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外观
均一、透明
不均一、不透明
稳定性
稳定
不稳定
较稳定
能否透过滤纸
能
不能
能否透过半透膜
鉴别
无丁达尔效应
静置分层
丁达尔效应
重点难点
1、分散系、分散质、分散剂的概念
分散系:
由一种物质(几种物质)以粒子形式分散到另一种物质里所形成的混合物。
分散质:
分散系中分散成粒子的物质。
分散剂:
分散系中的粒子分散在其中的物质。
例如:
溶剂。
2、胶体的概念和本质特征
(1)概念:
分散质粒子在1nm~100nm之间的分散系叫胶体。
(2)本质特征:
分散质粒子直径在1nm~100nm之间,胶体是以分散质粒子大小为本质特征的。
3、胶体的性质
4、胶体的应用
胶体的制备
1.物理分散法
如研磨(制豆浆、研墨)法、直接分散(制蛋白胶体)法、超声波分散法、电弧分散法等。
2.化学反应法
(1)水解法
如向20mL煮沸的蒸馏水中滴加1mL—2mLFeCl3饱和溶液,继续煮沸一会儿,得红褐色的Fe(OH)3胶体。
(2)复分解法
①向盛有10mL0.01mol/LKI的试管中,滴加8—10滴0.01mol/LAgNO3溶液,边滴边振荡,得浅黄色AgI胶体。
AgNO3十KI=AgI(胶体)十KNO3
②在一支大试管里装入5mL—10mL1mol/LHCl,加入1mL水玻璃,然后用力振荡即可制得硅酸溶胶。
Na2SiO3十2HCl十H2O=2NaCl十H4SiO4(胶体)
除上述重要胶体的制备外,还有:
①肥皂水(胶体):
它是由C17H35COONa水解而成的。
。
②淀粉溶液(胶体):
可溶性淀粉溶于热水制得。
③蛋白质溶液(胶体):
鸡蛋白溶于水制得。
胶体的提纯——渗析法
将胶体放入半透膜袋中,再将此袋放入蒸馏水中,由于胶粒直径大于半透膜的微孔,不能透过半透膜,而小分子或离子可以透过半透膜,使杂质分子或离子进入水中而除去。
如果一次渗析达不到纯度要求,可以把蒸馏水更换后重新进行渗析,直至达到要求为止。
半透膜的材料:
蛋壳内膜,动物的肠衣、膀胱等。
1.渗析与渗透的区别
渗析:
分子、离子通过半透膜,而胶体粒子不能通过半透膜的过程。
渗透:
是低浓度溶液中溶剂分子通过半透膜向高浓度溶液方向扩散的过程,而溶质分子不能通过半透膜。
2.血液透析原理
医学上治疗由肾功能衰竭等疾病引起的血液中毒时,最常用的血液净化手段是血液透析。
透析原理同胶体的渗析类似。
透析时,病人的血液通过浸在透析液中的透析膜进行循环,血液中重要的胶体蛋白质和血细胞不能透过透析膜,血液内的毒性物质则可以透过,扩散到透析液中而被除去。
[典型例题]
例1:
下列实验中,能得到胶体的有( )
A.在1mol/L的KI溶液中逐滴加入1mol/L的AgNO3溶液,边加边振荡
B.在0.01mol/L的AgNO3溶液中加入0.01mol/L的KI溶液,边加边振荡
C.将蔗糖加入水中并振荡
D.将花生油放入水中并振荡
解析:
如A所述方法,使KI、AgNO3溶液混合,由于两种溶液的浓度较大,只能得到含AgI的沉淀,其中生成的AgI沉淀粒子直径一定大于100nm。
制取难溶性固体物质的液溶胶,所用的反应物的浓度要小(一般≤0.01mol/L),只能用特殊的方法(即:
后加入的溶液量要少),使反应液中较缓慢地生成少量难溶物粒子,使它们能均匀分散在反应液中。
例如在0.01mol/LAgNO3溶液逐滴加入0.01mol/LKI溶液中,滴加量控制在AgNO3溶液总体积的左右,并边滴边振荡。
因此,B项操作可得到胶体。
蔗糖易溶于水,蔗糖以分子分散在水中,其直径小于1nm,形成溶液(一定数量小分子的聚集体,其直径才能大于1nm;
一些高分子化合物,其分子直径可达到胶体粒子直径的范围,如淀粉)。
D项得到乳浊液。
综上分析,本题答案为B。
例2:
下列分散系属于胶体的是( )
A.淀粉溶液 B.食盐水 C.牛奶 D.碘酒
食盐水和碘酒属于溶液;
牛奶属于乳浊液;
淀粉溶液属于胶体。
故答案为A。
点评:
常见的胶体有:
Fe(OH)3胶体、淀粉溶液、蛋白质溶液、肥皂水、有色玻璃等。
例3:
下列说法正确的是( )
A.溶液和胶体的本质区别是当一束光线通过胶体时可出现一条光亮的通路,溶液则没有此种现象
B.制备Fe(OH)3胶体的方法是将饱和FeCl3溶液加热煮沸
C.NaCl溶于水形成溶液,溶于酒精可形成胶体
D.渗析是鉴别溶液和胶体的最简便的方法
胶体和溶液的区别之一是当通过一束光线时,前者可形成一条光亮的通路,后者无此现象,故可利用此效应鉴别溶液和胶体。
但这不是溶液和胶体的本质区别,其本质区别是分散质粒子真径的大小,故A错误。
制备Fe(OH)3胶体是将饱和FeCl3溶液逐滴加入沸水中直至变为红褐色。
若直接将饱和FeCl3溶液煮沸,水解生成的Fe(OH)3过多,不能形成胶体而形成沉淀。
故B错误。
胶体是以分散质粒子的大小为特征的,它只是物质的一种存在形式,如NaCl溶于水形成溶液,如果分散在酒精中时,由于NaCl在酒精中溶解度不大,许多NaCl粒子结合在一起达到了胶体粒子的大小,可形成胶体。
所以C正确。
利用渗析法可以鉴别溶液和胶体,但没有明显现象,需借助其他的试剂,操作步骤复杂,它主要用于胶体的提纯和精制。
要鉴别胶体和溶液,最简便的方法是让一束光线通过这种分散系,看能否形成光亮的通路,若有则为胶体、无则为溶液。
故D错误。
综上分析,答案为C。
例4:
用有关的离子方程式和必要文字回答下列各题:
(1)为什么草木灰不宜与铵态氮肥混合使用?
(2)明矾为什么能净水?
明矾水溶液为什么显酸性?
(1)草木灰主要成分是碳酸钾,碳酸钾遇水水解显碱性:
NH4+与OH—反应生成易分解的NH3·
H2O,
NH4+十OH—NH3·
H2O,NH3·
H2ONH3↑十H2O,
氨挥发逸失,导致肥效降低。
(2)因为明矾溶于水后,Al3+水解,,其中生成的Al(OH)3属于胶体粒子,具有吸附作用,可吸附水中悬浮的杂质,故可净水,又由于水解生成H+,因而显酸性。
例5:
纳米材料是指在10—7m—10—9m尺寸的材料。
这种材料由于尺寸很小,因而具有许多与传统材料截然不同的性质,例如通常的金属材料大多是银白色有金属光泽的,而纳米金属材料却是黑色的。
据预测,纳米材料和纳米技术会引起生产和日常生活各方面的革命性的变化,是21世纪新技术发展的前沿。
(1)1纳米(1nm)是( )
A.1×
10—7m B.1×
10—8m C.1×
10—9m D.1×
10—10m
(2)原子的直径处于下列哪一个数量级( )
10—8m B.1×
10—9m C.1×
10—10m D.1×
10—11m
(3)纳米材料的特殊性质的原因之一是由于它具有很大的比表面积(),即相同体积的纳米材料比一般材料的表面积大得多。
假定某种原子直径为0.2nm,则可推算在边长1nm的小立方体中,共有_______个原子,其表面有_______个原子,内部有_______个原子。
由于处于表面的原子数目较多,其化学性质应_______。
(填“很活泼”、“较活泼”或“不活泼”)
(4)利用某些纳米材料与特殊气体的反应可以制造气敏元件,用以测定在某些环境中指定气体的含量,这种气敏元件是利用了纳米材料具有的_______作用。
纳米材料和纳米技术是目前高新技术的前沿。
本题在中学化学涉及的范围内,拓展和启发对纳米材料的认识。
(1)1nm是1×
10—9m,这是应该了解的常识。
(2)原子的直径处于1×
10—10m的数量级,在中学化学中,原子半径、直径及化学键的键长均处于这一数量级。
(3)关于边长为1nm的小立方体中可容纳的直径为0.2nm原子个数的计算,按下述思路分析:
在边长1nm的正方形的一条边上,可排列5个原子,则正方形表面上可容纳52=25个原子。
显然,边长为1nm的小立方体中,这样的原子共有5层,因此原子数为5×
25=125个。
不处于表面的内部的原子个数应是33=27个,则处于表面的原子共有125—27=98个。
所以纳米材料的大部分原子处于表面,而处于内部的原子与周围的多个原子形成化学键,表面的原子周围的原子个数则较少,出现“剩余价键力”的情况,因此具有很强的吸附作用。
中学化学课内学习过的胶体粒子,其直径为1nm—100nm,应属于纳米粒子的范畴。
而分析胶体粒子性质的重要的一点就是其具有吸附作用。
(4)根据上述第(3)题的分析,可知气敏元件的反应基础是纳米材料,由于比表面积很大,具有吸附作用,则可用特定的纳米材料吸附能与其反应的气体,从而影响导电性(电导)的性质测定环境中某些气体的浓度。
因此,上述原理的关键是利用纳米粒子的吸附作用。
答案:
(1)C
(2)C (3)125 98 27 很活泼 (4)吸附
知识讲解二
胶体的性质及其应用
1.掌握胶体的一些重要性质。
2.了解胶体的一些重要应用。
3.认识物质的性质与物质的聚集状态有关。
一、胶体的性质及其应用概述
1.胶体的性质
(1)丁达尔效应
光束通过胶体,形成光亮的“通路”的现象叫做丁达尔效应。
(2)布朗运动
胶体粒子在分散剂中做不停的、无秩序的运动,这种现象叫做布朗运动。
(3)电泳现象
因胶粒带电,在外加电场作用下,胶体粒子在分散剂里向电极(阴极或阳极)做定向移动的现象,叫做电泳。
胶体的电泳具有广泛的实用价值。
2.胶体的应用
(1)研发纳米材料。
(2)检验或治疗疾病。
(3)土壤胶体、制作食物等。
3.胶体的聚沉
胶体受热或加入电解质或加入带相反电荷胶粒的胶体使胶体粒子聚集成较大颗粒从分散剂里析出的过程叫胶体的聚沉。
二、胶体的性质
1.丁达尔效应(胶体的光学性质)
(1)产生丁达尔效应,是因为胶体分散质的粒子比溶液中溶质的粒子大,能使光波发生散射(光波偏离原来方向而分散传播),而溶液分散质的粒子太小,光束通过时不会发生散射。
(2)利用丁达尔效应可以区别溶液和胶体。
2.布朗运动(胶体的动力学性质)
(1)产生布朗运动现象,是因为胶体粒子受分散剂分子从各方面撞击、推动,每一瞬间合力的方向、大小不同,所以每一瞬间胶体粒子运动速度和方向都在改变,因而形成不停的、无秩序的运动。
(2)胶体粒子做布朗运动的这种性质是胶体溶液具有稳定性的原因之一。
3.电泳现象(胶体的电学性质)
(1)产生电泳现象,是因为胶体的粒子是带电的粒子,所以在电场的作用下,发生了定向运动。
(2)电泳现象证明了胶体的粒子带有电荷;
同一胶体粒子带有相同的电荷,彼此相互排斥,这是胶体稳定的一个主要原因。
(3)胶体粒子带有电荷,一般说来,是由于胶体粒子具有相对较大的表面积,能吸附离子等原因引起的。
(4)某些胶体粒子所带电荷情况:
带正电荷的胶体
带负电荷的胶体
氢氧化铁
氢氧化铝
氢氧化铬
氧化铁
蛋白质在酸性溶液中
卤化银(AgNO3过量时形成的胶体)
硫化砷、硫化锑
硅酸、锡酸
土壤
蛋白质在碱性溶液中
酸性染料
注意:
①AgI胶体粒子在I—过量时,AgI吸附I—而带负电荷;
Ag+过量时,AgI吸附Ag+而带正电荷。
②胶体的电荷是指胶体中胶体粒子带有电荷,而不是胶体带电荷,整个胶体是电中性的。
③淀粉胶体粒子因不吸附阴、阳离子而不带电荷,所以加入电解质不凝聚,也无电泳现象。
三、胶体的聚沉
胶体稳定的原因是胶粒带有某种相同的电荷互相排斥,胶粒间无规则的热运动也使胶粒稳定。
因此,要使胶体聚沉、其原理就是:
①中和胶粒的电荷、②加快其胶粒的热运动以增加胶粒的结合机会,使胶粒聚集而沉淀下来。
其方法有:
1.加入电解质。
在溶液中加入电解质,这就增加了胶体中离子的总浓度,而给带电荷的胶体粒子创造了吸引相反电荷离子的有利条件,从而减少或中和原来胶粒所带电荷,使它们失去了保持稳定的因素。
这时由于粒子的布朗运动、在相互碰撞时,就可以聚集起来。
迅速沉降。
如由豆浆做豆腐时,在一定温度下,加入CaSO4(或其他电解质溶液),豆浆中的胶体粒子带的电荷被中和,其中的粒子很快聚集而形成胶冻状的豆腐(称为凝胶)。
一般说来,在加入电解质时,高价离子比低价离子使胶体凝聚的效率大。
如:
聚沉能力:
Fe3+>Ca2+>Na+,PO43—>SO42—>Cl—。
2.加入带相反电荷的胶体,也可以起到和加入电解质同样的作用,使胶体聚沉。
如把Fe(OH)3胶体加入硅酸胶体中,两种胶体均会发生凝聚。
3.加热胶体,能量升高,胶粒运动加剧,它们之间碰撞机会增多,而使胶核对离子的吸附作用减弱,即减弱胶体的稳定因素,导致胶体凝聚。
如长时间加热时,Fe(OH)3胶体就发生凝聚而出现红褐色沉淀。
四、盐析与胶体聚沉的比较
盐析指的是胶体如蛋白质胶体、淀粉胶体以及肥皂水等,当加入某些无机盐时,使分散质的溶解度降低而结晶析出的过程,该过程具有可逆性。
当加水后,分散质又可溶解形成溶液。
胶体的聚沉指的是由于某种原因(如加入电解质、加热、加入带相反电荷的胶体)破坏了胶粒的结构,从而破坏了胶体的稳定因素,使胶体凝聚产生沉淀的过程。
该过程具有不可逆性。
如Fe(OH)3胶体、AgI胶体等的凝聚都是不可逆的。
因此,过程是否可逆,这是盐析与胶体的聚沉的重要区别。
五、胶体中胶粒带电荷的原因
1.吸附作用
吸附是指物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子的现象。
吸附作用和物质的表面积有关。
表面积越大,吸附能力越强。
胶体粒子比较小,具有很大的表面积,因此表现出强烈的吸附作用。
由于胶体溶液内存在其他电解质,所以就发生对离子的选择性吸附。
一般说,胶体优先吸附与它组成有关的离子,例如用AgNO3和KI制备AgI溶胶其反应式为:
AgNO3十KI=AgI十KNO3,溶液中存在的Ag+离子和I—离子都是AgI胶体的组成离子,它们都能被吸附在胶粒表面。
如果形成胶体时KI过量,则AgI胶体粒子吸附I—离子而带负电;
反之,当AgNO3过量时,则AgI胶粒吸附Ag+离子而带正电,所以AgI胶粒在不同情况下可以带相反的电荷。
当AgNO3和KI等物质的量反应时,溶液中的K+离子或NO3—离子都不能直接被吸附在胶粒表面而使胶粒带电,这说明胶粒的吸附是具有选择性的。
又如FeCl3水解而形成Fe(OH)3胶体,其反应为Fe3+十3H2O=Fe(OH)3十3H+,溶液中一部分Fe(OH)3与H+反应Fe(OH)3十HCl=FeOCl十2H2O,FeOCl再电离为:
FeOCl=FeO+十Cl—,由于FeO+和Fe(OH)3有类似的组成,因而易吸附在胶粒表面,使Fe(OH)3胶粒带正电荷。
2.电离作用
有些胶体溶液是通过表面基团的电离而产生电荷的,例如硅酸溶胶中,胶体粒子是由许多硅酸分子缩合而成的。
表面上的硅酸分子可以电离出H+离子,在胶体粒子表面留下SiO32—和HSiO3—离子,而使胶体粒子带负电荷。
总之,胶体粒子由于吸附溶液中的离子,或者表面基团的电离,而带有电荷。
[例题分析]
在Fe(OH)3胶体溶液中,逐滴加入HI稀溶液,会出现一系列变化。
(1)先出现红褐色沉淀,原因是___________。
(2)随后沉淀溶解,溶液呈黄色,写出此反应的离子方程式___________。
(3)最后溶液颜色加深,原因是___________,此反应的离子方程式是___________。
(4)用稀盐酸代替HI稀溶液,能出现上述哪些相同的变化现象?
___________。
(写序号)
(1)HI为电解质,可使Fe(OH)3溶胶发生聚沉;
(2)HI为一元强酸,可与Fe(OH)3发生中和反应:
Fc(OH)3十3H+=Fe3+十3H2O
(3)又因为Fe3+有强氧化性,I—有还原性、两者要发生氧化还原反应,生成I2而使溶液颜色加深。
相关离子方程式为:
2Fe3++2I—=2Fe2++I2
(4)盐酸与HI相比,Cl—的还原性比I—弱,与Fe3+不会发生氧化还原反应;
但盐酸与氢碘酸一样,都有酸性,都能使氢氧化铁胶体先聚沉,再溶解。
(1).加入电解质后,使胶体发生聚沉
(2).Fe(OH)3十3H+=Fe3+十3H2O
(3).有I2生成2Fe3++2I—=2Fe2++I2
(4).
(1)、
(2)
下列关于胶体的叙述不正确的是( )
A.布朗运动是胶体粒子特有的运动方式,可以据此把胶体和溶液、悬浊液区别开来
B.光线透过胶体时,胶体发生丁达尔效应
C.用渗析的方法净化胶体时,使用的半透膜只能让较小的分子、离子通过
D.胶体粒子具有较大的表面积,能吸附阳离子或阴离子,故在电场作用下会产生电泳现象
布朗运动是微观粒子不断运动的宏观表现,悬浊液、乳浊液等都有布朗运动,而不是胶体粒子所特有,A错。
观察胶体的布朗运动需要高倍的显微镜,所以通常区分胶体和溶液是观察是否产生丁达尔效应而不是观察布朗运动;
区分胶体和悬浊液,只要观察其分散系是否稳定即可。
由于胶体粒子在1nm-100nm间,能对光线产生散射作用而产生丁达尔现象。
B对。
类似可知CD都正确。
A
如图2—1装置,U型管中盛有Fe(OH)3胶体,以两个碳棒为电极通电,一段时间后,下列叙述正确的是( )
A.x是阳极,y是阴极
B.x附近颜色加深,y附近颜色变浅
C.x是阴极,y极附近颜色加深
D.y是阴极,x极附近颜色加深
x与外加电源负极相连为阴极,y为阳极;
Fe(OH)3胶粒带正电,通电后向阴极移动。
B
已知土壤胶体带负电荷,施用含氮量相同的下列化肥时,胶效最差的是( )
A.NH4Cl B.(NH4)2SO4 C.NH4NO3 D.NH4HCO3
因土壤胶粒带负电荷,故应易吸附带正电荷的NH4+,供作物吸收。
当施用含氮量相同的4种化肥时,其中阴离子(NO3—)含氮元素的NH4NO3应是肥效最差的。
C
“纳米材料”是指粒子直径在几纳米到几十纳米的材料。
如将“纳米材料”分散到液体分散剂中,所得混合物具有的性质是( )
A.能全部透过半透膜 B.有丁达尔效应
C.所得液体一定能导电 D.所得物质一定为悬浊液或乳浊液
由于“纳米材料”粒子在1nm—100nm之间,恰好在胶体粒子范围内,属于胶体这种分散系。
故应具有胶体的性质,因此B正确,A、D错误。
而这种液体能否导电不能确定(如淀粉胶体不吸附电荷而不能导电;
但氢氧化铁胶体由于胶粒吸附电荷,所以能导电)。
例6:
在陶瓷工业上常遇到因陶土里混有氧化铁而影响产品质量。
解决方法可以把这些陶土和水一起搅拌,使粒子直径为1nm—100nm之间,然后插入两根电极,再接通直流电源。
这时阳极聚集_________,阴极聚集_________,理由是_________。
本题主要考查胶体电泳性质的应用。
带负电荷的胶体粒子陶土;
带正电荷的氧化铁胶体粒子;
带负电荷的陶土粒子,带正电荷的氧化铁胶体粒子通直流电时发生电泳。
课外拓展
胶体知识的延伸
1.胶体的电泳及实用价值。
胶体的电泳现象证明了胶粒是带有电荷的(注意是胶粒带电而不是胶体)。
①同种胶粒带有相同电荷,彼此互相排斥,所以胶粒不易聚沉,这是胶体具有稳定性的主要原因之一。
胶体中胶粒所带的电荷种类可能与发生化学反应时反应物的用量有关,如AgI胶粒在I—过量时带有负电荷,在Ag+过量时带有正电荷。
②电泳是物理变化,胶粒不会接触电极发生电极反应。
这与电解的本质是不同的。
③只有液溶胶和气溶胶能发生电泳现象,固溶液一般不发生电泳现象。
电泳的形成原理:
在外加电场的作用下,胶粒在分散剂里向电性相反的阴极、阳极作定向移动。
原因是胶粒带有电荷(表面积较大、能吸附离子)。
电泳的应用:
生物化学中常利用电泳来分离氨基酸和蛋白质;
医学上利用血清的纸上电泳进行某些疾病的诊断;
电泳电镀是利用电泳将油漆、乳胶、橡胶等的粒子均匀的沉积在镀件上。
2.胶体精制的方法
①渗析:
利用微孔直径为1nm的半透膜,使离子、分子可以穿过,胶粒不能穿过,这种精制的方法叫渗析。
原理:
利用半透膜只能让离子、分子透过,而不让胶粒通过的性质,使胶体得到提纯和精制。
操作方法:
如图2—3所示,把需提纯的混有离子或分子杂质的胶体溶液装入半透膜袋里,用细绳扎紧袋口,系在玻璃棒上,然后悬挂在盛有蒸馏水的烧杯中,让半透膜袋浸入水中。
操作时应注意:
半透膜袋必须均匀不漏,渗析时间要充分。
血液透析原理:
医学上治疗由肾功能衰竭等疾病引起的血液中毒时,最常用的血液净化手段是血液透析。
透析原理与胶体的渗析类似。
透析时病人的血液通过浸在透析液中的透析膜进行循环和透析。
血液中重要的胶体蛋白质和血细胞不能透过透析膜,血液内的毒性物质则可以透过,扩散到透析液中而被除去。
②渗透:
是低浓度溶液(或水)中溶剂分子通过半透膜向高浓度溶液扩散的过程,而溶质的分子不能通过半透膜。
3.使胶体聚沉的方法
①加热:
加热就是对胶粒提供能量,能量升高可使胶粒运动加剧,胶粒间的碰撞机会增多,而使胶核对离子的吸引作用减弱,即减弱胶体的稳定因素,导致胶体沉降。
如长时间加热时,Fe(OH)3胶体就发生沉降而出现红褐色沉淀。
②加入电
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