第五章 胶 体 首 页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 章后习题解答
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+。
H2SiO3 2H+ +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则的浓度。
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χ mol?L-1，则平衡时各物质的浓度为： c（Cl－）内= χ mol?L-1 c（Na+）内=0.10mol?L－1+ χ mol?L-1 c（Na+）外= c（Cl－）外=0.50mol?L－1－χ mol?L-1 c（P－）内=0.10 mol?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= 0.10 mol?L-1 c（Na+）内=0.10mol?L－1+ 0.23 mol?L-1=0.33 mol?L-1 c（Cl－）内= χ mol?L-1=0.23 mol?L-1 c（Na+）外= 0.50 mol?L－1－χ mol?L-1=0.27 mol?L-1 c（Cl－）外=0.50 mol?L-1－χ mol?L-1=0.27 mol?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×）
1.溶胶都能产生电泳现象。 （ ） 2.胶体分散系是非均相分散系。 （ ） 3.向溶胶中加入高分子溶液时，溶胶的稳定性增加。 （ ） 4.分散系中，被分散的物质称为分散相，容纳分散相的连续介质为称为分散介质。（ ） 5.当胶粒移动时，胶团从吸附层和扩散层间分开。 （ ）
二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出） [TOP] 1.下面对溶胶的叙述正确的是 （ ） A.溶胶是热力学不稳定体系，但具有动力学稳定性 B.溶胶具有动力学稳定性，并且是热力学不稳定体系 C.溶胶是热力学不稳定体系，且具有动力学不稳定性 D.溶胶是热力学稳定体系，同时又具有动力学稳定性 E.溶胶不具有相对稳定性
2.关于胶体和溶液的区别，下列叙述中正确的是 （ ） A.溶液呈电中性，胶体带有电荷
B.溶液中的溶质微粒不带电，胶体中分散质微粒带有电荷
C.通电后，溶液中溶质微粒分别向两极移动，胶体中分散质微粒向某一极移动
D.溶液与胶体的本质区别在于分散质微粒直径大小，前者小于1nm，后者介于1nm～100nm。 E.溶液中的溶质微粒带电荷，胶体中分散质微粒不带电荷
3.混合AgNO3和KI溶液制备AgI负溶胶时，AgNO3和KI间的关系应是 （ ） A.c (AgNO3) > c (KI) B.V (AgNO3) > V (KI) C.n (AgNO3) > n (KI) D.n (AgNO3) = n (KI) E.n (AgNO3)
5.下列分散系中Tyndall效应最强的是 （ ） A.空气 B.蔗糖水溶液 C.高分子溶液 D.硫化砷溶胶 E.蒸馏水
三、填空题 [TOP] 1.硫化砷溶胶的胶团结构为[（As2S3）?n HS-?（n-x）H+]x-?x H+，电位离子是 （1） ，反离子是 （2） ，该溶胶属于 （3） ，分别加入电解质Na2CO3，BaCl2，Na3[Fe(CN)6]和[Co(NH3)6]Br3 ，均可使这种溶胶聚沉，对该硫化砷溶胶临界聚沉浓度最小的电解质是 （4） ，聚沉能力最大的电解质是 （5） 。
2.（6）、（7） 和 （8） 是溶胶基本的基本特性。
3.溶胶胶核的 （9） 或胶核表面的分子 （10） 可使胶粒带电。
四、问答题 [TOP] 1.什么是电渗？什么是电泳？ 2.举例说明电解质的聚沉作用。
五、计算题 [TOP] 1.在标准状况下，将半径为1.0×10-2m油珠分散到水中，使其成为直径为1.0×10-6m的小油珠，若油水间界面张力为37.0mN?m-1，问分散过程中最少要做多少功？
2.将 10.0mL 0.005 mol?L-1AgNO3溶液和10.0mL 0.002mol?L-1 KBr溶液混合制备AgBr溶胶。写出该溶胶的胶团结构，试问下述电解质中哪一种对该AgBr溶胶的聚沉能力最强。 （1）CaCl2；（2）NaSO4；（3）MgSO4 。 学生自测答案 [TOP] —、判断题
1.× 2.× 3.× 4.√ 5.√
二、选择题
1.A 2.D 3.E 4.D 5.D
三、填空题
1.（1）HS- （2）H+ （3）负溶胶 （4）[Co(NH3)6]Br （5）[Co(NH3)6]Br3 2.（6）多相性 （7）高度分散性 （8）热力学不稳定性 3.（9）选择性吸附 （10）胶核表面分子的离解
四、问答题
1.电泳：在外电场作用下，带电胶粒在介质中的定向运动称为电泳。
电渗：把溶胶充满多孔性隔膜，胶粒被吸附而固定。由于胶粒带电，介质必然带与胶粒相反电荷。在外电场作用下，液体分散介质的定向移动，称为电渗。
2.电解质对溶胶的聚沉作用主要是由于改变胶粒吸附层的结构。电解质加入后，把扩散层中更多的反离子斥入吸附层，使胶粒的荷电数减少甚至消失，水合膜和扩散层随之变薄或消失，溶胶的稳定性下降，最终导致聚沉。溶胶受电解质的影响非常敏感，电解质对溶胶的聚沉能力主要决定于胶粒反离子的价数，对于给定的溶胶，电解质反离子的价数越高，临界聚沉浓度越小，聚沉能力越大；并且价数相同的离子聚沉能力也有所不同。例如，对带负电荷的As2S3胶粒，起聚沉作用的是阳离子，电解质KCl、MgCl2和AlCl3的临界聚沉浓度（mol?L-1）分别为49.5、0.7和0.093，其对As2S3的聚沉能力分别为
1、70.7和532，即一价的K+聚沉能力最小，三价的Al3+聚沉能力最大。
五、计算题
1.解 分散前后水滴的总表面积分别为A
1、A2，因而： A1 = 4πr12 A2 = N × (4πr22) 其中，N为分散后半径为r2的小水滴的数目。 因为分散前后水的总体积相等：
N = 且 r1 = 1.0×10-2m r2 = 1.0×10-6m 分散过程中所做的功为： W′ = σ (A2－A1) = σ = 4×3.14×(1.00×10-2m)2×0.037N?m-1× = 0.464J 2.解 n (Ag+) = 0.005mol?L-1×10.0mL = 0.05 mmol n (Br－) = 0.002mol?L-1×10.0mL = 0.02 mmol 由于 n (Ag+) >n (Br－)，AgNO3溶液过量，胶核(AgBr)m优先吸附Ag+形成带正电荷的胶粒。胶团的结构为：
[(AgCl)m?nAg+?(n-x)NO3－]x+?x NO3- 因此，电解质中的负离子对胶粒的聚沉起主要作用，并且价数越高的负离子聚沉能力越强，所以NaSO4及MgSO4 的聚成能力大于CaCl2；此外，具有相同负离子的电解质，正粒子的价数越高对正胶粒的聚沉能力越弱，所以NaSO4的聚沉能力大于MgSO4，故上述电解质聚沉能力次序为：
MgSO4＞NaSO4＞CaCl2 章后习题解答 [TOP]习题
1．汞蒸气易引起中毒，若将液态汞（1）盛入烧杯中；（2）盛于烧杯中，其上覆盖一层水；（3）散落成直径为2×10-4cm的汞滴，问哪一种引起的危害性最大 ？为什么？
解 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1.00mm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 值为0.728 N?m-1.(1N=10-2J?cm-1)。
解 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． 举例说明制备胶体的分散法和凝集法。 解 胶体的制备方法常见的有分散法和凝聚法。分散法是将颗粒大的物质分散成胶体分散系粒子大小而分散在介质中，例如，将SiO2粉末通过高速分散机分散在水中制成硅溶胶；凝聚法则是由物理凝聚或化学凝聚法，使颗粒很小的无机盐类生成胶体物质，如在0.4%的酒石酸溶液中滴加饱和H2S溶液即可制得橙红色的Sb2S3溶胶。 4．何谓表面能和表面张力？两者有何关系？
答 液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以势能形式储存在表面分子，称为表面能；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．为什么说溶胶是不稳定体系，而实际上又常能相对稳定存在？ 答 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。 6．为什么在长江、珠江等河流的入海处都有三角洲的形成？
答 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。 7．为什么溶胶会产生Tyndall效应？解释其本质原因。
答 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。
8．将0.02 mol?L-1的KCl溶液12ml和0.05 mol?L-1的AgNO3溶液100ml混和以制备AgCl溶胶，试写出此溶胶胶团式。
解 n (KCl)=0.02 mol?L-1 ×0.012L=2.4×10-4 mol n (AgNO3)=0.05 mol?L-1 ×0.100L=5.0×10-3 mol 由于AgNO3过量，AgCl溶胶的胶团式： [(AgCl)m?n Ag+?(n－x)NO3-]x+?xNO3- 9．将等体积的0.008 mol?L-1 KI 和0.01 mol?L-1 AgNO3 混合制成AgI 溶胶。现将MgSO
4、K3[Fe(CN)6] 及AlCl3等三种电解质的同浓度等体积溶液分别滴加入上述溶胶后，试写出三种电解质对溶胶聚沉能力的大小顺序。若将等体积的0.01 mol?L-1 KI和0.008 mol?L-1 AgNO3混合制成AgI溶胶，试写出三种电解质对此溶胶聚沉能力的大小顺序。
解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] 10．为制备IgA负溶胶，应向25ml 0.016mol?L-1的KI溶液中最多加入多少毫升0.005 mol?L-1的AgNO3溶液？
解 设制备AgI负溶胶，加入AgNO3溶液χ mL 25ml ×0.016 mol?L-1 >χmL ×0.005mol?L-1 解得x
11．有未知带何种电荷的溶胶A和B两种，A中只需加入少量的BaCl2或多的NaCl，就有同样的聚沉能力；B种加入少量的Na2SO4或多量的NaCl也有同样的聚沉能力，问A和B两种溶胶，原带有何种电荷？
解 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。 12．溶胶与高分子溶液具有稳定性的原因是哪些？用什么方法可以分别破坏它们的稳定性？ 答 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。
13.大分子溶液和小分子溶液有哪些相同点与不同点？ 答 相同点：
大分子溶液和小分子溶液都是均相溶液，热力学稳定系统，能通过滤纸。 不同点：
小分子溶液微粒粒径
14．蛋白质的电泳与溶液的pH值有什么关系？某蛋白质的等电点为6.5，如溶液的pH值为8.6时，该蛋白质大离子的电泳方向如何？
答 蛋白质粒子在外电场中是否发生电泳现象，取决于蛋白质的等电点和溶液的pH值，当溶液的pH值不等于某蛋白质的等电点时，蛋白质粒子就会电离而带电荷，在外加直流电场中即产生电泳现象；等电点为6.5的蛋白质在pH值为8.6的溶液中发
15．什么是凝胶？凝胶有哪些主要性质？产生胶凝作用的先决条件是什么？
答 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。 16．什么是表面活性剂？试从其结构特点说明它能降低溶剂表面张力的原因。 答 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。 17．什么是临界胶束浓度？在临界胶束浓度前后表面活性物质有什么不同表现？ 答 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。 18．乳状液有哪些类型？它们的含义是什么？ 答 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．Indicate the fundamental difference between a colloidal dispersion and a true solution.Solution The diameter of dispersed phase particles in true solution is smaller than 1nm.Usually they were consisted of low molecular and ion.It is homogeneous and has faster rate of dispersion, and can pa through the filter paper and semi-permeable membrane.The Tyndall effect is weak.On the other hand, the diameter of colloidal particles ranges from 1nm 10 to 100nm, they are consisted of colloidal particles, high molecular and micelle.Its dispersion is slow and It has obvious Tyndall effect.2．List the methods used to prepare colloidal dispersions and briefly explain how each is accomplished.Solution The preparation methods of sol are dispersion method and coagulation.The dispersion method has four means (mechanical grind, ultrasonic dispersion, electro dispersion and chemical methods).Coagulation, which is produced by various chemical reactions, makes the size of insoluble product in the ranges of the size of colloidal particles when insoluble product is dialysed.3．Explain the Tyndall effect and how it may be used to distinguish between a colloidal dispersion and a true solution.Solution The dispersion particles in true solution are smaller than 1nm.They scatter the visible light weakly.The Tyndall effect is almost cannot be observed.Otherwise the diameter of colloidal dispersion particles ranges from 1nm to 100nm.They scatter the visible light strongly and the Tyndall effect is obvious.Therefore, we can distinguish colloidal solution from true solution by means of the Tyndall effect.4．Why do particles in a specific colloid remain dispersed? Solution It keeps the particles in a specific colloid dispersed that the particles coated a solvent molecular membrane, the identically charged particles repelling each other, and the Brownian movement making them diffusing.5．Give the type of colloid ( aerosol, foam, emulsion, sol, or gel ) that each of the following represents. (a) rain cloud (b) milk of magnesia (c) soapsuds (d)siltin water Solution (a) aerosol (b) (sol) (c) foam (d) sol 6．Aluminum hydroxide forms a positively charged sol.Which of the following ionic substances should be most effective in coagulating the sol ? (a) NaCl (b) CaCl2 (c) Fe2 (SO4)3 (d) K 3PO4 Solution (d) K 3PO4
