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四川理工学院试卷（2012至2013学年第1学期）课程名称：表面活性剂合成及应用命题教师：谢云涛、吕永军适用班级：工艺09级、应化09级考试(考查)考查2012年10月28日共4页注意事项：1、满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。2、考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否则视为废卷。3、考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。4、如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷分别一同交回，否则不给分。试题一、名词解释（共50分）1、表面活性剂（5分）表面活性剂是指这样一类物质，在加入很少量时会显著降低溶液的表面张力，改变体系的表面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用。表面活性剂的分子结构是由亲水基团和疏水基团两部分组成。2、临界胶束浓度（5分）表面活性剂溶液中，表面活性剂分子倾向于聚集在溶液表面，定向排列成紧密单分子吸附层。随着表面活性剂在水中随着浓度增大，多余的分子在体相内部以憎水基互相靠拢，聚集形成胶束。表面活性剂溶液中，开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。临界胶束浓度越小，表面活性剂的活性越高。第1页题号一二三四五六七八总分评阅（统分）教师得分得分评阅教师系专业级班学号姓名密封线密封线内不要答题3、增溶作用及增溶方式（10分）由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。增溶作用的方式主要有四种：（1）非极性分子在胶束内核的增溶，主要有饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化额化合物。（2）极性分子增溶于表活剂分子间，主要有长链的脂肪醇、胺、脂肪酸等两性分子。（3）吸附于胶束表面增溶，主要包括一些高分子物质、甘油和蔗糖等。（4）聚氧乙烯链间的增溶，包括苯、乙苯、苯酚等短链易极化的芳香烃化合物。4、Krafft点与浊点（10分）对于离子型和部分非离子型表面活性剂，溶解度随温度升高而增加，当达到某一温度时，溶解度急剧升高，溶液由浑浊变澄清，该温度称为Krafft点。对于非离子型表面活性剂主要是聚氧乙烯型来讲，升高温度会破坏其亲水端聚氧乙烯链中氧原子同水分子间的氢键结合作用，使其亲水性减弱，溶解度下降，甚至析出固体。加热时可以观察到溶液由澄清变混浊。发生混浊的最低温度称为浊点5、泡沫及稳定性因素（10分）泡沫是气体分散在液体中的分散体系。气体是分散相，液体是分散介质。气体与液体的密度相差很大，故液体中的气泡总是升至液面，形成以少量液体构成的液膜隔开的气泡聚集物，即泡沫。（1）表面张力：低表面张力有利于泡沫的形成。（2）界面膜的性质：液膜的黏性越强，弹性越好，泡沫越稳定。（3）表面电荷：静电斥力作用，可以提高泡沫稳定性。（4）表面张力的修复作用。（5）泡内气体的扩散：气泡内压力高会导致泡沫的劈裂。6、等电点（10分）等电点：又称等电区或等电带，在静电场中，由于电荷作用，阴离子形式存在的两性表面活性剂离子将向阳极移动，以阳离子形式存在的离子将向阴极移动。在一个狭窄的PH值范围内，两性表面活性剂以内盐的形式存在，此时将该表面活性剂的溶液放在静电场中时，溶液中的双离子将不向任何方向移动，即分子内的静电荷为零。此时溶液的PH值被称为该表面活性剂的等电点。第2页二、简答题（共30分）1、表面活性剂降低表面张力的根本原因？（10分）表面活性剂通常由两部分组成：一部分是疏水基团；另一部分是亲水基团。在水介质中，疏水基团使得表面活性分子总是倾向于从水中逃离，在水溶液的界面发生定向排列，形成紧密的单分子吸附层。疏水基朝向空气，亲水基插入水中，因为非极性物质具有较低的表面自由能，它覆盖在具有较高表面自由能的水分子表面，因此溶液的表面张力显著降低。2、影响临界胶束浓度的因素有哪些?（10分）影响临界胶束浓度的因素包括内因和外因两个方面：一、内因（1）表面活性剂分子结构：疏水基相同，离子型的表活剂cmc高于非离子型两个数量级。（2）碳氢链的长度：疏水碳氢链越长，表面活性越大，cmc值越小（3）碳氢链的分支：支化度越高，cmc越高。（4）极性基团的位置：碳氢链相同时，极性基越靠近中间位置的，cmc越大。（5）碳氢链中其他取代基：碳氢链中有双键时，其cmc较饱和化合物高。在疏水基中引入极性基(如-O-、-OH等)，亦使cmc增大。（6）疏水链的性质：含碳氟链的表面活性剂，其cmc要比同碳原子数的碳氢链表面活性剂低得多。二、外因除表面活性剂的化学结构外，添加剂（如无机盐、极性有机物）对表面活性剂的cmc会有影响；温度对cmc也会有影响。3、乳状液属于热力学不稳定体系，哪些因素能够影响其稳定性？（10分）乳状液稳定性因素主要包括：（1）表面张力：低的表面张力有助于体系的稳定。（2）界面膜的性质：界面膜的强度和紧密程度越高，乳状液越稳定。（3）界面电荷：液滴表面的电荷密度越大，静电斥力越强，乳状液的稳定性越高。（4）乳液分散介质的黏度：黏度越大，分散相液滴运动速度越慢，彼此碰撞概率越小，有利于乳状液的稳定。（5）固体粉末的加入：增加了界面膜的机械强度，使乳状液稳定。第3页系专业级班学号姓名密封线密封线内不要答题三、论述题（共20分）1、论述表面活性剂的分类，并简要介绍阴离子和两性表面活性剂分子的特性。表面活性剂在加入很少量时会显著降低溶液的表面张力，改变体系的表面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用。按照不同的角度有不同分类，一般常用的分类方法是根据表面活性剂的结构进行分类：1.离子型表面活性：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂。2.非离子型表面活性剂3.特殊类表面活性剂：碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、生物表面活性剂冠醚表面活性剂、高分子表面活性剂等。一、阴离子表面活性剂：1．溶解度随温度的变化存在明显的转折点克拉夫点，生成胶束。2．一般情况下与阳离子表面活性剂配伍性差，容易生成沉淀或使溶液变得浑浊。3．抗硬水性能差。4．在疏水链和阴离子基之间引入短的聚氧乙烯链可极大地改善其耐盐性能。5．在疏水链和阴离子基之间引入短的聚氧丙烯链可改善其在有机溶剂中的溶解性，但同时也降低了其生物降解性。6．羧酸盐在酸中易析出自由羧酸，硫酸盐在酸中可发生自催化作用迅速分解，其他类型阴离子表面活性剂在一般条件下是稳定的。二、两性表面活性剂的特性1.能给出和接收质子，当PH低于等电点时，多呈阳离子性；当PH高于等电点时，多呈阴离子性。2.几乎可以同其他所有类型的表面活性剂进行复配，且一般都会产生加和增效作用。3.毒性和刺激性非常小，可用于化妆品及洗发香波中。4.具有极好的耐硬水性和内高浓度电解质，甚至在海水中也可以有效地使用。5.对植物油有益的柔软平滑性和抗静电性。6.具有良好的乳化性和分散性。第4页