北京大学药学院：《物理化学 Physical Chemistry》课程教学资源（练习思考）第八章 胶体分散系统

第八章 a1 Chemisry 胶体分散系统 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析「oP 例8-1 金溶胶浓度为2gdm3介质粘度为0.001Pas已知胶粒半径为1.3mm金的密度为19.3×10°kgm3。 计算金溶胶在25°C时(1)扩散系数(2)布朗运动移动0.5mm需多少时间(3)渗透压 解(1)扩散系数按公式直接计算 D-Rr L66023×1023×6x×001×1列~9=1.680×10-10m2s 8.314×29815 2)根据布朗运动位移公式,【: (0.5×10-3)2 2D2×1.680×10-107445 (3)将浓度2gdm-转换为体积摩尔浓度 V VM 0.01870mol-n 1×x(1.3×109)3×193×103×6023 渗透压为cR7=0.01870×8.314×298.15=46.34Pa 例8-2 试计算293K时,粒子半径分别为n=10m,n2=10-m,n=10-m的某溶胶粒子下沉0.1m所需 的时间和粒子浓度降低一半的高度。已知分散介质的密度=10°kg·m3,粒子的密度p=2×103kg·m3, 溶液的粘度为n=0.001Pas 解将n=10-m代入重力沉降速度公式和沉降平衡公式

1 第八章 胶体分散系统 首 页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 难题解析 [TOP] 例 8-1 金溶胶浓度为 2 gdm−3 ,介质粘度为 0.00l Pas。已知胶粒半径为 1.3 nm，金的密度为 19.3103 kgm −3。 计算金溶胶在 25C 时(1) 扩散系数,(2)布朗运动移动 0.5 mm 需多少时间,(3) 渗透压。 解 (1) 扩散系数按公式直接计算 1 0 2 1 2 3 9 1 680 10 m s 6 023 10 6π 0 001 1 3 10 8 314 298 15 6π 1 − − − =         =  = . . . . . . L r RT D  (2) 根据布朗运动位移公式， 744 s 2 1 680 10 (0 5 10 ) 2 10 2 3 2 =    = = − − . . D x t (3) 将浓度 2 gdm−3 转换为体积摩尔浓度， V r L W VM W V n c  3 π 3 4  = = = -3 9 3 3 2 3 0 01870 mol m π(1 3 10 ) 19 3 10 6 023 10 3 4 1 2 =        = − . . . . 渗透压为 =cRT＝0.018708.314298.15=46.34 Pa 例 8-2 试计算 293K 时，粒子半径分别为 r1＝10−4 m，r2＝10−7 m，r3＝10−9 m 的某溶胶粒子下沉 0.1 m 所需 的时间和粒子浓度降低一半的高度。已知分散介质的密度0＝103 kg·m−3，粒子的密度＝2103 kg·m−3， 溶液的粘度为＝0.001 Pas。 解 将 r1＝10−4 m 代入重力沉降速度公式和沉降平衡公式

0.12r2(0-p0)82×(10-)2×(2-1)×103×9.8 解得=4.59 9×0.001 Rh2=4m(p-pn)gL(b2-h)代入数据, 8.314×293×ln 3x(10-)(2-1)×103×98×6023×1023×(h-0) 解得l=6.83×10-m 同理可求得n2=10-m,n=10m的结果见下 沉降0.1m时间 浓度降低一半的高度/m 4.59s 6.83×10-14 6.83×105 45×1053天 68.3 4.59×100s=1460年 学生自测题op 1.选择一个正确答案: (1)新鲜制备的溶胶需要净化,其目的是 A去除杂质,提高溶胶的纯度 去除过多的电解质,保持溶胶稳定性 C去除过多的溶剂,增加溶胶的浓度 去除过小的胶粒,保持粒子大小的一致性 (2)胶体粒子在介质中运动所受的阻力,与下列何者无关? A介质的粘度 B粒子的流速 C粒子的浓度 D粒子的大小 (3)Fick第一定律=-DA,式中有负号是因为 是负值 扩散系数D是负值 dc是负值 DA是负值 (4)溶胶有较强的散射光,大分子溶胶则较弱,这是因为 A溶胶粒径大,大分子粒径小 B溶胶浓度大,大分子浓度小 C溶胶的折光率与介质相差很大,大分子则相近 D溶胶对短波光敏感,大分子则不敏感 (5)电渗现象表明 A胶体粒子是电中性的 B分散介质是电中性的 C胶体系统的分散介质也是带电的D胶体粒子是带电的

2 9 0 001 2 (10 ) (2 1) 10 9 8 9 0 1 2 ( ) 4 2 3 0 2 . r g . t .    −   = − = −    解得 t=4.59 s π ( ) ( ) 3 4 ln 0 2 1 3 1 2 r gL h h c c RT = −  −  − 代入数据， π(10 ) (2 1) 10 9 8 6 023 10 ( 0) 3 4 2 1 8 314 293 ln 4 3 3 2 3   = − −      − − . . . h 解得 h=6.8310−14 m 同理可求得 r2＝10−7 m, r3＝10−9 m 的结果见下： r/m, 沉降 0.1m 时间 浓度降低一半的高度/m 10−4 4.59 s 6.8310−14 10−7 4.59106 s=5.31 天 6.8310−5 10−9 4.591010 s =1460 年 68.3 学生自测题 [TOP] 1．选择一个正确答案： (1) 新鲜制备的溶胶需要净化，其目的是 A 去除杂质，提高溶胶的纯度 B 去除过多的电解质，保持溶胶稳定性 C 去除过多的溶剂，增加溶胶的浓度 D 去除过小的胶粒，保持粒子大小的一致性 (2) 胶体粒子在介质中运动所受的阻力，与下列何者无关？ A 介质的粘度 B 粒子的流速 C 粒子的浓度 D 粒子的大小 (3) Fick第一定律 x c DA t n d d - d d = ,式中有负号是因为： A d d t n 是负值 B 扩散系数 D 是负值 C x c d d 是负值 D A 是负值 (4) 溶胶有较强的散射光，大分子溶胶则较弱，这是因为： A 溶胶粒径大，大分子粒径小 B 溶胶浓度大，大分子浓度小 C 溶胶的折光率与介质相差很大，大分子则相近 D 溶胶对短波光敏感，大分子则不敏感 (5) 电渗现象表明 A 胶体粒子是电中性的 B 分散介质是电中性的 C 胶体系统的分散介质也是带电的 D 胶体粒子是带电的

(6)在胶体分散系统中,电势为何值时称为等电状态? A大于零 B等于零C小于零 D等于外加电势差 (7)若分散相固体微小粒子的表面上吸附负离子,则胶体粒子的电势为 定大于零B等于零C一定小于零D正负无法确定 (8)溶胶与大分子溶液的相同点是 A热力学稳定体系 B热力学不稳定体系 C动力稳定体系 D动力不稳定体系 (9)在以下测定高分子化合物平均摩尔质量的方法中,哪一个不是独立的方法? A渗透压法 B离心沉降法 C光散射法 D粘度法 (10)以下哪种情况可消除 Donnan平衡? A降低小分子电解质的浓度 B增加大分子电解质的浓度 C在半透膜的另一侧(无大分子),加入大量的中性分子 D调节溶液的pH,使大分子电解质处于等电点 2.填空: (1)胶体分散系统是热力学不稳定系统,因为 (2)当光束照射到分散系统时,若入射光的波长大于分散相粒子的尺寸时,则发生光的 现象。其光强度与 的4次方成反比。 (3)在乳状液形成中,若乳化剂的亲水性较大,有利于形成 型的乳状液,相反若乳 化剂的亲油性较大,有利于形成 型的乳状液 (4)在水溶液中,密度分别为p和P(p<P)的同样大小的球形悬浮液的沉降速度为n和n,则 (5)墨汁是碳黑分散在水中的悬浮液,通常需加入适量的动物胶来稳定,其原因 然而,若加入的动物胶量太少 学生自测答案mOp .选择题 (1)B。过多的电解质,会压缩双电层厚度,降低电动电势,容易使溶胶聚沉。 (2)C。根据 Stokes定律,球形粒子在介质中移动时,受到的阻力f6πnrv,因此阻力只与介质粘 度、粒子大小和移动速度有关,与粒子浓度无关。 (3)C。扩散总是由高浓度向低浓度方向进行,沿扩散方向上 C C小 x个,浓度,因此为负值 (4)C。由 Reyleigh公式,散射光l ,溶胶m与m差值大,大分子则相近。因此散射光 n1+2n2 的形成与系统的光学不均匀性有关 (5)C。电渗是介质在电场中的移动行为。 (7)D。一般情况下,溶胶的电性取决于表面层的定位离子,若吸附负离子,《电势也为负。但考 3

3 (6) 在胶体分散系统中，ζ 电势为何值时称为等电状态？ A 大于零 B 等于零 C 小于零 D 等于外加电势差 (7) 若分散相固体微小粒子的表面上吸附负离子，则胶体粒子的ζ电势为 A 一定大于零 B 等于零 C 一定小于零 D 正负无法确定 (8) 溶胶与大分子溶液的相同点是 A 热力学稳定体系 B 热力学不稳定体系 C 动力稳定体系 D 动力不稳定体系 (9) 在以下测定高分子化合物平均摩尔质量的方法中，哪一个不是独立的方法？ A 渗透压法 B 离心沉降法 C 光散射法 D 粘度法 (10) 以下哪种情况可消除Donnan平衡？ A 降低小分子电解质的浓度 B 增加大分子电解质的浓度 C 在半透膜的另一侧（无大分子），加入大量的中性分子 D 调节溶液的 pH，使大分子电解质处于等电点 2．填空： (1) 胶体分散系统是热力学不稳定系统，因为___________________________________________ 。 (2) 当光束照射到分散系统时，若入射光的波长大于分散相粒子的尺寸时，则发生光的__________ 现象。其光强度与_______________的4次方成反比。 (3) 在乳状液形成中，若乳化剂的亲水性较大，有利于形成_____________型的乳状液，相反若乳 化剂的亲油性较大，有利于形成_____________型的乳状液。 (4) 在水溶液中，密度分别为1和2（1<2）的同样大小的球形悬浮液的沉降速度为v1 和v2 ，则 v1 ______v2 。 (5) 墨汁是碳黑分散在水中的悬浮液，通常需加入适量的动物胶来稳定,其原因________________ ______，然而，若加入的动物胶量太少，则__________________。 学生自测答案 [TOP] 1．选择题 (1) B。 过多的电解质，会压缩双电层厚度，降低电动电势，容易使溶胶聚沉。 (2) C。 根据Stokes定律，球形粒子在介质中移动时，受到的阻力f=6rv，因此阻力只与介质粘 度、粒子大小和移动速度有关，与粒子浓度无关。 (3) C。 扩散总是由高浓度向低浓度方向进行，沿扩散方向上 x，浓度c，因此 x c d d 为负值。 (4) C。 由Reyleigh公式，散射光I 2 1 2 2 2 2 1 2         + − n n n n ，溶胶n1与n2差值大，大分子则相近。因此散射光 的形成与系统的光学不均匀性有关。 (5) C。 电渗是介质在电场中的移动行为。 (6) B。 (7) D。 一般情况下，溶胶的电性取决于表面层的定位离子，若吸附负离子，ζ电势也为负。但考 C 大 C 小 x

虑外加电解质的影响,也有电性反转的例子。 (9)D。粘度法可测到高分子化合物的特性粘度[],再按[]=计算M常数h,a需要用其他 方法确定,因此粘度法不是一个独立的测定方法 10)D。当大分子电解质处于等电点时,成为中性分子,因而不会影响小分子电解质的扩散,使其 在膜两边的浓度相等。 2.填空 (1)分散相有很大比表面,即有很大表面能,一定条件下,有自发聚集成大颗粒,降低表面能的倾 向。 (2)散射:入射光的波长。 (3)OW;W/O。 (5)适量的大分子对溶胶粒子起保护作用;会使溶胶发生絮凝

4 虑外加电解质的影响，也有电性反转的例子。 (8) C。 (9) D。 粘度法可测到高分子化合物的特性粘度[]，再按[]=KM 计算M。常数K， 需要用其他 方法确定，因此粘度法不是一个独立的测定方法。 (10) D。当大分子电解质处于等电点时，成为中性分子，因而不会影响小分子电解质的扩散，使其 在膜两边的浓度相等。 2．填空 (1) 分散相有很大比表面，即有很大表面能，一定条件下，有自发聚集成大颗粒，降低表面能的倾 向。 (2) 散射；入射光的波长。 (3) O/W；W/O。 (4) < 。 (5) 适量的大分子对溶胶粒子起保护作用；会使溶胶发生絮凝