2025年大学《资源化学》专业题库- 分散系统的表征与应用探讨

2025年大学《资源化学》专业题库——分散系统的表征与应用探讨考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项前的字母填在题后的括号内）1.下列分散体系中，属于热力学稳定、动力学不稳定的是（）。A.溶液B.胶体C.悬浮液D.乳液2.能够使胶体发生聚沉，但作用较弱的是（）。A.加入带相反电荷的胶体B.加入大量电解质C.蒸发溶剂D.加入与胶体同电荷的胶体3.丁达尔效应的产生是由于（）。A.胶体粒子对光的吸收B.胶体粒子对光的散射C.胶体粒子对光的反射D.胶体粒子对光的透射4.在胶体稳定的原因中，起主要作用的是（）。A.溶剂化作用B.胶体粒子大小C.DLVO作用D.胶体粒子形状5.下列哪种方法主要用于测定胶体粒子的Zeta电位？（）A.沉降分析B.激光衍射C.电泳D.光散射6.在矿物浮选中，常用硫酸铜作为（）。A.捕收剂B.起泡剂C.抑制剂D.消泡剂7.影响矿物浮选过程中矿物/脉石选择性分散的关键因素是（）。A.气泡的性质B.捕收剂与矿物表面的作用C.溶液pH值D.脉石矿物的种类8.催化剂载体（如SiO₂）通常具有多孔结构，这有利于（）。A.提高催化剂的密度B.降低催化剂的成本C.增大催化剂的比表面积，提高分散度D.减少催化剂的活性9.水处理中，向含有细小悬浮物和胶体污染物的废水中投加混凝剂，主要是利用（）。A.胶体的布朗运动B.胶体的电泳现象C.胶体的聚沉作用D.胶体的丁达尔效应10.动态光散射（DLS）技术主要用于测量（）。A.胶体粒子的Zeta电位B.胶体粒子的尺寸分布C.胶体粒子的表面电荷D.胶体粒子的形貌二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在题中的横线上）1.分散体系是指______以______状态分散于______中形成的体系。2.胶体粒子之所以能够稳定存在，主要是由于______力和______力的共同作用（或平衡）。3.当胶体粒子的Zeta电位为正值时，通常表明粒子带______电，粒子之间倾向于______。4.矿物浮选过程中，捕收剂分子一端通常具有______性，可以吸附在矿物表面，另一端则伸入水中。5.在多相催化反应中，催化剂的活性不仅与其化学性质有关，还与其______和______密切相关。6.沉降分析可以根据______的规律来估算胶体粒子的粒径或密度。7.对于以离子键为主的固体表面，胶体粒子通常通过______或______的方式带有电荷。三、名词解释（每小题3分，共12分。请将答案写在题后的横线上）1.布朗运动2.胶体3.Zeta电位4.浮选四、简答题（每小题5分，共10分。请将答案写在题后的横线上）1.简述电解质对胶体稳定性的影响。2.简述影响矿物浮选效果的主要因素。五、计算题（6分。请将答案写在题后的横线上）某水处理实验中，向1000mL含有0.01mol/LFeCl₃的溶液中加入1.0L去离子水，假设Fe(OH)₃胶体粒子在稀释后开始聚沉，且聚沉值（临界电解质浓度）为0.001mol/LNaCl。试计算该体系中Fe(OH)₃胶体粒子的初始Zeta电位大约是多少？（已知Fe³⁺的水解产物可视为胶体核心，不考虑粒子间的相互作用，只考虑Na⁺的作用。提示：聚沉值与反离子价数的六次方成反比，聚沉值越大，Zeta电位绝对值越小，可近似认为Zeta电位与聚沉值成反比关系。）六、论述题（共17分。请将答案写在题后的横线上）论述分散系统的表征方法在资源化学领域（例如矿物加工或催化剂制备与应用）中的重要性，并举例说明如何利用这些表征方法解决实际问题或指导工艺优化。试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.C5.C6.A7.B8.C9.C10.B二、填空题1.固体或液体，液体或气体，液体或气体2.結合，排斥3.正，排斥4.亲水5.比表面积，分散度6.斯托克斯定律7.选择性吸附，离子解离三、名词解释1.布朗运动：指分散相粒子在分散介质中永不停息地做无规则运动的现象。2.胶体：指分散质粒子直径在1-100nm之间的分散体系。3.Zeta电位：指胶体粒子在电场中做电泳运动时，所受到的阻碍其运动的有效电势梯度，是衡量胶体稳定性的重要指标。4.浮选：利用矿物表面物理化学性质的差异，使有用矿物附着在气泡上，随气泡上浮至矿浆表面形成矿泡，从而与脉石矿物分离的选矿方法。四、简答题1.电解质对胶体稳定性的影响：电解质通过其离子可以降低分散介质中胶体粒子的有效电双层厚度，减小粒子间的斥力。当电解质浓度足够高时，可以压缩电双层，使带相反电荷的粒子接近到斥力不足以阻止它们碰撞聚结的程度，从而导致胶体聚沉。通常，价数越高，聚沉能力越强（聚沉值越小）。但高价离子对低价离子的聚沉也有影响，符合舒尔策-哈迪规则。2.影响矿物浮选效果的主要因素：①矿物表面性质：包括矿物的可浮性、表面电荷、表面润湿性等，这些性质决定了矿物能否吸附捕收剂并附着在气泡上。②捕收剂：其种类、用量、性质（如亲水性、离子性）直接影响其对目标矿物的吸附能力和浮选效果。③起泡剂：其种类、用量、性质（如发泡能力、稳泡能力）决定了气泡的大小、数量和稳定性，影响矿粒与气泡的接触概率。④抑制剂：其种类、用量可以抑制脉石矿物的可浮性，提高有用矿物的选择浮选。⑤pH值：影响矿物表面电荷、捕收剂、抑制剂的作用效果，是调控浮选过程的关键参数。⑥矿浆其他因素：如矿物粒度、粒度分布、矿浆浓度、温度、搅拌强度、充气量等，都会影响气泡的稳定性、矿粒的运动状态和附着机会。五、计算题解：设稀释后Fe(OH)₃胶体粒子的初始Zeta电位为ζ。根据题意，稀释后溶液中FeCl₃浓度为0.01mol/L/11=0.00091mol/L。假设Fe³⁺水解形成的Fe(OH)₃胶体粒子表面电荷主要来自Fe³⁺的水解。聚沉值与反离子价数的六次方成反比，即C(Na⁺)∝1/z⁶。稀释前NaCl浓度为0.001mol/L，z=1；稀释后总Na⁺浓度仍为0.001mol/L，但有效浓度降低，设新的聚沉值为C'，则有C'/0.001=(1/1)⁶/((0.00091/11)/(0.1))⁶≈(1/1)⁶/(0.0000826)⁶≈1.21×10¹⁸。由于聚沉值与Zeta电位绝对值成反比，则稀释后Zeta电位绝对值|ζ'|≈|ζ|×C/C'≈|ζ|×0.001/(0.001×1.21×10¹⁸)≈|ζ|×8.27×10⁻¹⁸。稀释前体系可能处于临界状态或接近临界状态，假设初始Zeta电位ζ约为30mV（典型值），则稀释后Zeta电位|ζ'|≈30mV×8.27×10⁻¹⁸≈2.5×10⁻¹⁶mV。此值极小，说明稀释极大地降低了体系的稳定性，Zeta电位接近于零，表明粒子趋于聚沉。根据反比关系估算，初始Zeta电位大致为30mV。（注：此计算为简化估算，实际值受多种因素影响，且假设单一因素主导，真实情况可能更复杂。）六、论述题分散系统的表征方法在资源化学领域至关重要。资源化学涉及多种分散体系，如矿物加工中的矿物浆料（固-液分散体系）、浮选过程中的气泡-矿粒-捕收剂-水体系、催化剂制备中的溶胶-凝胶或沉淀法制备的固-液分散体系、催化剂应用中的反应物-催化剂-产物体系（可能涉及多相催化中的液-固分散或气-固分散）以及环境处理中的悬浮物或胶体污染物（水-固或水-液分散体系）等。对这些分散体系的表征，有助于深入理解其行为、优化工艺和开发新材料。例如，在矿物加工领域，通过粒度分析（如激光衍射、沉降分析）可以了解矿物的粒度分布，这对于确定磨矿细度、优化浮选药剂制度和评估磨矿效率至关重要。通过Zeta电位测定可以了解矿物表面的电性，这对于解释矿物之间的相互作用（如吸附、絮凝、凝聚）、预测矿物浮选行为、选择合适的捕收剂和调整矿浆pH值以调控矿物表面电性、实现矿物与脉石的有效分离具有指导意义。光学显微镜和扫描电镜（SEM）可以观察矿物的形貌、嵌布特征和表面结构，这对于理解矿物可浮性和优化磨矿工艺有直接帮助。在催化剂领域，表征方法同样关键。比表面积及孔径分布分析（如BET法）可以评价催化剂载体的