Учебно-методический комплекс дисциплины Поверхностные явления и дисперсные системы (стр. 28 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
Решение: Среднеквадратичный сдвиг частицы Dср за промежуток времени t определяется по закону Эйнштейна – Смолуховского:
Коэффициент диффузии D рассчитывается по уравнению Эйнштейна
D=1,38×10-23×293/6×3,14×10-3×50×10-9 = 4,29×10-12 м2/с.
Тогда среднеквадратичный сдвиг частицы составит:
Dср=Ö2Dt=Ö2 × 4,29×10-12 × 10=9,26×10-6 м=9,26 мкм.
7. На основе опытных данных, полученных при изучении адсорбции углем бензойной кислоты из раствора ее в бензоле при 250С, определить графически константы К и 1/n в уравнении Фрейндлиха:
Адсорбция х/m×103, кмоль/кг
Решение: Эмпирическое уравнение адсорбции Фрейндлиха выражает зависимость адсорбции от равновесной концентрации
Для определения констант необходимо построить логарифмическую изотерму адсорбции
lg х/m = lg К + 1/n lg С.
На графике получают прямую, не проходящую через начало координат. На оси ординат прямая отсекает отрезок численно равный lg К. Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс численно равен 1/n. Для построения графика находим логарифмы:
 |
График логарифмической изотермы адсорбции строится в координатах:
Из графика видно, что lg К=0,53, следовательно, К=3,4; tg j =1/n =0,4; n = 2,5.
8. Определить молекулярную массу М синтетического каучука, если известно, что характеристическая вязкость его раствора в хлороформе [h] =0,0215, константы уравнения Марка – Хаувинка К=1,85×10-5 и a=0,56.
Решение: Для нахождения М используем уравнение Марка – Хаувинка
Перед тем как приступать к решению задачи, проводим логарифмирование уравнения Марка – Хаувинка:
lg [h] = lg К + a lg М
и только после этого решим его относительно lg М, а затем подставим данные задачи:
lg М = (lg [h] — lg К)/ a = (lg 0,0215 — lg 1,85×10-5)/0,56 = 5,4771
9. При 293 К и концентрации пропионовой кислоты С=0,1 кмоль/м3 коэффициенты уравнения Шишковского а=12,8×10-3, в=7,16. Определить адсорбцию Г и поверхностную активность ds/dС.
Решение: Из уравнения Ленгмюра Г=Г¥ вС/(1+вС), где Г¥=а/RT находим
Г=а/RT×вС/(1+вС)=(12,8×10-3/(8,314×10-3×293))×7,16×0,1/(1+7,16×0,1)=2,19×10-3 кмоль/м2, или 2,19 моль/м2.
Согласно уравнению Г=-(С/RT)×(ds/dС)
ds/dС=ГRT/С=2,19×10-3×8,314×10-3×293 / 0,1=5,33×10-2 Дж×м/кмоль, или 53,3 мДж×м/кмоль
10. При достаточно медленном введении вещества КI в разбавленный раствор вещества AgNO3 возможно образование гидрозоля вещества AgI. Напишите формулу мицелл и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя. Какое из рекомендованных веществ является наиболее экономичным коагулятором этого золя?
Коагулятор: NaF, Ca(NO3)2, K2SO4.
Решение: Если в раствор AgNO3 постепенно при интенсивном перемешивании вливать раствор КI, то осадок иодида серебра формируется в присутствии ионов Ag+, NO3- и К+ (ионы I — в этих условиях сразу же связываются в AgI и поэтому в системе отсутствуют). В таких условиях на поверхности кристаллов m(AgI) будут адсорбироваться согласно правилу Панета – Фаянса ионы Ag+. В результате образуются ядра коллоидных частиц, несущие в среднем по n положительных электрических зарядов, поступивших с ионами Ag+ (потенциалопределяющие ионы); [mAgI n Ag+]n+.
Под действием сил электростатического взаимодействия из раствора к ядрам притягиваются в среднем по (n — х) присутствующих в системе противоионов NO3- (ионы, знак электрических зарядов которых противоположен знаку зарядов ядер. В итоге образуются положительно заряженные коллоидные частицы: <[m AgI n Ag+]n+(n - х) NO3->х+.
Средний заряд х коллоидных частиц равен алгебраической сумме электрических зарядов потенциалопределяющих ионов и противоионов, входящих в состав этих частиц: х = n — (n — х).
Наряду с силами электростатического взаимодействия, в дисперсной системе действуют и силы диффузии. Вследствие этого часть противоионов NO3- остается в растворе и обладает свободой движения. Совместно с этими свободными противоионами NO3- коллоидные частицы составляют так называемые мицеллы, средний состав которых можно описать формулой:
(1) <[m AgI n Ag+]n+(n - х) NO3->х+ х NO3->. Если изменить условия формирования осадка иодида серебра: раствор AgNO3 вливать в раствор KI, то процесс будет идти в присутствии ионов K+, I — и NO3- (ионы Ag+ в этих условиях сразу же связываются в AgI и поэтому в системе отсутствуют). Это влечет за собой изменение знака электрических зарядов ядер коллоидных частиц и приводит к изменению знака электрических зарядов самих коллоидных частиц. Наряду с этим изменится и средний состав мицелл:
Как следует из вышеизложенного, в любом случае мицеллы электронейтральны. Они как бы представляют собой структурные единицы коллоидной системы.
Коагулирующее действие оказывают лишь те ионы электролита, знак электрического заряда которых противоположен знаку заряда коллоидных частиц рассматриваемой дисперсной системы. Эти ионы называются ионами-коагуляторами, а электролит, в состав которого они входят – электролитом-коагулятором. Для (1) ионами коагуляторами являются F-, NO3-, SO42-, а для (2) – Na+, Ca2+, K+. По правилу Шульце – Гарди: коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона – коагулятора, поэтому более экономичным коагулятором в первом случае будет ион SO42-, а во втором — Ca2+.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
«Дальневосточный федеральный университет»
Школа естественных наук ДВФУ
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»
Специальность — 240403.65 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов
Тестовые вопросы для оценки знаний студентов:
Обведите кружком номер правильного ответа
1. Дисперсные системы состоят из
1) двух дисперсных фаз
2) двух дисперсных сред
3) дисперсной фазы и дисперсионной среды
2. Дисперсная фаза является
3. Дисперсные системы
4. Дисперсность – величина, обратная
1) размеру частиц
2) удельной поверхности
3) объему частиц
5. Удельная поверхность Sуд – это межфазная поверхность (S1,2), приходящаяся на единицу
1) поперечного размера частиц дисперсной фазы (d) или их массы (m)
2) объема дисперсной фазы (V) или ее массы (m)
3) поперечного размера частиц дисперсной фазы (d) или объема дисперсной фазы (V)
6. зависимость Удельной поверхности сферических частиц от дисперсности
7. Единица измерения удельной поверхности
8. класс дисперсных систем, к которому можно отнести дисперсную систему, если размер частиц дисперсной фазы равен 10-6 м
9. Лиофобные дисперсные системы термодинамически
10. величина поверхностного натяжения σ – это энергия, расчитанная на единицу
2) поверхности раздела фаз
3) длины контура
11. взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой в лиофобных дисперсных системах являются
12. дисперсные системы, образование которых отвечает условию T∆S>∆H, называются
13. значения межфазового поверхностного натяжения для лиофильных дисперсных систем
14. краевой угол q смачивания лиофильной поверхности удовлетворяет условию
Поверхностные явления. Адсорбция
Типовые задачи
К экзамену по физической и коллоидной химии
Год
Физическая химия
Термодинамика. Термохимия.
Для реакции 2CO + Н2 = СН3СОOН(г) вычислите DG о r с использованием данных о стандартных значениях энергии Гиббса:
Укажите, возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при 25 о С.
Рассчитайте тепловой эффект реакции C2Н4 + Н2О(г) = С2Н5OН(г) с использованием стандартных теплот образования веществ:
Укажите, экзо- или эндотермической является эта реакция.
Химическое и фазовое равновесие
Вычислите равновесный выход вещества С в реакции А + В « С + D, если в реакционный сосуд введено по 0,4 моль А и В. Константа равновесия равна 9.
Константа равновесия Кр реакции СО2 + Н2« СО + Н2О приТ = 800 К равна 226,2. Вычислите теоретический состав равновесной смеси, если в реакцию вступают по 3 моль СО2 и Н2.
Камфора С10Н16О перегоняется при нормальном атмосферном давлении и температуре 95 о С с водяным паром. Давление пара воды при этой температуре равно 85525 Па. Рассчитайте коэффициент расхода пара и массу камфоры, перегоняемой с 2 кг воды.
Вычислите массу экстрагированного бензиламина (г) и степень извлечения бензиламина при его трёхкратном экстрагировании хлороформом из 2 л водного раствора с концентрацией 0,4 г/л. Коэффициент распределения равен 0,0064. Объём 1 порции экстрагента – 20 мл.
В 2 л водного раствора содержится 3,5 г иода. Коэффициент распределения его между водой и CCl4 равен 0,0217. Рассчитайте массу иода(г), извлечённого из этого раствора при однократной экстракции объёмом 30 мл CCl4, а также степень извлечения иода.
В 2 л водного раствора содержится 0,35 г стрептомицина. Сколько его останется в исходном растворе после однократной экстракции объёмом 40 мл бутилового спирта и сколько перейдёт в экстракт? Коэффициент распределения стрептомицина между водой и амиловым спиртом равен 0,033.
Растворы. Электрохимия.
Вычислите рН раствора, если концентрация ионов водорода в нем равна 5,18·10 — 7 моль / л.
Рассчитайте концентрацию ионов водорода в растворе с рН = 3,86.
Рассчитайте концентрацию раствора фруктозы (г/л), если при температуре 37 о С его осмотическое давлениесоставляет 7,2´10 5 Па.
Рассчитайте процентную концентрацию глюкозы в водном инъекционном растворе, который можно вводить внутривенно без дополнительногоизотонирования.
Чему равна концентрация (моль/л) хлорида натрия в водном растворе, если его осмотическое давление при 320 К равно 7,6´10 5 Па, а изотонический коэффициент 1,95?
Вычислите молярную концентрацию NaCl в растворе, изотоническом по отношению к крови при температуре тела человека. Считать, что NaCl в растворе диссоциирован полностью(π≈7,6 атм)
Вычислите молярную концентрацию CaCl2 в растворе, изотоническом по отношению к крови(π≈7,7 атм.). Считать, что CaCl2 в растворе диссоциирован полностью. R=0,082, Т=310 К.
При кондуктометрическом титровании 35 мл раствора хлороводородной кислоты 1,5 М раствором NaOH графически определена точка эквивалентности, соответствующая 5,5 мл. Рассчитайте концентрацию кислоты.
Кинетика химических реакций
Во сколько раз (в среднем) по правилу Вант-Гоффа замедлится разложение лекарственных препаратов, если их хранить не при 30 о С, а при 10 о С?
Разложение лекарственного вещества (реакция 1-го порядка) при 20 о С протекает на 2% за 18 месяцев. Рассчитайте время разложения препарата (в годах) на 10%.
Лекарственный препарат в водном растворе разлагается по кинетике реакций 1-го порядка на 5% в течение 25 месяцев. Рассчитайте константу скорости реакции и время его разложения на 10% (в годах).
Коллоидная химия
Поверхностные явления. Адсорбция
Рассчитайте величину адсорбции карбоновой кислоты из водного раствора на активированном угле, если исходная концентрация раствора кислоты равна 0,42моль/л, равновесная концентрация 0,24 моль/л, объем раствора для адсорбции 15 мл, масса адсорбента 2 г.
Пользуясь уравнением Ленгмюра, вычислите величину адсорбции азота одним килограммом цеолита при равновесном давлении азота 0,7 Па. Константы уравнения: A¥ = 0,49 моль/кг, b = 0,57 Па.
С помощью уравнения Фрейндлиха вычислите величину адсорбции стрептомицина на активированном угле при равновесной концентрации 0,15 моль/л. Константы уравнения: k = 1,7 моль/кг; 1/n = 0,25.
Даны константы уравнения Шишковского для водного раствора бутилового спирта: а = 11´10 ¾ 3 Н/м, b = 4,8 м 3 /кмоль. Вычислите поверхностное натяжение раствора с концентрацией 2кмоль/м 3 . sН2О = 72,21´10 ¾ 3 Н/м.
Рассчитайте поверхностную активность — для водного раствора глицерина с концентрацией 4,2 моль/м 3 при 23ºС, если поверхностный избыток равен 50•10 -6 моль/м 2 .
Рассчитайте площадь, приходящуюся на одну молекулу этилового спирта при адсорбции на поверхности раздела «раствор-воздух», если предельная адсорбция Г∞ = 4,2∙10 -10 кмоль/м 3 .
Найти длину молекулы пропионовой кислоты (М = 74 г/моль) на поверхности раздела фаз «водный раствор-газ», если предельная адсорбция Г∞ = 4,9•10 -9 кмоль/м 2 , а плотность кислоты равна 1,14•10 3 кг/м 3 .
Предельная адсорбция изопропилового спирта равна 6•10 -10 моль/см 2 . Определите площадь, занимаемую молекулой на поверхности. Ответ выразите в ангстремах.
Рассчитайте поверхностное натяжениелаурата натрия, если с помощью сталагмометра получены данные: число капель раствора лаурата натрия 82, число капель воды 43, поверхностное натяжение воды 73,05´10 ¾ 3 Н/м.
Рассчитайте число капель растворасульфацила натрия, вытекающих из сталагмометра, если число капель воды равно 10. Поверхностное натяжение раствора и воды равно: σр-ра = 52,4•10 -3 Н/м, σН2О = 71,97•10 -3 Н/м при 298 К.
Найдите поверхностное натяжение желчи, если методом Ребиндера получены данные: давление пузырьков воздуха при проскакивании их в воду равно 1230 Н/м 2 , а в раствор желчи – 753 Н/м 2 . σводы = 72,75•10 -3 Н/м.
Коллоидные системы
Для коагуляции 40 мл золя требуется 7 мл раствора хлорида калия с концентрацией 0,3 М. Вычислите порог коагуляции.
Золь сульфата бария получен при сливании 0,04 н. раствора серной кислоты и 8 мл 0,012 н. хлорида бария. Рассчитайте минимальный объём (мл) H2SO4, при превышении которого будет образовываться отрицательный золь.
Определите, во сколько раз коагулирующая способность FeSO4 больше, чем у NaCl, если их пороги коагуляции соответственно равны: 4,5×10 -4 и 2,8×10 -3 моль/л.
Вычислите коагулирующую способность K2SO4по отношению к золю золота. Объём золя — 20 мл; объём раствора K2SO4, необходимый для коагуляции, — 35мл, его концентрация — 0,015н.
Какой заряд несут частицы золя, если пороги коагуляции электролитов для него равны: g(NaNO3) =30 ммоль/л, g(MgCl2) =25 ммоль/л, g(AlCl3) =5 ммоль/л.
Дисперсные системы
Вычислите суммарную площадь поверхности частиц в суспензии, если число части 1,5×10 18 . Частицы имеют кубическую форму. Длина ребра куба для частицы 2×10 -6 м.
Рассчитайте суммарную поверхность 100 млн.сферических частиц с диаметром 1,2×10 ¾ 5 м, содержащихся в 1 мл эмульсии.
Рассчитайте удельную (по массе) поверхность эмульсии типа М/В, средний диаметр капель дисперсной фазы в которой равен 3×10 -5 м. Плотность масла 0,8 г/см 3 .
Рассчитайте удельную (по массе) поверхность порошка силикагеля, содержащего кубические частицы с длиной ребра 2,5×10 ¾ 5 м. Плотность силикагеля 3,17 г/см 3 .
Вычислите удельную (по объёму) поверхность порошка серебра, содержащего частицы кубической формы с длиной ребра 3´10 ¾ 6 м.
Вычислите удельную (по объёму) поверхность порошка серебра, содержащего частицы сферической формы с диаметром2´10 ¾ 6 м.
Удельная (по объёму) поверхность суспензии равна 20 000 м 2 /м 3 . Рассчитайте средний диаметр сферических частиц суспензии.
Удельная (по объёму) поверхность суспензии равна 48 000 м 2 /м 3 . Вычислите длину ребра кубических частиц суспензии.
Удельная (по массе) поверхность эмульсии равна 64 000 м 2 /кг. Вычислите диаметр сферических частиц эмульсии. Плотность вещества дисперсной фазы равна 800 кг/м 3 .
Удельная (по массе) поверхность частиц суспензии равна 54 000 м 2 /кг. Вычислите длину ребра куба для кубических частиц. Плотность вещества дисперсной фазы равна 900 кг/м 3 .
Вычислите число частиц, образующихся при дроблении 12 г мёда (ρ=2,71 г/см 3 ),считая, что частицы имеют форму шара с диаметром 3×10 -5 м.
Вычислите число частиц, образующихся при дроблении 20 г мела (r = 2,71 г/см 3 ), считая, что частицы имеют форму куба с длинойребра 1,4´10 ¾ 6 м.
http://poisk-ru.ru/s37152t3.html