基础化学习题05.docx

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基础化学习题05

第五章胶体溶液

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难题解析[TOP]

例5-1为什么溶胶是热力学不稳定系统，同时溶胶又具有动力学稳定性？

解溶胶是高度分散的多相分散系统，高度分散性使得溶胶的比表面大，所以表面能也大，它们有自动聚积成大颗粒而减少表面积的趋势，即聚结不稳定性。

因而是热力学不稳定系统。

另一方面，溶胶的胶粒存在剧烈的Brown运动，可使其本身不易发生沉降，是溶胶的一个稳定因素；同时带有相同电荷的胶粒间存在着静电斥力，而且胶团的水合双电层膜犹如一层弹性膜，阻碍胶粒相互碰撞合并变大。

因此溶胶具有动力学稳定性。

例5-2硅酸溶胶的胶粒是由硅酸聚合而成。

胶核为SiO2分子的聚集体，其表面的H2SiO3分子可以离解成SiO32-和H+。

H2SiO32H++SiO32-

H+离子扩散到介质中去。

写出硅胶结构式，指出硅胶的双电层结构及胶粒的电性。

解硅胶的结构式

[（SiO2）m·nSiO32-·2（n－x）H+]2x－·2xH+

胶核表面的SiO32-离子和部分H+离子组成带负电荷的吸附层，剩余的H+离子组成扩散层，由带负电荷的吸附层和带正电荷的H+离子组成的扩散层构成电性相反的扩散双电层。

胶粒带负电荷。

例5-3什么是表面活性剂？

试从其结构特点说明它能降低溶液表面张力的原因。

解在水中加入某些溶质可使水的表面张力降低，这种使水的表面张力降低的物质叫做表面活性物质（表面活性剂）。

这种物质大都有一个亲水基团（－Ｏ）和一个疏水基团（－R）组成，且疏水基团大于亲水基团。

当溶于水溶液中时，由于表面活性剂的两亲性，它就有集中在溶液表面的倾向（或集中在不相混溶两种液体的界面，或集中在液体和固体的接触面），从而降低了表面张力。

例5-4将适量的高分子电解质（NaP）溶液和小分子电解质溶液分别放于半透膜的两侧，初始浓度如下图所示：

膜内

膜外

P－

Na+

Na+

Cl－

0.10mol·L+

0.10mol·L+

0.50mol·L-1

0.50mol·L-1

计算达到Donnan平衡后各离子在膜两侧的浓度。

析在半透膜的两侧，大离子P－不能透过半透膜，小离子可以任意进出半透膜，达平衡时，依据Donnan膜平衡原理可进行计算。

解设平衡时半透膜内侧Cl－的浓度为χmol·L-1，则平衡时各物质的浓度为：

c（Cl－）内=χmol·L-1

c（Na+）内=0.10mol·L－1+χmol·L-1

c（Na+）外=c（Cl－）外=0.50mol·L－1－χmol·L-1

c（P－）内=0.10mol·L-1

达到Donnan平衡时存在如下关系：

c（Na+）内·c（Cl－）内=c（Na+）外·c（Cl－）外

将数据代入得：

χ·（0.10+χ）=（0.50－χ）（0.50－χ）

解得χ=0.23

所以达到Donnan平衡后，半透膜两侧离子的浓度分别为：

c（P－）内=0.10mol·L-1

c（Na+）内=0.10mol·L－1+0.23mol·L-1=0.33mol·L-1

c（Cl－）内=χmol·L-1=0.23mol·L-1

c（Na+）外=0.50mol·L－1－χmol·L-1=0.27mol·L-1

c（Cl－）外=0.50mol·L-1－χmol·L-1=0.27mol·L-1

学生自测题[TOP]判断题选择题填空题问答题计算题

一、判断题（对的打√，错的打×，共10分）

1．溶液产生正吸附时、溶液的表面张力增大，溶液表层中溶质分子数目增多。

（）

2．加水进乳状液中，能均匀混合的是O/W型乳状液。

（）

3．乳化剂的作用是降低液—液界面上的张力，形成保护膜。

（）

4．电解质离子的聚沉能力与电解质离子所带的电荷数成反比。

（）

5．用电泳技术可分离、鉴定蛋白质。

（）

6．在水中加入少量表面活性剂，表面活性剂分子就会把疏水基端聚在一起，形成胶束。

（）

7．胶体分散系不一定都是多相系统。

（）

8．一般来说，向胶体溶液加入的同种电解质愈多，热力学电位（φ）的绝对值便愈低，溶胶的稳定性愈差。

（）

9．加入少量电解质盐类，引起胶粒聚结沉降的作用叫做盐析。

（）

10．胶凝过程是线形高分子互相接近交联起来形成网状骨架。

脱液收缩是胶凝过程的继续。

（）

二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出，每题2分，共36分）[TOP]

1．胶体分散系，真溶液和粗分散系中，按分散相粒子大小排序为（）

A．胶体分散系>真溶液>粗分散系

B．粗分散系>真溶液>胶体分散系

C．胶体分散系>粗分散系>真溶液

D．粗分散系>胶体分散系>真溶液

E．真溶液>胶体分散系>粗分散系

2．乳状液属于（　）

A．胶体分散系B．粗粒分散系C．溶胶

D．高分子溶液E．缔合胶体

3．表面活性物质（）

A．能形成负吸附的物质B．易溶于水的物质

C．降低系统内部能量的物质D．能降低溶剂表面张力的物质

E．能增加系统表面能的物质

4．高分子溶液有别于低分子真溶液而表面胶体性质的因素是（）

A．非均相性质B．分子带电荷C．粒子半径很大

D．热力学稳定性E．分子有两亲性基团

5．使Fe（OH）3溶胶聚沉，效果最好的电解质是（）

A．AlCl3B．NaNO3C．Na2SO4D．MgBr2E．K3PO4

6．当溶胶中有小分子杂质时，常用的除去方法是（）

A．过滤法B．离心分离法C．电泳法

D．渗析法E．沉淀法

7．蛋白质溶液属于（）

A．乳状液B．悬浊液C．溶胶D．真溶液E．水溶胶

8．下列物质中盐析能力最强的是（）

A．（NH4）2SO4B．Na2C2O4C．LiBrD．KCNSE．MgCl2

9．测定高分子化合物的Mr，下列方法中最不宜采用的是（）

A．渗透压法B．光散射法C．沸点升高法

D．粘度法E．超速离心法

10．用AgNO3和KCl（过量）制备AgCl溶胶。

下列说法错误的是（）

A．胶核是AgClB．胶核吸附的离子是Cl-

C．在电场中胶粒向负极运动D．进入附层的K+愈多，ζ电位愈小

E．胶核和吸附的离子组成的胶粒是带负电荷的

11．电泳时，硫化砷胶粒移向正极。

要使一定量硫化砷溶胶聚沉，下列盐中需用的物质的量最小的是（）

A．NaClB．CaCl2C．AlCl3D．MgSO4E．NaPO4

12．加入少量电解质使溶胶发生聚沉的原因是（）

A．电解质离子对吸附层的改变B．电解质吸附了溶剂

C．电解质形成离子氛或离子对D．离子强度增加

E．增加了胶粒的电荷

13．比表面能和表面张力是（）

A．同一物理概念B．两种不同的物理现象

C．同一物理概念的不同表达D．同一物理现象的不同描述

E．数值相同，单位一样的两种概念

14．可作为表面活性剂疏水基团的是（）

A．直链烃基B．羧基C．羟基D．磺酸基E．氨基

15．离浆是指下列现象（）

A．超速离心使胶体与溶剂分离B．加热蛋白质溶液使蛋白质沉淀

C．加入反离子使溶胶聚沉D．凝胶脱液发生收缩

E．乳化剂增加乳状液稳定性的作用

16．沉降是指下列现象（）

A．胶粒受重力作用下沉B．胶粒稳定性被破坏而聚结下降

C．蛋白质盐析而析出下沉D．高分子溶液粘度增大失去流动性

E．超速离心使胶体增大失去流动性

17．Fe（OH）3溶胶在电泳和电渗中的移动现象分别是（）

A．胶粒向正极，介质向正极B．胶粒向正极，介质向负极

C．胶粒向负极，介质向负极D．胶粒向负极，介质向正极

E．胶粒、介质都向正极

18．胶团结构中扩散双电层是指下列电性相反的两层结构（）

A．胶核表面和吸附层B．吸附层和扩散层

C．扩散层和胶团间液D．吸附层和胶团间液

E．胶核表面和胶团间液

三、填空题（每空1分，共20分）[TOP]

1．进入胶团吸附层的反离子愈多，扩散层的厚度，水化膜。

2．物质分散度越大，比表面积，比表面能。

3．形成正吸附时，溶液的表面张力随溶质浓度的增加而，溶液表层中溶质的量溶液内部。

4．表面活性剂是有作用的物质。

从结构上分析，表面活性剂分子由和组成。

5．乳状液属于热力学体系，要获得稳定的乳状液，一定要有的存在，使液—液界面的表面张力，同时，在被分散的液滴的周围形成一层。

6．溶胶具有相对稳定性是由、和决定的。

7．电渗是在外电场作用下，通过多孔隔膜移动；而电泳则是在外电场作用下在介质中运动。

8．高分子化合物溶液在一定条件下，形成一种具有网状结构的半固态物质这过程称为。

形成的立体网状结构物质叫做。

9．凝胶分为和两大类。

10．Tyndall现象是溶胶的性质，Brown运动是溶胶的性质，电泳则是溶胶的性质。

11．O/W乳状液称为型，W/O乳状液称为型。

型乳状液能与水均匀混合。

12．沉降平衡是和两种相反作用达到平衡的结果，此时溶液中胶粒形成状况。

13．在形成溶液时，高分子量溶质与低分子量溶质的明显不同之处在于要经过过程。

14．我们所研究的胶体分散系，根据分散相粒子的组成，可有、和三种类型。

15．纯水中加入一定量的表面活性剂物质，会有胶束形成。

我们把称为临界胶束浓度，把称为缔合胶体。

四、问答题（16分）[TOP]

1．什么是表面活性物质？

它们的结构有什么共同的特点？

2．溶胶和高分子溶液同属胶体分散系，试从分散相粒子大小，扩散性能，滤纸和半透膜透过性能及体系的稳定性方面简述其异同。

3．胶粒怎样带电？

所带电荷性质由什么决定？

4．Tyndall效应的本质是什么？

试说明溶胶产生Tyndall效应的原因。

五、计算题（18分）[TOP]

1．将10mL0.002mol·L-1AgNO3溶液和100mL0.0005mol·L-1NaCl溶液混合制备AgCl溶胶。

写出该溶胶的胶团结构，并指出胶粒的电泳方向。

2．在四个各盛有20.0mLAl（OH）3溶胶的烧瓶中加入电解质溶液使其聚沉，加入电解质的最小量分别为：

500mmol·L-1的KCl溶液2.0mL、5mmol·L-1的K2SO4溶液1.3mL、2.0mmol·L-1的K3[Fe（CN）6]溶液0.8mL、2.0mmol·L-1的K4[Fe（CN）6]溶液0.5mL。

试计算各电解质的临界聚沉浓度，并指出胶粒的电性。

学生自测答案[TOP]

一、判断题

1．×2．√3．√4．×5．√6．×7．√8．×9．×10．√

二、选择题

1．D2．B3．D4．C5．E6．D7．D8．A9．C10．C11．C12．A13．C14．A15．D16．A17．D18．B

三、填空题

1．愈薄，也愈薄

2．也越大，不变

3．降低，大于

4．显著降低水的表面张力，疏水性或亲脂性非极性基团，亲水性极性基团

5．不稳定，乳化剂，降低，保护膜

6．Brown运动，带相同电荷的胶粒间的静电斥力，胶粒表面水合膜的保护作用

7．分散介质，带电胶粒

8．胶凝、凝胶

9．刚性凝胶，弹性凝胶

10．光学，动力学，电学

11．水包油，油包水，O/W

12．扩散，沉降，一定浓度梯度的

13．溶胀

14．高分子溶液，溶胶，缔合胶体

15．开始形成胶束时的表面活性剂最低浓度，胶束形成的溶液

四、问答题

1．表面活性剂是有显著降低水的表面张力的物质，其分子的结构特征是具有疏水性或亲脂性非极性基团和亲水性极性基团。

2．溶胶和高分子溶液的分散相粒子大小相近，介于1~100nm之间，在介质中扩散慢，都能透过滤纸，不能透过半透膜；溶胶是非均相系统，有聚结不稳定性，而高分子溶液是均相溶液，稳定系统。

3．胶核可以吸附与本身结构相似的离子或表面分子解离后而带电，被吸附的离子所带的电荷决定了胶体的电性。

4．Tyndall效应的本质是分散相粒子对光的散射作用。

产生散射作用的必要条件是入射光的波长大于分散相粒子的直径。

溶液的分散相粒子的直径在1~100nm范围内，小于可见光的波长，因此当可见光照射溶胶时会产生Tyndall效应。

五、计算题

1．n（Ag+）=0.002×10=0.02（mmol），n（Cl－）=0.005×100=0.05（mmol）

由于n（Cl－）>n（Ag+），NaCl溶液过量，胶核（AgCl）m优先吸附Cl-带负电荷，胶粒电泳时向正极移动。

胶团的结构为：

[（AgCl）m·nCl—·（n-x）Na+]x－·xNa+

2．

K4[Fe（CN）6]溶液的临界聚沉浓度最小，聚沉能力最强。

四种电解质溶液正离子相同，起聚沉作用的主要是负离子，所以A1（OH）3溶胶的胶粒带正电荷。

章后习题答案[TOP]

1．第（3）种情况引起汞中毒的危险性最大。

这是因为液态汞分散成微小汞液滴后，比表面增大，处于表面上的高能量Hg原子的数目增加，更易挥发成汞蒸气，与人体各器官接触的机会激增，更易引起汞中毒。

2．20℃及100kPa的压下力，把半径为的水滴分散成半径为1.00×10-3mm的小水滴。

问需作多少焦尔的功？

已知在20℃时水的σ值为0.0728N·m-1（1N10-2J·cm-1）。

2．设分散前水滴半径r1=1.00mm，分散后水滴半径r2=1.00×10-3mm、水滴数目N。

分散前后水滴的表面积分别为：

A1=4

r1，A2=N×（4πr

）

因为分散前后水的总体积相等：

N=

所做的功为：

W′=σ（A2－A1）=σ

=4×3.14×（1.00×10-3m）2×0.0728N·m-1×

=9.13×10-4J

3．一种或数种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系；被解散的物质称为分散相，容纳分散相的均匀介质称为分散介质。

如青霉素的葡萄糖点滴液是青霉素和葡萄作为分散相，分散在水中所形成的分散系。

4．体表层分子受力不均，合力指向液体内，液体表面有自动缩小的趋势。

克服液相内部分子的引力增大表面而做的功称为表面功；作用在单位长度表面上的力称为表面张力，两者为同一物理概念的不同表达。

5．胶核可以吸附与本身结构相似的离子形成胶粒并带电荷，被吸附的离子所带的电荷决定了胶体的电性。

6．溶胶中的胶粒较真溶液的微粒大，是非均相系统在重心引力作用下有聚结不稳定性；但由于胶粒带有电荷，相同电荷之间的排斥作用，使胶粒不易聚结。

并且胶粒的溶剂化膜保护作用和布朗运动都使得溶胶能相对稳定存在。

7．河水中含有泥沙胶粒，海水中含有NaCl等电解质。

在长江、珠江等河流的入海处，河水与海水相遇，河水中的泥沙胶粒所带的电荷被海水中带相反电荷的离子所中和，胶粒之间的排斥作用减小，相互凝聚而沉积在入海处，长期积累就形成了三角洲。

8．溶胶的胶粒直径介于1~100nm之间，小于可见光的波长，当可见光照射溶胶时，胶粒对光的散射作用而产生Tyndall效应。

9．先加明胶溶液，明胶可对金溶胶起保护作用，再加NaCl溶液时金溶胶不会聚沉。

若先加NaCl溶液，金溶胶发生聚沉，再加明胶溶液时，沉淀也不会溶解。

10．向溶胶中加入强电解质，当离子强度由小变大时，改变了胶团双电层中反离子的分布情况，迫使一部分反离子由扩散层进入吸附层，使扩散层变薄，ζ电位降低。

若离子强度较大时，进入吸附层的反离子也较多，扩散层的厚度甚至可接近于零，ζ电位也趋近于零，胶粒所带电荷基本上被反离子所中和，使胶粒不带电，处于等电状态。

而当离子强度过大时，反离子被胶核表面强烈吸附，使吸附层含有过剩的反离子，因此使ζ电位的符号发生改变，产生再带电现象。

11．n（KCl）=0.02mol·L-1×0.012L=2.4×10-4mol

n（AgNO3）=0.05mol·L-1×0.100L=5.0×10-3mol

由于AgNO3过量，AgCl溶胶的胶团式：

[（AgCl）m·nAg+·（n－x）NO3-]x+·xNO3-

12．AgNO3溶液过量时胶粒带正电荷。

电解质的阴离子起主要聚沉作用，聚沉能力的大小顺序为：

K3[Fe（CN）6]>MgSO4>A1C13

KI溶液过量时胶粒带负电荷。

电解质的阳离子起主要聚沉作用，聚沉能力的大小顺序为：

AlCl3>MgSO4>K3[Fe（CN）6]

13．设制备AgI负溶胶，加入AgNO3溶液χmL

25ml×0.016mol·L-1>χmL×0.005mol·L-1

解得x<80，因此加入AgNO3溶液的量应小于80mL。

14．根据Shulze-Hardy规则推断，对A溶胶产生聚沉作用是电解质中的Ba2+和Na+，对B溶胶产生聚沉作用是电解质中的SO42-和Cl－，所以原A溶胶带负电荷，B溶胶带正电荷。

15．溶胶具有相对稳定性的原因是：

（1）胶粒很小，Brown运动激烈，能反抗重力作用而不下沉；

（2）带有相同电荷的胶粒相互接近，电荷之间的排斥作用使胶粒不易聚结；（3）胶团的吸附层和扩散层中的离子都是溶剂化的，胶粒的溶剂化层犹如一层弹性隔膜，阻碍胶粒碰撞时合并变大。

加热、辐射、加入与胶粒带相反电荷的溶胶或加入电解质等都可以破坏溶胶的相对稳定性，使溶胶发生聚沉。

高分子溶液具有稳定性的原因是由于分散相粒子带有电荷和分散相粒子的高度水化作用。

其中，高分子的水化作用是使高分子溶液稳定的主要因素。

加入大量的电解质或与水强烈作用的有机溶剂（如乙醇、甲醇、丙酮等）可以破坏高分子溶液的稳定性，使高分子化合物沉淀析出。

16．高分子溶液在一定条件下，粘度逐渐变大，最后失去流动性，形成一种具有网状结构的半固态物质称为凝胶。

凝胶的主要性质有：

（1）干的弹性凝胶放在合适的液体中会自动吸收液体而产生溶胀现象；

（2）凝胶中，结合水的介电常数和蒸气压低于纯水，其凝固点和沸点也偏离正常值；（3）将弹性凝胶放置一段时间，一部分液体会自动从凝胶中分离出来，凝胶的体积逐渐缩小，产生脱液收缩或离浆。

产生胶凝作用的先决条件是必须具有不对称的链形高分子，能形成网状结构；其次要求高分子在溶液中要有足够的浓度，这样形成的网状结构才能把全部液体结合到网眼之中；另外，加入的胶凝剂的浓度必须适当，只使其局部去水化，而能形成网状结构。

还要适当控制温度。

17．若溶质降低溶剂的表面张力，溶液表层将保留更多溶质，表层浓度大于内部浓度，称为正吸附。

若溶质增大溶剂的表面张力，溶液表层则排斥溶质，溶液表层浓度小于内部浓度，称为负吸附。

Gibbs公式为：

Γ=－

（

）T

由上式，若（

）T<0，则Γ>0，表明溶剂表面张力降低，溶液表层中溶质的浓度大于其内部浓度，产生正吸附；若（

）T>0，则此Γ<0，说明溶剂表面张力增大，溶液表层中溶质的浓度小于其内部浓度，产生负吸附。

18．能使溶剂的表面张力显著降低的物质称为表面活性剂。

表面活性剂分子含有亲水的极性基团和疏水的非极性基团。

当溶于水中，亲水基团受水分子吸引，而疏水基团受水分子排斥而倾向于离开水相，进入非极性的空气或有机溶剂中。

从而使两相表面上表面张力降低。

19．开始形成胶束时表面活性物质的最低浓度称为临界胶束浓度。

在浓度接近临界胶束浓度的缔合胶体中，胶束有相近的缔合数并呈球形结构。

当表面活性物质浓度不断增大时，由于胶束的大小或缔合数增多，不再保持球形结构而成为圆柱形乃至板层形。

20．乳状液可分为“水包油”（O/W）型和“油包水”（W/O）型。

W/O型是水分散在油中形成的乳状液；O/W型是油（泛指不溶于水的液态有机物）分散在水中形成的乳状液。

Exercises

1．Thediameterofdispersedphaseparticlesintruesolutionissmallerthan1nm.Usuallytheywereconsistedoflowmolecularandion.Itishomogeneousandhasfasterrateofdispersion,andcanpassthroughthefilterpaperandsemi-permeablemembrane.TheTyndalleffectisweak.Ontheotherhand,thediameterofcolloidalparticlesrangesfrom1nm10to100nm,theyareconsistedofcolloidalparticles,highmolecularandmicelle.ItsdispersionisslowandIthasobviousTyndalleffect.

2．Thepreparationmethodsofsolaredispersionmethodandcoagulation.Thedispersionmethodhasfourmeans（mechanicalgrind,ultrasonicdispersion,electrodispersionandchemicalmethods）.Coagulation,whichisproducedbyvariouschemicalreactions,makesthesizeofinsolubleproductintherangesofthesizeofcolloidalparticleswheninsolubleproductisdialysed.

3．Thedispersionparticlesintruesolutionaresmallerthan1nm.Theyscatterthevisiblelightweakly.TheTyndalleffectisalmostcannotbeobserved.Otherwisethediameterofcolloidaldispersionparticlesrangesfrom1nmto100nm.TheyscatterthevisiblelightstronglyandtheTyndalleffectisobvious.Therefore,wecandistinguishcolloidalsolutionfromtruesolutionbymeansoftheTyndalleffect.

4.Itkeepstheparticlesinaspecificcolloiddispersedthattheparticlescoatedasolventmolecularmembrane,theidenticallychargedparticlesrepellingeachother,andtheBrownianmovementmakingthemdiffusing.