胶体化学大汇总 (1)

1 分散体系的分类 根据被分散物质分散的程度可将分散体系分为粗分散体系 胶体分散体系和分子分散体系 2 什么是胶体 颗粒大小在 1 1000nm 范围内的分散相粒子称为胶体 3 胶体制备一般需具备什么条件 常用的制备方法有哪些 举例说明 条件 a 固体分散相粒子要足够小 使其有一定的动力学稳定性 b 分散相在分散介质中 的溶解度要足够小 形成分散相的反应物浓度低 c 为了使分散相粒子具有抗凝结而保持稳定 的性质 体系中必须有第三种物质存在 方法 分散法 机械粉碎法 超声分散法 电分散法 胶溶法 凝聚法 化学凝聚 物理凝聚 胶溶法 吸附溶胶 洗涤沉淀胶溶 表面解离溶胶 例子 洗涤沉淀胶溶法制备普鲁士蓝溶胶 改换介质法制备硫溶胶 4 什么是单分散溶胶 单分散溶胶制备的原理 在特定条件下制备的粒子大小 形状 组成均相同的溶胶称为单分散溶胶 原理 在溶液中产物浓度超过其饱和浓度 并略高于成核浓度时 在短时间内形成全部晶核 晶核形成后 溶液浓度迅速减小 低于成核浓度 仍高于饱和浓度 不再形成新晶核 已形成 的晶核在此浓度下以相同速度长大 从而得到单分散胶体粒子 5 什么是胶体晶体 胶体晶体制备中采用模板剂的作用是什么 由一种或多种单分散的胶体粒子组装并规整排列的二维或三维有序结构称为胶体晶体 又称 合成蛋白石 作用 引导 组装胶体粒子 6 什么是反渗透 若在渗透平衡后在浓相一侧施加外压 p p 则浓相的溶剂分子将向稀相迁移 故称反渗 透 7 纳米粒子的特性是什么 产生电动现象的根本原因是什么 特性 表面与界面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应 根本原因 胶体粒子常带有一定符号和数量的电荷 8 为什么分散相质点在分散介质中表面常会带某种电荷 当分散相与分散介质接触时 因为分散相质点表面解离或者吸附溶液中某些离子从而使表面 带有电荷 9 界面移动电泳和显微电泳各适用何种体系 界面移动电泳主要用于蛋白质系统等生物大分子体系 显微电泳主要用于显微镜下可见胶体 粒子的体系 10 什么是临界聚沉浓度 它由哪些参数决定 临界聚沉浓度是在一定时间内引起疏液体系胶体有明显变化所需要加入惰性电解质的最小浓 度 临界聚沉浓度主要由体系中反离子大小和价数 胶体粒子浓度 电解质加入方式和时间等 因素决定 11 江河出口处为什么形成三角洲 江河携带的泥沙在到达入海口与海水接触时 因海水中大量电解质的作用 使其携带的泥沙 上的电荷被中和 悬浊液的性质被破坏 这样泥沙就不能继续稳定地悬停在水中了 只好沉淀 下来 加上海水的流速小于江河水的 于是就在入海口处沉积了下来 年深月久 就形成了三 角洲 12 为什么不同型号的墨水不宜混用 墨水属于胶体 一些品牌的墨水中胶粒带正电荷 一些品牌的墨水中胶粒带负电荷 两电性 不同的胶粒混合会发生聚沉而使钢笔堵塞 13 试举例说明胶体的电动现象及其在环境治理方面的应用 电动现象是悬浮于分散介质中带某种电荷的胶体在外电场的作用下产生与液体介质的相对运 动 或是带点固体与介质因相对运动而产生电势差 统称电动现象 电动现象有四种 电泳 电渗 流动电势和沉降电势 电动现象在治理环境方面的应用 1 污水处理 向污水中加入 NaHCO3和 Al2 SO4 3 生 成聚合水合氧化铝无定形沉淀物 在其生成和沉淀过程中同时将废水中悬浮物裹挟下来从而除 去 2 可以用电渗法将污染物从渗透性不良的土壤中带到土壤表面 14 什么是纸上电泳 试举一两例其应用实例 纸上电泳是根据电泳现象在渗透了缓冲液的滤纸加上电场使物质移动 的电泳法 也就是 把样品以带状加在作为支持体的滤纸内来检测其移动和分离的方法 常用以分离性质相似的 物质 如各种氨基酸的分离和稀土元素的分离等 15 面粉厂为什么要防火 面粉厂 棉纺厂 亚麻厂中的粉尘为什么也能引起爆炸 面粉是是碳水化和物 因此是可燃物 前提条件 2 面粉颗粒微小 成悬浮状态悬浮在空 气中 与氧的接触面积很大 3 悬浮的面粉颗粒达到了一定浓度 临界值 4 温度达到着 火点的火源 当满足以上几个条件时 面粉厂就可能发生爆炸 因此要注意防火 根据可燃粉尘爆炸具备的三个条件 即粉尘本身具有爆炸性 粉尘必须悬浮在空气中并与空 气混合到爆炸浓度 有足以引起粉尘爆炸的热能源 面粉厂 棉纺厂 亚麻厂中的粉尘夹杂着 面粉 棉纺或亚麻形成可燃性物质悬浮在空中 与空气充分混合 一遇到明火就迅速燃烧 且 接触面积越大燃烧越快越剧烈 此时空气迅速膨胀 最终引起爆炸 16 晴朗的天空为什么是蓝色 为什么只有早上和晚上才看到霞光 根据瑞利散射定律 太阳光谱中的波长较短的紫 蓝 青等颜色的光最容易散射出来 而波 长较长的红 橙 黄等颜色的光透射能力很强 因此 我们看到晴朗的天空总是呈蔚蓝色 霞是由于日出和日落前后 阳光通过厚厚的大气层 被大量的空气分子散射的结果 当空中 的尘埃 水汽等杂质愈多时 其色彩愈显著 如果有云层 云块也会染上橙红艳丽的颜色 17 一把小麦 用火柴点燃不易着火 若磨成极细的面粉 并分散于容器中 易着火甚至爆炸 因为细小晶体颗粒比大颗粒具有更高的表面能 在较低的温度下即可达到面粉着火点所需的能 量 故细的面粉容易着火甚至爆炸 18 什么是单分散溶胶 其优点是什么 单分散溶胶 或称均匀分散溶胶 它是指在特定条件下制备的粒子大小 形状 组成均相同的 溶胶 优点 粒径细 比表面大 晶粒均匀 19 为什么自然界中液滴 气泡总是圆形的 为什么气泡比液滴更容易破裂 同样体积的水 以球形的表面积为最小 亦即在同样条件下 球形水滴其表面吉布斯自由能相 对为最小 气泡同理 半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压 因此在外压的挤压下 小气泡更容易破裂 20 说出几种常见的测定液体表 界 面张力的方法和主要利用的原理 方法 液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法 静力学法有毛细管上升法 du No y 环法 Wilhelmy 盘法 旋滴法 悬滴法 滴体积法 最大气泡压力法 动力学法有震荡射流法 毛细管波法 原理 毛细管上升法 1 2 l g ghr cos 式中 为表面张力 r 为毛细管的半径 h 为毛 细管中液面上升的高度 l 为测量液体的密度 g 为气体的密度 空气和蒸气 g 为当地的重 力加速度 为液体与管壁的接触角 若毛细管管径很小 而且 0 时 则上式可简化为 1 2 ghr Wilhelmy 盘法 W 总 W 片 2 lcos 式中 W 总为薄片与液面拉脱时的最大拉力 W 片为薄片 的重力 l 为薄片的宽度 薄片与液体的接触的周长近似为 2l 为薄片与液体的接触角 悬滴法 由 Laplace 公式 描述在任意的一点 P 曲面内外压差为 1R1 1R2 p0 l g gz 式中 R1 R2 为液滴的主曲率半径 z 为以液滴顶点 O 为原点 液滴 表面上 P 的垂直坐标 P0 为顶点 O 处的静压力 滴体积法 当一滴液体从毛细管滴头滴下时 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关 简单关系式 mg 2 r 实验结果表明 实际体积比按式 7 式计算 的体积小得多 因此 Harkins 就引入了校正因子 f r V1 3 则更精确的表面张力可以表示为 mg2 rf r v1 3 其中 m 为液滴的质量 V 为液滴 体积 f 为校正因子 可查表得到 最大气泡压力法 若在密度为 的液体中 插入一个半径为 r 的毛细管 深度为 t 经毛细管吹入一极小的气泡 其半径恰好与毛细管半径相等 此刻 气泡内 压力最大 根据拉普拉斯公式 气泡最大压力为 pm gt 2 r 即 1 2r pm gt 差分最大气泡压力法 1 2 p l g g r2 r1 3 1 2 t g2 r23 r13 l g 2 24 1 r1 1 r2 式中 p 为两毛细管的压差 t 为两管插入液面的高度差 21 毛细现象为什么会产生 临床上用毛细管采血样的原理 根据 Kelvin 公式 RTln pr po 2V r 曲率半径极小的凹液面蒸气压降低 低于正常饱和蒸 气压 即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结 因毛细管曲率半径极小 所以会产生毛细 凝结现象 原理 真空采血管在生产过程中预置了一定量的负压 当采血针穿刺进入血管后 由于采血 管内的负压作用 血液自动流入采血管内 22 农民锄地保墒原理 墒 指的是土壤水分 近代土壤学揭示 土壤在过水后会形成通往地表的毛细管 还会在 缩水过程中开裂 松土 就是切断毛细管 堵塞裂缝 从而 保墒 抑制水分沿毛细管上行 至地表蒸发和直接经裂缝蒸发 23 露珠 汗珠 洒落在地上的汞自动成球形的原因 表面张力促使露珠 汗珠 洒落在地上的汞以最小的表面积的状态存在 而体积相等的物体 中 只有球体的表面积最小 所以露珠大多呈球形的 24 天空为什么会下雨 人工降雨依据什么原理 向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨 天上的雨来自空中的云 空中的云其实就是水的凝结物 它来自地面的水汽蒸发 当云中的 水滴达到一定程度 也就是不能被上升的气流顶托住的时候 水滴 也可能是冰滴 雪花 就 会落到地面上 即是我们所见的雨 雹 雪 一般来说 云中的水汽胶性状态比较稳定 不易产生降水 而人工增雨就是要破坏这种胶性 稳定状态 通常的人工降雨就是通过一定的手段在云雾厚度比较大的中低云系中播散催化剂 碘化银 从而达到降雨目的 一是增加云中的凝结核数量 有利水汽粒子的碰并增大 二是 改变云中的温度 有利扰动并产生对流 而云中的扰动及对流的产生 将更加有利于水汽的碰 并增大 当空气中的上升气流承受不住水汽粒子的飘浮时 便产生了降雨 25 为什么会产生液体过热现象 加入沸石为什么能消除过热现象 进行有机物蒸馏时为什么通 常加入素瓷片或毛细管 久经煮沸的液体 溶于其中的空气全部跑掉后 因缺乏气泡 即缺乏汽化核 可以加热到沸点以 上仍不沸腾 这样的液体称为过热液体 它处于亚稳态 沸石作用 由于沸石的多孔性硅酸盐性质 小孔中存有一定量的空气 常被用于防暴沸 在 加热时 小孔内的空气逸出 起到了气化核的作用 小气泡很容易在其边角上形成 进行有机物蒸馏时加入素瓷片或毛细管相当于加了沸石 可防止暴沸 26 什么是牛顿流体 胀流体 塑性体 他们的主要区别是什么 牛顿流体是指在受力后极易变形 且切应力与变形速率成正比的低粘性流体 凡不同于牛顿 流体的都称为非牛顿流体 胀流体和塑流体都是非牛顿流体 表观粘度随剪切速率增加而增加 称为胀流体 观粘度 非常之高 直至外力达到某一临界值后 粘度陡然下降 此类型谓塑性体 主要区别 牛顿流体的流变特性是一条过原点的直线 牛顿流体各点的粘度值均相同 所 以粘度点能表现出牛顿流体的特性 而非牛顿流体的流变特性则是曲线或不过原点的线 在 线上某点的正切值即为粘度 27 水在玻璃上能铺展 水银在玻璃上却形成液滴 为什么 由 Young 方程 sg sl lgcos 由 sg sl 和 lg 决定 对于指定的固体 液体表面张力越小 其在该固体上的 也越小 因为水与玻璃的亲和作用比水银与玻璃的 亲和作用大 所以水更易在玻璃上展开 而水银却形成液滴 28 活性碳为什么可以做防毒面具 冰箱除臭剂 活性炭是由含炭为主的物质作原料 经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂 活性炭含有大 量微孔 具有巨大的比表面积 能有效地去除色度 臭味 可去除二级出水中大多数有机污染 物和某些无机物 包含某些有毒的重金属 29 测定多孔物质的孔结构的主要方法有哪些 试举几例说明 主要方法有气体吸附法和压汞泵法 银压汞法是基于汞对固体表面的不可润湿性 即接触角大于90 的液体 不能自然进入小孔 必须施加外力克服阻力 才能把它压入孔中 因此 充满一定孔隙所需要的压力可以作为测量 孔径大小的一种尺度 30 什么是表面活性剂 其主要的分类有哪些 在很低的浓度就能显著降低溶剂 主要是水 的表面张力 且有实用价值的天然或合成的两 亲性有机物质称为表面活性剂 其主要的分类有非离子型 阴离子型 阳离子型 两性型等 31 洗衣粉为什么有去污作用 肥皂为什么能去污 为什么有些洗涤剂不能与肥皂 洗衣粉混用 洗衣粉 肥皂的去污功能来自一些具有表面活性的化学物质 它们能够减小了水的表面张力 提高水的浸透能力 同时利用分子间存在电斥力的机理 清除污垢微粒 因为肥皂 洗衣粉一般为负电荷的表面活性物质 但是有些洗涤剂是阳离子的表面活性剂 混用会使阴阳离子中和而降低洗涤效果 32 明矾为什么能净水 明矾的化学式为 KAl SO4 2 12H2O 它的净水原理是明矾在水中可以电离出钾离子和铝 离子 而 Al3 很容易水解 生成胶状的氢氧化铝 Al OH 3 氢氧化铝胶体的吸附能力很强 可 以吸附水里悬浮的杂质 并形成沉淀 使水澄清 所以 明矾是一种较好的净水剂 33 采油时 在生产油井附近常钻一些注水井 注入 活性水 其主要成分是什么 为什么要 注入活性水 活性水的主要成分是表面活性剂 注入活性水可以提高采收率 其原因有 1 降低油水界面 张力 降低粘附功 活性剂使亲油的地层表面润湿反转为亲水表面 提高洗油效率 3 使油乳 化成水包油型乳状液 提高洗油效率 4 提高波及系数 34 选择性的加入一些表面活性剂 为什么起到净化水质的作用 加入一些表面活性剂 可使小粒子的 Zeta 电位减小 相互聚集成大颗粒 从而除去杂质 净 化水质 35 为什么利用矿物浮选可得到高品位的矿 说明其主要原理和流程 矿物浮选 在工业上应用是泡沫浮选 基原理是 在矿浆 矿石粉体在水中的不稳定悬浮体 中加入起泡剂 捕集剂等助剂 通入空气 形成泡沫 由于水对矿石粉不同组成的润湿性质 接触角 不同 有用矿粒附着富集于气泡上 并上浮被分离出 无用矿粉沉于底部 泡沫浮选的过程主要包括 使粉碎的矿粒处于湍流和悬浮状态 悬浮矿粒与浮选药剂作用而使 其表面疏水化 增大水在其上的接触角 有一定疏水性的矿粒与弥散状态的气泡接触 并附着 于气泡上 形成矿化气泡 矿化气泡上浮 形成精选泡沫层 排出精选泡沫层 回收精选矿 36 溶液的各种性质为什么对应表面活性剂的浓度出现一个转折点 该转折点对应的浓度是什么 表面活性剂在界面富集吸附一般的单分子层 当表面吸附达到饱和时 表面活性剂分子不能在 表面继续富集 而憎水基的疏水作用仍竭力促使基分子逃离水环境 于是表面活性剂分子则在 浓液内部自聚 即疏水基在一起形成内核 亲水基朝外与水接触 形成最简单的胶团 以上结 果导致表面活性剂溶液的性质与纯水不同 许多性质在一个这个转折点附近出现变化 这个转 折点称为临界胶束浓度 CMC 37 各种物质水溶液表面张力随浓度的变化规律有何特点 为什么 A 线为无机盐和多羟基有机物等的结果 随溶质浓度增大 表面张力略有增大 显然 该类物 质在溶剂表面吸附为负吸附 B 线溶液表面张力随溶液浓度增加而逐渐降低 C 线这种类型的特 点是 当浓度增加时 迅速下降并很快达最低点 此后溶液表面张力随浓度变化很小 以上结果根据 Gibbs 吸附公式导出 若溶质能够使溶剂的表面张力降低 d dc 0 即表面层的浓度大于溶液中的浓度 说 明该溶质在溶液表面层发生正吸附 如果溶质能使溶剂表面张力增加 即 d dc 0 则 pd 实验表明 当吸附开始前将空气完全从吸附剂内孔中排 除 通常能极大地减少吸附滞后现象 从而证实了滞后现象确实与空气在毛细管壁吸附有关 62 物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么 P211 物理吸附和化学吸附的本质区别是吸附在分子与固体表面作用力的性质 物理吸附的作 用力是物理性的 如范德华力的色散力和氢键等 而化学吸附的作用力是化学键的形成 即吸 附分子与表面原子间有电子的转移 交换或共有 63 举例说明吸附法在气体分离中的应用 沸石分子筛的选择性气体分离 天然的和合成的沸石分子筛有严格的晶体结构 窗口尺寸 均匀 孔腔大小一致 因而可以将吸附质分子按其大小进行分离 例如 3A 分子筛孔径约 0 3nm 只能有效地吸附水 5A 分子筛直径为 0 5 nm 而正戊烷和异戊烷的临界直径为 0 49 nm 和 0 56nm 因此 5A 分子筛可将二者分开 硅胶的选择性吸附 硅胶表面羟基的存在 使其在中性水中带负电 硅胶对气体的吸附除 色散力外 也有因固体表面带电而引起的极性作用 与沸石分子筛类似 硅胶对不饱和烃有更 大的吸附能力 变温吸附 TSA 基本原理 在温度较低时进行吸附 混合气体因吸附能力不同吸附有先后 吸附平衡后 升温开始时吸附弱的先脱附 吸附强的后脱附 从而使混合物分离 变压吸附 PSA 基本原理 恒定温度条件下周期性地改变压力 增大压力时吸附 减压 时脱附 混合气体各组分在吸附剂上能力和分离系数不同而使其在脱附时完成分离 64 什么是变温吸附和变压吸附 变温吸附基本原理是 在温度较低时进行吸附 低温吸附量大 混合气体中固吸附能力不同吸 附有先后 吸附平衡后 升高温度开始时吸附弱的先脱附 吸附强的后脱附 从而使混合物分 离 变压吸附原理是在恒定的温度下周期性改变体系压力 增大压力时吸附 减压时脱附 混合气 各组分在吸附剂上吸附能力和分离系数不同而使其在脱附时完成分离 65 为什么说自溶液中吸附比固气界面吸附更复杂 原因是 1 溶液成分复杂 液相吸附至少涉及溶质 吸附剂 溶剂 吸附剂 溶质 溶剂间的相互 作用 2 液体中杂质的浓度可能与溶质浓度同数量级 从而极大影响吸附结果 3 液相吸附 的吸附量要根据吸附前后体相溶液浓度的变化计算 计算公式复杂 66 在自稀溶液吸附研究中溶剂和吸附剂杂质的存在对吸附结果有很大影响 为什么 这些杂质的浓度可能与溶质浓度同数量级 从而极大影响吸附结果 67 影响稀溶液吸附的一些主要因素是什么 1 吸附质的影响 吸附质与吸附剂表面的性质越接近越易被吸附 即 相似相吸 吸附质与 溶剂性质越接近越易在液相 2 溶剂的影响 溶剂的性质直接与吸附质的溶解度和与吸附剂表 面的亲和性有关 3 吸附剂的影响 吸附剂的表面性质在吸附中起重要作用 此外 比表面越 大越有利于提高吸附量 孔的大小和结构也对吸附质分子的扩散有影响 4 温度和吸附质溶解 度的影响 吸附是放热过程 温度升高 吸附量降低 而温度升高 溶解度升高 也将导致吸 附量减小 5 外加物质的影响 有时加入强电解质能增大吸附量 68 温度对于液相中吸附的影响为什么比气固相吸附复杂的多 其主要的区别在哪 一般的物理吸附是放热过程 对于两种吸附形式都一样 但对于化学吸附 如氢在玻璃 铜 银 金表面的解离化学吸附是吸热过程 其中涉及化学键的破坏与形成 类似于化学反应 故 可以是吸热的 而液相吸附更为复杂 溶质吸附时伴随溶剂的脱附 而且可能不是一对一的 熵变不一定是正值 并且