物理化學核心教程(第二版)沈文霞編科學出版社_課后習題詳解第十章.docVIP

第十章 膠體分散系統(tǒng)三思考題參考答案1憎液溶膠有哪些特征？答：主要有三個特征：（1）特有的分散程度。膠粒的大小一般在1100 nm之間，所以有動力穩(wěn)定性強、不能通過半透膜、擴散慢和對光的散射作用明顯等特點。（2）多相不均勻性。膠團結構復雜，膠粒是大小不等的超微不均勻質點，膠粒與介質之間存在相界面。（3）熱力學不穩(wěn)定性。由于膠粒小、表面積大、表面能高，所以有自動聚結以降低表面能的趨勢。在制備溶膠時要加適量的穩(wěn)定劑，這樣在膠粒外面就會形成帶電的溶劑化層，利用相同電荷相斥的性質，保護膠粒不聚沉。2有穩(wěn)定劑存在時膠粒優(yōu)先吸附哪種離子？答：制備溶膠時，一般是將略過量的某一反應物作為穩(wěn)定劑。膠核優(yōu)先吸附的是與作為膠核的化合物中相同的那個離子。例如，在制備溶膠時，若用略過量的KI作為穩(wěn)定劑，則膠核優(yōu)先吸附離子，若用略過量的作為穩(wěn)定劑，則膠核優(yōu)先吸附離子，利用同離子效應保護膠核不被溶解。若穩(wěn)定劑是另外的電解質，膠核將優(yōu)先吸附使自己不被溶解的離子，或轉變成溶解度更小的沉淀的那種離子。在通常情況下，膠核優(yōu)先吸附水化作用較弱的陰離子，所以自然界中的天然溶膠如泥漿水、豆?jié){和天然橡膠等，其膠粒都帶負電。3把人工培育的珍珠長期收藏在干燥箱內，為什么會失去原有的光澤? 能否再恢復? 答：珍珠是一種膠體分散系統(tǒng)，其分散相為液體水，分散介質為蛋白質固體。珍珠長期在干燥箱中存放，作為分散相的水在干燥箱中逐漸被蒸發(fā)，膠體分散系統(tǒng)被破壞，故失去光澤。這種變化是不可逆的，珍珠的光澤不可能再恢復。通常在珍珠表面要覆蓋一層保護膜，保護水分不被蒸發(fā)，保護蛋白質不因被氧化而發(fā)黃。4當一束會聚光線通過憎液溶膠時，站在與入射光線垂直方向的同學，看到光柱的顏色是淡藍色；而站在與入射光180o方向的同學看到的是橙紅色，這是為什么？答：站在與入射光線垂直方向（即側面）的同學，看到的是膠粒的散射光。根據瑞利公式，入射光的波長越短，其散射光就越強。所以，藍色、紫色等短波長的光容易被散射，其散射光主要呈淡藍色。而對著入射光看的同學，看到的是經散射后的透射光。在白光中，波長較短的藍色、紫色光已大部分被散射掉了，剩下的透射光中主要是以波長較長的黃光和紅光為主，所以看到的透射光是橙紅色的。5為什么有的煙囪冒出的是黑煙，有的卻是青煙？答：在燃燒不完全時，煙囪冒出的煙是黑色的，因為煙灰的粒子較大，屬于粗分散系統(tǒng)，對入射光主要發(fā)生光的吸收和反射，人們看到的黑色是從大的煙灰粒子上反射出來的光，這種大的煙灰粒子在空氣中會很快沉降。當燃燒完全時，從煙囪冒出的灰粒極小，落到了膠體的粒徑范圍，灰粒的直徑已小于可見光的波長，對入射光主要發(fā)生散射作用。而短波長的藍光、紫光的散射作用強，所以散射光主要呈藍青色，所以看到的是青煙。實際上，看到的呈藍青色的并不是小灰粒的本身，而是它發(fā)出的散射光所形成的光點，要比小灰粒的本身大好幾倍。6為什么晴天的天空呈藍色？為什么日出、日落時的彩霞特別鮮艷？答：太陽光是由七色光組成的?？諝庵杏谢覍游⒘：托∷?，當陽光照射到地球上時，波長較短的藍光、紫光容易被空氣中的微粒散射，所以藍紫色的散射光較強，人們看到天空呈藍色，實際上看到的就是這種散射光。而在日出、日落時，太陽接近地平線，陽光要穿過厚厚的大氣層才能被人們看到，在陽光穿越空氣層時，其中波長較短的青色、藍色和紫色光，幾乎都被大氣層中的微粒散射掉了，人們看到的是散射后剩余的波長較長的透射光，主要以紅色和橙色的光為主，所以特別絢麗多彩。7為什么表示危險的信號燈用紅色？為什么車輛在霧天行駛時，裝在車尾的霧燈一般采用黃色？答： 因為紅色光的波長很長，不容易被散射，能傳得較遠，可以讓人在很遠的地方就能看到危險的信號。在霧天，白光中有一部分短波長的光會被微小的霧滴散射，使光線變弱，不可能傳得很遠，所以用白色燈做霧燈是不合適的。紅色的燈光雖然能傳得很遠，但容易與停車信號混淆。而黃色光的波長較長，不容易被散射，所以用黃色燈來做霧燈比較合適。霧天在高速公路上開車，除了要減速以外，還必須把霧燈打開，讓黃色的霧燈很遠就能被后面的駕駛員看見，可以防止汽車追尾相撞。8為什么在做測定蔗糖水解速率的實驗時，所用旋光儀的光源用的是鈉光燈？答：因為在測定蔗糖水解的速率時，主要是用旋光儀測定溶液旋光度的變化，不希望有其他散射等因素干擾。鈉光燈放出的是波長單一的、波長較長的黃色光，不容易被散射，光線也比較強，能使實驗測定更精確。9什么是電勢？電勢的正、負號是如何決定的？電勢的大小與熱力學電勢有什么差別？電勢與憎液溶膠的穩(wěn)定性有何關系？答：膠粒表面的電荷分布與電極表面一樣，是雙電層結構。膠粒在移動時會帶著它吸附的緊密層和緊密層中離子的水化層一起移動，移動時會產生一個滑移界面，這滑移界面與本體溶液之間的電勢差稱為電勢。因為只有在膠粒移動時才會出現滑移界面，所以電勢也稱為動電電勢。電勢的正、負號與膠核首先吸附的離子符號相同，即與緊密層所帶電荷的符號相同。電勢總是小于熱力學電勢。電勢可以使憎液溶膠具有一定的穩(wěn)定性，因為膠粒所帶電荷的符號相同，在兩個膠粒相互接近到一定程度時，由于同性電荷相斥，會阻止膠粒凝聚，電勢越大，溶膠就越穩(wěn)定。但是，電勢會受外加電解質的影響，隨著電解質的加入，電勢變小，直至等于零，這時憎液溶膠會發(fā)生聚沉而被破壞。有時加入過量的電解質，會使電勢改變符號。10在一個U型玻璃管中間，放一個用AgCl晶體組成的多孔塞，管中放濃度為的KCl溶液。在多孔塞的兩邊，放與直流電源相接的電極。接通電源后，管中的介質將向哪一極方向移動？如果將KCl溶液的濃度增加10倍，則介質遷移的速度是變慢了還是變快了？如果管中放的是濃度為的溶液，電滲的方向會改變嗎？答：當AgCl晶體與介質水接觸時，一旦發(fā)生溶解，由于的體積比小，擴散速度快，可以遠離晶體表面，所以的溶解量相對而言要比大得多，而AgCl晶體又優(yōu)先吸附溶液中的離子，因而多孔塞帶負電，則介質帶正電。電滲時，帶正電的介質會向負極移動。將KCl的濃度增加，會使晶體多孔塞的電勢下降，使電滲速度變慢。當用AgNO3代替KCl時，AgCl多孔塞優(yōu)先吸附溶液中的離子，使多孔塞帶正電，則介質帶負電，電滲的方向與剛才相反。11為什么輸油管和運送有機液體的管道都要接地？答：固體表面通常都會吸附一些電荷，形成雙電層結構，使得固體表面與擴散層之間形成電勢差。在用泵輸送石油或其它碳氫化合物時，由于用泵的壓差來迫使液體流動，在流動的擴散層和管道表面之間會產生電勢差，這就是流動電勢。如果流動電勢很大，就會產生電火花，以至引發(fā)爆炸。為了防止事故發(fā)生，都要將這種管道接地或加入有機電解質，增加它的電導，降低流動電勢。12為什么明礬能使渾濁的水很快澄清？答： 明礬是硫酸鉀鋁復鹽，溶于水后產生，等離子。另外，離子在水中發(fā)生水解，產生絮狀膠體，這種膠粒帶正電?；鞚岬乃杏写罅繋ж撾姷哪嗌衬z粒，受電解質離子的作用，很快就發(fā)生凝聚，并與帶正電的絮狀膠體相互作用，兩種帶不同電荷的膠體發(fā)生混凝而迅速下沉，所以明礬能使渾濁的水很快澄清。目前的凈水劑也大多用系列的鹽類。13用電解質把豆?jié){點成豆腐，如果有三種電解質：，和，哪種電解質的聚沉能力最強？答：點豆腐是用合適的電解質溶液（俗稱鹵水）將豆?jié){膠粒凝聚，變成凝膠。天然的豆?jié){膠粒是帶負電的，電解質中的正離子起主要作用。對于負溶膠，顯然的聚沉能力最弱，和的聚沉能力差不多，但由于中是負一價的，而中是負二價的，所以相對而言，聚沉能力最強的應該是。但由于加多了會有苦味，所以目前較多是用（即生石膏）的溶液來點豆腐。14在能見度很低的霧天飛機急于起飛，地勤人員搬來一個很大的高音喇叭，喇叭一開，很長一段跑道上的霧就消失了，這是為什么？答：這叫高音消霧。聲音是有能量的，喇叭的音波能促使霧粒相互碰撞，使小水滴凝結成大水滴而下降，部分更小的水滴獲得能量后會氣化，所以在音波作用的較近的范圍內，霧會很快消失。由清華大學席葆樹教授研制的大喇叭，輸出功率為20 000聲瓦。喇叭長5 m，直徑為2.86 m 。在霧天，這只喇叭朝飛機跑道上大吼一聲，可以開出500 m 到1000 m 的清亮大道。15江河入?？跒槭裁磿纬扇侵蓿看穑哼@有兩種原因，一是由于上游的水土流失，江水中常常夾帶大量的泥沙，到入?？跁r，河道變寬，水的流速變慢，懸浮的泥沙沉積。另一個原因是江水中的泥沙微粒是帶負電的膠粒，碰到含有大量電解質的海水，就會凝聚下沉，所以，江水一般是渾濁的，而海水都是澄清的。這樣兩種因素加在一起，由于泥沙不斷的沉積，就慢慢形成了三角洲。四概念題參考答案1在稀的砷酸溶液中，通入以制備硫化砷溶膠，該溶膠的穩(wěn)定劑是略過量的，則所形成膠團的結構式是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(B)。 穩(wěn)定劑溶于水后生成氫硫酸，是弱酸，一般發(fā)生一級解離，膠核優(yōu)先吸附，使膠粒帶負電。而膠團是電中性的。2將在熱水中水解，制成溶膠的反應如下： 溶液中一部分還會發(fā)生如下的反應： ， 則溶膠的膠團結構式為 （ ） (A) (B) (C) (D) 答： (B)。膠核優(yōu)先吸附，然后有部分進入吸附層，形成的膠粒如(A)所示，是帶正電的。而膠團是電中性的，所以膠團結構式如(B)所示。 3溶膠的動力性質是由于粒子的不規(guī)則運動而產生的，在下列各種現象中，不屬于溶膠動力性質的是 ( ) (A) 滲透壓 (B) 擴散 (C) 沉降平衡 (D) 電泳 答： (D) 由于溶膠粒子的不規(guī)則Brown運動，使粒子在分散介質中可以擴散、與重力達沉降平衡，在半透膜兩邊產生滲透壓。而電泳屬于溶膠的電學性質，不屬于溶膠的動力性質。4Tyndall 現象是發(fā)生了光的什么作用的結果 ( ) (A) 散射 (B) 反射 (C) 折射 (D) 透射 答： (A)。 由于膠粒半徑遠小于入射光的波長，入射光在膠粒上發(fā)生散射現象，產生一束乳白色的散射光，這就是Tyndall 現象，是憎液溶膠的特有性質。5日出和日落時太陽呈鮮紅或橙黃色的原因是 ( ) (A) 藍光波長短，透射作用顯著 (B) 藍光波長短，折射作用顯著 (C) 紅、黃光波長長，透射作用顯著 (D) 紅、黃光波長長，散射作用顯著 答： (C)。日出和日落時太陽光透過厚厚的大氣層時，散射作用顯著的短波長的光如藍光、紫光等大部分已被散射，剩下了透射作用顯著的長波長的光，如紅光、黃光等。6在電泳實驗中，觀察到膠粒向陽極移動，表明 ( )(A) 膠粒帶正電 (B) 膠粒帶負電(C) 電勢為正 (D) 介質帶負電答： (B)。 由于異性電荷相吸，膠?？偸窍驇喾措姾傻碾姌O移動，所以向陽極移動的膠粒帶負電。7膠體粒子的（Zeta）電勢是指 ( ) (A) 膠粒固體表面與本體溶液之間的電勢差 (B) 雙電層中緊密層與擴散層的分界處與本體溶液之間的電勢差 (C) 擴散層與本體溶液之間的電勢差 (D) 固體與溶液之間可以相對移動的界面與本體溶液之間的電勢差 答： (D)。Zeta 電勢又稱為動電電勢，只有膠粒在移動時才能顯示出來，是指固體與溶液之間可滑移的界面與本體溶液之間的電勢差。8溶膠的電學性質是由膠粒表面帶電而產生的，下列不屬于電學性質的是 ( ) (A) 布朗運動 (B) 電泳 (C) 電滲 (D) 沉降電勢 答： (A) 布朗運動屬于溶膠的動力性質。9均勻的牛奶是乳狀液，如下哪種方法可以從中沉淀出脂肪和蛋白質 ( ) (A) 加入一些酒精 (B) 將牛奶靜置 (C) 過濾 (D) 加入酸 答： (D)。牛奶是乳脂分散在水中形成的水包油乳狀液，加入酸這種強電解質會破壞乳狀液，使脂肪和蛋白質與水分離。用超離心的方法也可以達到同樣的目的。10對于有略過量的KI存在的AgI溶膠，下列電解質中聚沉能力最強的是 ( ) (A) NaCl (B) K3Fe(CN)6 (C) MgSO4 (D) FeCl3 答： (D)。有過量的KI存在時，AgI 膠核優(yōu)先吸附碘離子，使膠粒帶負電。電解質所含的正離子的電價數越高，其聚沉能力也越強。11混合等體積的濃度為的 KI溶液和濃度為的 AgNO3溶液，得到AgI的憎液溶膠。在這溶膠中分別加入濃度相同的 MgSO4， CaCl2， Na2SO4，它們聚沉能力大小的次序是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(C)。這里AgNO3略過量，生成的AgI 膠核優(yōu)先吸附銀離子，使膠粒帶正電。所以，陰離子的價數越高，其聚沉能力就越強。MgSO4與Na2SO4雖然陰離子相同，但MgSO4中的陽離子是正二價的，比鈉離子的價數高，會減弱硫酸根的聚沉能力，所以Na2SO4的聚沉能力最強。12用滲透壓法測定大分子化合物的摩爾質量，這樣測得的摩爾質量屬于 ( )(A) 質均摩爾質量 (B) 數均摩爾質量 (C) 均摩爾質量 (D) 黏均摩爾質量 答：(B)。滲透壓法利用的是稀溶液的依數性，所以測得的是數均摩爾質量。13將大分子電解質的水溶液用半透膜與純水隔開，大分子電解質中的不能透過半透膜，其余的小離子和水分子可以。當達到 Donnan 平衡時，膜外水的pH值將 ( ) (A) 大于 7 (B) 小于 7 (C) 等于 7 (D) 不能確定 答：(A