Приведено 10 заданий для самостоятельной работы студентов по коллоидной химии, каждое задание содержит 10 вариантов.
Задание 1
Определите энергию Гиббса Gs капель водяного тумана массой m при 293 К, если поверхностное натяжение воды s = 72,7 ×10-3 Дж/моль, плотность воды r = 0,998 г/см3, дисперсность частиц D (табл. 1).
Значения массы и дисперсности
Таблица 1
|
Вариант
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
m , г
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
|
D ×10-7 , м-1
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
3,5
|
4,0
|
4,5
|
5,0
|
5,5
|
6,0
|
6,5
|
Задание 2
Рассчитать работу адгезии Wa для жидкости A, смачивающей поверхность фторопласта, если известны поверхностное натяжение s и угол смачивания q (табл. 2).
Таблица 2 Значения поверхностного натяжения и угла смачивания
|
Вариант
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
s ×103, Дж/моль
|
72,0
|
72,5
|
72,7
|
63,0
|
63,3
|
63,5
|
29,3
|
29,5
|
29,7
|
475
|
|
q
|
108
|
109
|
110
|
99
|
100
|
101
|
43
|
44
|
45
|
130
|
Для 1, 2 и 3 вариантов жидкостью A является вода. Для 4, 5 и 6 вариантов – глицерин. Для 7, 8 и 9 вариантов – бензол. Для 10 варианта жидкостью является ртуть.
Задание 3
Зависимость поверхностного натяжения водного раствора масляной кислоты s от концентрации c при 298 К описывается уравнением s = s0 - 0,0129ln (1+ 0,01964 × c), где s 0 – поверхностное натяжение воды, равное 72,56 ×10-3 Дж/моль. Вычислить с помощью уравнения Гиббса адсорбцию масляной кислоты при концентрации c (табл. 3).
Таблица 3
Значения концентраций
|
Вариант
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
c ,
моль/м3
|
10
|
15
|
20
|
25
|
30
|
35
|
40
|
45
|
50
|
55
|
Задание 4
Рассчитать удельную адсорбцию по уравнению Гиббса и построить изотерму адсорбции вещества A по зависимости поверхностного натяжения его водных растворов от концентрации при температуре T (табл. 4). Определить величину предельной адсорбции Ã¥ и константу K в уравнении Ленгмюра.
Таблица 4 Значения концентрации и поверхностного натяжения
|
Вариант
|
Вещество A
|
c , моль/м3
|
s ×103, Дж/моль
|
T, K
|
|
1
|
Пентанол
|
0
1,00
2,51
6,31
10,00
15,80
|
72,75
70,20
69,40
67,20
64,80
64,20
|
293
|
|
2
|
Бутадиол
|
0
0,144
0,337
0,536
0,882
1,242
|
71,15
60,10
54,56
50,91
48,49
45,51
|
303
|
|
3
|
Гексанол
|
0
0,20
0,63
2,51
6,31
10,00
|
72,75
70,80
69,40
64,40
55,40
50,20
|
293
|
|
4
|
Пентен
|
0
2,50
5,15
7,13
11,00
14,20
|
72,75
69,00
67,90
66,60
64,20
63,00
|
293
|
|
5
|
Пентанол
|
0
1,58
3,98
7,95
12,60
|
72,75
69,90
63,60
66,00
63,60
|
|
|
6
|
Октанол
|
0
0,04
0,16
0,36
1,00
|
72,75
70,60
67,80
64,20
60,60
|
293
|
|
7
|
Гексанол
|
0
0,10
0,39
1.26
3,98
6,31
|
72,75
71,30
70,00
67,90
60,50
55,40
|
293
|
|
8
|
Гептановая кислота
|
0
0,39
1,26
1,99
3,16
5,01
|
72,75
72,00
70,60
68,40
65,30
61,80
|
293
|
|
9
|
Нонанол
|
0
0,016
0,039
0,063
0,100
|
72,75
70,40
66,00
63,50
61,10
|
293
|
|
10
|
Октанол
|
0
0,016
0,100
0,251
0,631
|
72,75
71,60
69,00
66,00
62,40
|
300
|
Задание 5
Определить константы в уравнении Фрейндлиха по экспериментальным данным (табл. 5).
Таблица 5 Значения концентрации (давления) и величины адсорбции
|
Вариант
|
Адсорбат
|
Адсорбент
|
c , моль/м3
|
A, моль/кг
|
T , K
|
|
1
|
Уксусная кислота
|
Уголь
|
36
62
124
252
|
0,934
1,248
1,602
2,220
|
298
|
|
2
|
Уксусная кислота
|
Уголь
|
55
90
122
185
|
0,525
0,690
0,364
1,205
|
298
|
|
3
|
Уксусная кислота
|
Уголь
|
50
90
120
180
|
0,52
0,69
0,86
1,20
|
298
|
|
4
|
Уксусная кислота
|
Уголь
|
18
31
62
126
|
0,467
0,624
0,801
1,110
|
298
|
|
Вариант
|
Адсорбат
|
Адсорбент
|
c ×102 , моль/м3
|
A ×103, кг/кг
|
T, K
|
|
5
|
Стеариновая кислота
|
Порошок стали
|
1
4
10
20
25
|
0,78
1,00
1,30
1,60
1,70
|
298
|
|
Вариант
|
Адсорбат
|
Адсорбент
|
P ×10-3, Па
|
A ×102, кг/кг
|
T, K
|
|
6
|
Двуокись углерода
|
Активный уголь
|
2,00
5,48
11,00
15,15
26,00
|
3,93
7,37
10,32
12,42
15,20
|
293
|
|
7
|
Диоксид углерода
|
Активный уголь
|
1,00
4,48
10,00
14,40
25,00
45,20
|
3,23
6,67
9,62
11,72
14,50
17,70
|
293
|
|
Вариант
|
Адсорбат
|
Адсорбент
|
P, Па
|
A ×102, моль/кг
|
T, K
|
|
8
|
Бензол
|
Непористая сажа
|
1,03
1,29
1,74
2,50
6,67
|
1,57
1,94
2,55
3,51
7,58
|
293
|
|
Вариант
|
Адсорбат
|
Адсорбент
|
c , моль/м3
|
A, моль/кг
|
T, K
|
|
9
|
Пары воды
|
Макро- пористый силикагель
|
3,04
4,68
7,72
11,69
14,03
17,77
|
4,44
6,28
9,22
11,67
13,22
14,89
|
298
|
|
10
|
Азот
|
Активный уголь
|
1,86
6,12
17,96
33,65
68,89
|
5,08
14,24
23,61
32,56
40,83
|
194
|
Задание 6
Построить седиментационную кривую. Рассчитать и по- строить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде по экспериментальным данным (табл. 6). Сделать вывод о фракционном составе системы, используя значения времени t , массы осадка m , высоты оседания H , плотности дисперсионной фазы r , дисперсионной среды r0 и вязкости дисперсной системы h .
Таблица 6
Значения времени и массы осадка
|
Вариант
|
t , мин
|
m , кг
|
H, м
|
h , Па·с
|
r , кг/м3
|
r0, кг/м3
|
|
1 Глина в воде
|
0,5
2,0
6,0
12,0
20,0
24,0
|
8
18
26
34
40
40
|
0,09
|
1,0 ×10-3
|
2,72 ×103
|
1,0 ×103
|
|
2 Тальк в воде
|
0,25
1,00
7,00
8,00
10,00
|
3,0
8,0
12,0
13,5
13,5
|
0,09
|
1,0 ×10-3
|
2,7 ×103
|
1,0 ×103
|
|
3 Глина в растворе
уксусной кислоты
|
0,5
2,0
5,0
9,0
15,0
|
8
15
25
33
35
|
0,093
|
1,0 ×10-3
|
2,72 ×103
|
1,0 ×103
|
|
4 Оксид алюминия в этаноле
|
2
5
20
50
120
150
|
19
46
65
74
80
80
|
0,08
|
1, 2 ×10-3
|
3,9 ×103
|
0,79 ×103
|
|
5 Песок в воде
|
0,25
1,00
4,00
12,00
24,00
26,00
|
2
11
22
45
50
50
|
0,1
|
1,0 ×10-3
|
2,73×103
|
1,0 ×103
|
|
6 Глина в воде
|
1
4
8
16
24
|
11
21
29
38
40
|
0,09
|
1,0 ×10-3
|
2,72 ×103
|
1,0 ×103
|
|
7 Оксид алюминия в этаноле
|
3
10
30
80
150
|
31
57
69
78
80
|
0,08
|
1, 2 ×10-3
|
3,9 ×103
|
0,79 ×103
|
|
8 Глина в растворе
уксусной кислоты
|
1
3
7
12
15
|
12
18
30
35
37
|
0,093
|
1,0 ×10-3
|
2,76 ×103
|
1,1×103
|
|
9 Глина в воде
|
0,75
3,00
7,00
10,0
14,0
18,0
|
9,5
19,5
28
32
36
39
|
0,09
|
1,0 ×10-3
|
2,72 ×103
|
1,0 ×103
|
|
10 Тальк в воде
|
0,5
2,0
6,0
7,0
9,0
|
6,0
9,0
13,0
13,25
13,5
|
0,15
|
1,0 ×10-3
|
2,74 ×103
|
1,0 ×103
|
Задание 7
Написать формулу мицеллы золя, образованного в результате реакции A (табл. 7), определить заряд коллоидной частицы. Представить на рисунке строение двойного электрического слоя, определить знак заряда коагулирующего иона.
Таблица 7
Реакции, приводящие к образованию золя
|
Вариант
|
Реакция A
|
|
1
|
3H3AsO + 3H2S (избыток) = As2S3 (осадок) + 6Н2O
|
|
2
|
FeCl3 + 3H2O (избыток) = Fe(OH)3 (осадок) + 3HCl
|
|
3
|
BaCl2 + H2SO4 (избыток) = BaSO4 (осадок) + 2HCl
|
|
4
|
CuSO4 (избыток) + H2S = CuS (осадок) + H2SO4
|
|
5
|
AgNO3 (избыток) + KCl = AgCl (осадок) + KNO3
|
|
6
|
Pb(NO3)2 + K2S (избыток) = PbS (осадок) + 2KNO3
|
|
7
|
AgNO3 + HBr (избыток) = AgBr (осадок) + HNO3
|
|
8
|
3H3AsO (избыток) + 3H2S = As2S3 (осадок) + 6Н2O
|
|
9
|
Pb(NO3)2 (избыток) + K2SO4 = PbSO4 (осадок) + 2 KNO3
|
|
10
|
BaCl2 (избыток) + H2SO4 = BaSO4 (осадок) + 2HCl
|
Задание 8
Рассчитать величину дзета-потенциала (z -потенциала) для латекса полистирола, если при электрофорезе смещение границы золя и боковой жидкости за время t составило величину a.
Напряжение, приложенное к электродам, равно E = 110 В, расстояние между электродами l = 0,6 м, (см. табл. 8). Диэлектрическая проницаемость воды равна 81, диэлектрическая постоянная e = 8,85 ×10-12 Ф/м, вязкость среды h = 1,0 ×10-3 Па·с. Для расчета дзета-потенциала время нужно перевести в секунды.
Таблица 8
Значения времени и величины смещения границы золя и боковой жидкости при электрофорезе
|
Вариант
|
t , мин
|
a ×102 ,м
|
|
1
|
60
|
5,00
|
|
2
|
55
|
4,51
|
|
3
|
50
|
4,20
|
|
4
|
45
|
3,75
|
|
5
|
40
|
3,25
|
|
6
|
35
|
2,58
|
|
7
|
30
|
2,50
|
|
8
|
25
|
2,00
|
|
9
|
20
|
1,52
|
|
10
|
15
|
1,25
|
Задание 9
Для коагуляции золя A, объемом V1, потребовалось V2 объема электролита B с концентрацией c (табл. 9). Найти порог коагуляции Cê и коагулирующую способность b электролита.
Таблица 9
Значения объемов и концентрации
|
Вариант
|
A
|
V1, см3
|
B
|
V2 , см3
|
c , моль/дм3
|
|
1
|
Fe(OH)3
|
10
|
KCl
|
1,05
|
7, 45 ×10-2
|
|
2
|
Fe(OH)3
|
10
|
Na2SO4
|
6,25
|
7,1×10-4
|
|
3
|
Fe(OH)3
|
10
|
Na3PO4
|
3,7
|
5, 47 ×10-5
|
|
4
|
Al(OH)3
|
10
|
K2Cr2O7
|
630
|
0,01
|
|
5
|
AgI
|
10
|
KCl
|
465
|
5,5
|
|
6
|
AgI
|
10
|
Ba(NO3)2
|
80
|
0,75
|
|
7
|
AgI
|
10
|
Al(NO3)3
|
191,4
|
3,5 ×10-3
|
|
8
|
Al(OH)3
|
10
|
K2Cr2O7
|
101,6
|
6, 2 ×10-2
|
|
9
|
AgI
|
10
|
NaCl
|
294,3
|
8,7
|
|
10
|
AgI
|
10
|
Cu(NO3)2
|
13,3
|
4,5
|
Задание 10
Определить вязкость суспензии по уравнению Эйнштейна при температуре T, если концентрация дисперсной фазы c, % (об.). Определить относительную вязкость (табл. 10). Плотность частиц дисперсной фазы r , плотность дисперсионной среды r0 , вязкость дисперсионной среды h0 . (для частиц сферической формы a = 2,5).
Таблица 10
Значения концентрации, плотностей, вязкости и температуры
|
Вариант
|
Вещество
|
c ,
%(об.)
|
r ,
г/см3
|
r0 ,
г/см3
|
h0 ×103 ,
Па·с
|
T , K
|
|
1
|
Крахмал
|
5
|
3,5
|
1,0
|
1,20
|
293
|
|
2
|
Крахмал
|
8
|
3,5
|
1,0
|
1,10
|
298
|
|
3
|
Крахмал
|
7
|
3,5
|
1,0
|
1,15
|
295
|
|
4
|
Каолин
|
4
|
3,2
|
1,0
|
1,20
|
293
|
|
5
|
Каолин
|
6
|
3,2
|
1,0
|
1,10
|
298
|
|
6
|
Каолин
|
5
|
3,2
|
1,0
|
1.15
|
295
|
|
7
|
Глина
|
7
|
3,75
|
1,0
|
1,20
|
293
|
|
8
|
Глина
|
5
|
3,75
|
1,0
|
1,10
|
298
|
|
9
|
Глина
|
6
|
3,75
|
1,0
|
1,15
|
295
|
|
10
|
Глина
|
8
|
3,75
|
1,0
|
1.12
|
293
|
|
