第九章胶体化学作业

1第9章胶体化学习题12.1用As2O3与过量H2S制备As2S3溶胶，稳定剂为H2S。判断下列电解质对该溶胶聚沉能力的强弱顺序：（a）NaCl;(b)MgCl2;(c)MgSO4;(d)AlCl3答：稳定剂H2S在水溶液中电离成H+和HS-，根据胶核优先吸附有相似组成的离子HS-，可知该As2S3溶胶中胶粒带负电。电解质中的反离子价数越高，其聚沉能力越强；与胶粒具有相同电荷离子价数越高，其聚沉能力越弱，所以上述四种电解质聚沉能力大小顺序为（d）＞（b）＞(c)＞(a).习题12.2氧化铁溶胶中胶体的平均半径为4.0×10-9m。将溶胶稀释5000倍，在超显微镜下进行观察，视野容积为2.4×10-14m3，在连续25次观测中的粒子总数为72。假定粒子为球形，粒子的密度为5.2×103kg·m-3，试求：（1）该溶胶的原始浓度为若干？（2）求出1dm3溶胶中所含氧化铁的粒子数，并求出其总表面积。解：（1）该溶胶的原始浓度（2）1dm3溶胶中所含氧化铁的粒子数为1.0×10-9mol即6.02×1014个。其总表面积=4πr2×6.02×1014=4×3.14×(4.0×10-9)2×6.02×1014=0.12m2习题12.3在293K，水的黏度为1.002×10-3Pa·s，金溶胶的扩散系数测定值为1.38×10-10m2s-1,试求金溶胶粒子的半径为若干？解：扩散系数与粒子半径之间的关系为2习题12.4在293K，半径为2×10-4m和2×10-5m的土壤颗粒在水中的沉降速度各为多少？水和土的密度分别为1×103和2.65×103kg·m-3，水的黏度为1.002×10-3Pa·s，重力加速度为9.8m·s-2。解：球形粒子在重力场中匀速沉降时，沉降速度对于半径为2×10-4m的土壤颗粒：对于半径为210-5m的土壤颗粒：习题12.5已知水与玻璃界面的电动电势为0.05V，试求在298K时，水在电渗仪中流过的速度为多少m·s-1？假定玻璃毛细管长为0.01m，直径为110-4m，加在毛细管两端的电压为40V。已知η=1.03×10-3Pa·s，ε=81.1。解：水的电渗速度习题12.6已知Fe(OH)3水溶胶胶粒(球形)在20min内,电极相距0.3m,外加电压150V的电场中移动距离为0.024m,求298K时胶粒界面的电动电势。3解：对于球形的粒子而言将298K时水的黏度η=1.03×10-3Pa·s,V·m-1,ε=81.1，ε0=8.85×10-12代入得习题12.7试从定义，产生原因、数值、影响因素等方面，比较ζ电势和热力学电势0的异同。答：热力学电势0是指固体表面与溶液本体之间的电势差，是双电层的总电势，其值取决于溶液中的电势离子的浓度，而与其它离子无关。ξ电势是指相对滑移面与溶液本体之间的电势差，它与电动现象密切相关，故称为电动电势，其值远小于0，且受外加电解质的影响很大习题12.8增大电解质浓度对溶胶粒子扩散层的厚度、ξ电势、电荷密度和电动性质有何影响？答：增大外加电解质的浓度，会使更多的反离子进入固定层中，同时通过离子交换或压缩作用使扩散层的厚度减小，ξ电势亦会随之降低，溶胶粒子在电泳仪中的电泳速度将减慢。当扩散层被压缩到与固定层相重叠时，ξ电势降低为零，这时胶粒不带电荷。习题12.9298K时有一溶胶，胶粒直径为5×10-8m，分散介质的黏度η=0.001Pa·s，计算胶粒下沉5.00×10-4m所需时间。已知胶粒密度为5.6×103kg·m-3，分散介质密度为1.0×103kg·m-3。解：球形胶体粒子在重力场中匀速沉降时，沉降速率4胶粒下沉5.00×10-4m所需时间12-10Theradiusofasolparticleis2.12×10-7m,AfterBrownmotion,themeandisplacementis1.004×10-5m,themeanintervaltimeis60seconds.Thetemperatureis290.2K,theviscosityis1.10×10-3Pa·s.thenhowmuchisAvogadroconstant?解：由题意可知r=2.12×10-7m,x=1.004×10-5m,t=60s,t=290.2K,=1.10×10-3Pa·sx=(r3LRTt)1/22r3xRTtL=6.54×1023(mol-1)12-11At298Ksphericalsolparticlesofradius2.0×10-9mmovetoanodewithmovementrate2.0×10-5m·s-1inaelectricfield.Inthiselectricfieldtheinterpolardistanceis0.1mandvoltageis100V.Ifthedielectricconstantofthesoldispersingmediumis81.1andviscosityis1.00×10-3Pa·s,Pleasecalculatezeta-potential.解：由题意r=2.0×10-9m,=2.0×10-5m·s-1,D=0.1m,V=100V,=81.1,=1.00×10-3Pa·s则=E5.10=1.01001.811085.8100.21000.15.11253=4.18×10-2（V）第十三章乳状液习题13-1乳化剂、起泡剂的乳化作用、起泡作用分别可归纳为哪几点？答：乳化剂的乳化作用主要表现在：（1）降低油－水界面张力。（2）形成牢固的界面膜。5起泡剂的起泡作用主要表现在：（1）降低液－气界面张力。（2）形成具有一定机械强度和弹性的界面膜。（3）形成具有一定黏度的液膜。习题13-2试列举出两种互不相溶的纯液体不能形成稳定乳状液的原因答：一种液体在外力（搅拌、震摇）作用下以小液滴的形式分散于另一种与其互不相溶的液体中形成乳状液，在此过程中，分散相液体的比表面增大，因而是一个自由能增加的非自发过程，具有热力学不稳定性。受自由能降低原理支配，小液滴会自发聚结合并成大液滴，从而减少比表面，使体系的自由能降低。所以两种互不相溶的纯液体不能形成稳定的乳状液。习题13-3Reinders指出，以固体（s）粉末作乳化剂时，有三种情况（1）若σso＞σow＞σsw，固体处于水中；（2）若σsw＞σow＞σso，固体处于油中；（3）若σow＞σsw＞σso，或三个张力中没有一个大于其它二者之和，则固体处于水－油界面。只有在第三种情况下，固体粉末才能起到稳定作用。20℃时在空气中测得水（表面张力为72.8mN·m-1）对某固体的接触角为100°，油(表面张力为30mN·m-1)对固体的接触角为80°，水－油间的界面张力为40mN·m-1，试估计此固体的粉末能否对油水乳化起稳定作用？解：由Young（杨氏）方程得σsg=σsw+72.8cos100°(1)σsg=σso+30cos80°(2)（1）－（2）得σsw－σso=17.9mN·m-1故σsw－σso＜σow，即σsw＜σow+σso（2）－（1）得σso－σsw=－17.9mN·m-1故σso－σsw＜σow，即σso＜σow+σsw（1）+（2）得σsw+σso=2σsg+7.4由于σsg通常较大，故估计σow＜2σsg+7.4即σow＜σsw+σso6可见，三个界面张力中没有一个大于其它二者之和，故此固体粉末能对油水乳化起稳定作用。习题13-4对于某油－水体系，60%的Tween60（HLB＝14.9）与40%的Span60（HLB=4.7）组成的混合乳化剂的乳化效果最好，混合乳化剂的HLB值为各乳化剂的质均值。若现在只有Span85（HLB=1.8）与Renex（HLB=13.0），问二者应以何种比例混合？解：设Span85的用量比例为x%，则Renex为（100%－x%）两种混合乳化剂的HLB值应相等，因而可得：14.9×60%+4.7×40%=1.8×x%+13.0×(100－x)%解之得：x=19.5故应以19.5%的Span85与80.5%的Renex混合。13-5Inthecaseofpreparingemulsion,whichaspectsarereflectedfortheemulsificationofemulgent?答：（1）降低油-水界面张力（2）形成坚固的界面膜（3）液滴双电层的排斥作用（4）固体粉末的稳定作用13-6Whycantheblowingagentmakefoamstable?答：（1）降低界面张力（2）所形成的泡沫膜牢固，具有一定的机械强度和弹性（3）形成具有适当黏度的液膜，泡沫液膜内包含的液体受到重力作用和曲面压力，会从膜间排走，使液膜变薄继而导致破裂