理 假定玻璃的表面张力 等于其临界表面张力 即 分别应用与钠和汞在玻璃上 得 和 解得 2 2 2 已知水 固体萘体系的数据 25 C 的接触角为 90 水的表面张力和表面能分别为 72 和 200 dyn cm 水与萘的粘附能为 290 dyn cm 试计算 1 水与萘的粘附功 2 水在 萘上的铺展系数 解解 3 2098 730 4025 55 P 1 4 mmN26 59 106 88 9559 0 3 209 3 105 1 63 26 59 2663 26 2211 2 2rghrgh 21 11 2 rr hg 1 12 21 mmN15 49 1 012 1 0190 198095 0 2 rr rrhg 3 0 058 0 829 1 4789 1007 1 3 123 13 1 VrVrVrf 2 1 3 0 4293 0 7249 09045 0 3 123 13 1 VrVrVrf 1 mmN8 20 30 014 32 98020 80 0 2 r mg 2 186 0 042 0 30 0 3 0cm042 0 95 020 8 0 3 13 13 VrmV 5986 086 04293 086 07249 0905 0 2 f 1 40 8 34 8 208 34 mmN8 34 5986 0 8 20 2 1 rf mg 1cos C ba 液气液气 C 玻璃 1143cos 玻璃汞 166cos 玻璃钠 cmdyn 102 玻璃 cmdynWa 72 90cos1 72 cos1 液气 0 72 190 cos72 1 cos cmdynS SL 液气 浸湿能和水在萘上的粘附张力 3 3 3 20 C 时水和汞的表面张力分别为 73 mN m 1和 484 mN m 1 水 汞界面的界面张力 为 375 mN m 1 试计算 a 水与汞之间的粘附功 b 水和汞的内聚功 c 水在汞上的 起始铺展系数 解解 a b c 第五讲 溶液表面张力及计算第五讲 溶液表面张力及计算 1 1 1 试根据下列数据 采用等张比容法和对应状态原理计算 25 C 时苯与乙醚混合物 x 苯 0 577 的表面张力 物质 M g cm3 dyn cm Tc K pc Pa Tb K 苯 78 113 0 8722 28 23 562 2 4 8980 106 353 2 乙醚 74 123 0 7069 16 47 36 4 3 6400 106 307 6 解解 1 或 2 nVA nVT s s T T A U s A T s TA S npA npT s s T T A H 液气 2 c W 1 mmN182 水汞水汞 LGSLSGa W 1 mmN1467322 LGc W 水 1 mmN96848422 LGc W 汞 0mmN36 1 水汞水汞 LGSLSGSL S 1 2055 156 189HHC P 56 苯 2110 200 4025 552 O CH 2 CH 2 P 23 乙醚 426 76114 78577 0123 74423 0 iim MxM 8022 08722 0577 07069 0423 0 iim dxd 1 4 4 mmN54 221 205577 0211423 0 426 76 8022 0 P i i m m m x M d K i Li ii Lmm x 1 4 14 14 1 4 1 114 78 8722 0 23 28577 0 123 74 7069 0 47 16423 0 426 76 8022 0 1 mmN92 22 m 279 0 1 01325 1 ln 11196 0 br cbr T pT Q苯 628 0279 0 16 562 24 3531 01325 110898 4ln16 562 24 353 11196 0 669 0279 0 7 466 6 3071 01325 14 36ln7 466 6 307 11196 0 Q乙醚 K8 5212 562577 07 466423 0 icimc TxT bar6 439 48577 04 36423 0 icimc pxp 645 0628 0577 0669 0423 0 iim QxQ 1 9 11 3 1 3 2 mmN84 228 521 15 2981645 08 5216 43 m 第六讲 胶体分散系统的制备 分子动力学性质第六讲 胶体分散系统的制备 分子动力学性质 1 1 1 在 17 C 时 在超显微镜下测得藤黄水溶胶中胶粒每 10 秒钟在 x 轴上的平均位移 为 60nm 水的粘度为 0 011 Pa s 求胶粒的半径 解解 2 2 2 由光散射实验测得 25 C 壬基酚聚氧乙烯醚 NPE 10 胶团在水溶液中的平均扩 散系数为 5 973 10 11 m2 s 1 试计算此胶团的聚集数 已知NPE 10 的分子量为 660 88 g mol 1 密度为 1 06 g cm 3 水的粘度为 8 937 10 4 Pa s 解解 由扩散系数可计算得到胶团的平均半径 胶团的分子量为 胶团的聚集数为 3 3 3 胶粒直径为 0 2 m 在 25 C 时密度为 1 08 103 kg m 3 计算 1 只有扩散作用时 粒子移动 0 2mm 所花的时间 2 忽略扩散作用时 此胶粒的动力稳定性 3 达到动力 稳定的时间 介质为水 25 C 时的密度和粘度分别为 1 0 103 kg m 3和 8 937 10 4Pa s 解解 1 根据平均布朗位移 得 2 由沉降平衡方程 3 由 Stockes 公式 则 2 1 3 A rN RTt x m1007 1 1002 6 1060 011 014 33 1015 290314 8 3 4 23292 A Nx RTt r cm1009 4m1009 4 10023 610973 510937 814 36 15 298314 8 6 79 23114 DL RT r 123373 molg89606 1 1009 4 14 3 3 4 3 4 LrM 27788 660 89 182968 0 MMn 2 1 3 A rN RTt x RT xrNA 2 3 hs27 28182 15 298314 8 102 0 101 0 10937 8 14 33 1002 6 236423 RT hhgNr n n A 3 4 exp 1212 3 1 2 m1068 8 15 298314 83 1002 681 910 00 108 1 101 0 14 34 5 0ln 3 4 ln 4 23336 12 3 1 2 12 RT gNr n n hhh A g r h d dx 9 2 12 2 h6 123s10448 4 81 910 00 108 1 101 0 2 1068 810937 89 2 9 5 326 44 12 2 gr h 第七讲 胶体的光学性质和动电性质第七讲 胶体的光学性质和动电性质 1 直径为 5 10 7m 的球形粒子在 25 C 下分散于浓度为 100mol m 3的 KCl 溶液中 电场强 度为 1 103V m 1 测得粒子在 8 0 秒内移动了 1 21 10 4m 的距离 已知 25 C 时水的粘度和 相对介电常数分别为 8 937 10 4Pa s 和 78 5 计算 1 粒子的电泳速度 2 电位 解解 1 由粒子的电泳速度定义 得 2 2 粒子直径为 1 10 6 m 的 Fe2O3球形粒子分散于浓度为 5 10 3 mol dm 3的油酸铜 一价 二甲苯溶液中 在 25 C 下测得其电泳速率为 1 1 10 8 m2 S 1 V 1 溶液的电导率为 4 7 10 8 S m 1 离子浓度大约为 1 10 11 mol dm 3 1 计算该浓度下 1值 并指出哪一种极限形式 适用于这一物系 2 对于浓度为 5 10 3 mol dm 3的 1 1 型电解质水溶液来说 1 问所 得的极限方程是否适用 3 粒子的 电位为多少 已知二甲苯的相对介点常数 r 2 3 粘度 6 5 10 4 Pa s 水的相对介点常数 r 78 5 粘度 8 9 10 4 Pa s 解解 1 对于二甲苯溶液 采用H ckel方程 即 2 在水溶液中 则 采用 Helmholtz Smoluchowshi 方程 3 在二甲苯溶液中 3 在 25 C 下把水放入直径为 1 10 3 m 长度为 0 1m 的毛细管中 当两端加上 200V 电 压时 求水的电渗流动速度 已知玻璃 水界面的 电位为 40mV 水的粘度和相对介电常 数分别为 8 9 10 4 Pa s 和 78 5 解解 118 3 4 Vsm1051 1 101 8 1021 1 E S E v u 9 2 1 28 2 1 27 10039 110039 11035 7 czzc ii 9101 1010625 9 100250 10 105 2 9 7 1 r mV4 19V0194 0 10854 85 78 10937 81051 1 12 48 0 r u 2 1 2 2 1 2 2 1 22 2 cz kT Ne kT zcNe Ai iiA 14 2 1 2311 2 1 2312 23219 m1007 6110101 2981038 110854 83 2 10023 6 106 1 2 1 003 0 105 0 1007 6 64 r E 5 1 18 2 1 2338 m10323 211010510039 1 100116 105 0 10323 2 68 r E V527 0 10854 83 2 101 1105 65 15 1 12 84 E EA V s OE E A V v s OE 15 4 312 1025 6 109 8 10401 0 20010854 85 78 smv 135235 105 105 0 14 31025 6 scmvAV sOE 第八讲 憎液分散体系的稳定与破坏第八讲 憎液分散体系的稳定与破坏 第九讲 表面活性剂第九讲 表面活性剂 1 1 试指出如下物质分别属于什么类型的表面活性剂 并分别指出它们的活 性部分 解解 a C17H35 COONa 阴离子表面活性剂 b C12H25 SO3Na 阴离子表面活性剂 c 两性表面活性剂 d 阳离子表面活性剂 e 阳离子表面活性剂 第十讲 表面活性剂性质第十讲 表面活性剂性质 1 1 1 试估算十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的 HLB 值 若此两种表面活性剂按 1 2 重量比混合 则混合表面活性剂的 HLB 值是多少 解解 设十二烷基硫酸钠为 1 结构为 十二烷基苯磺酸钠为 2 结构 为 则两者的 HLB 分别为 按 1 2 重量比混合物的 2 2 2 下表所列的是 25 C 时非离子表面活性剂 CH3 CH2 9 OCH2CH2 5OH 水溶液的表面 张力数据 试确定临界胶束浓度及此时每一个吸附分子所占据的面积 c 10 4mol dm3 0 1 0 3 1 0 2 0 5 0 8 0 10 0 20 0 30 0 mN m 63 9 56 2 47 2 41 6 34 0 30 3 29 8 29 6 29 5 解解 以 c 或 log c 作图 由折点所对应的浓度而得 CMC 值 RCO N CH3 CH2CH2SO3Na R1CONHNR2 R3 R4 HCl R1N R2 R3