Строение коллоидных частиц
Пример 1. Определение удельной и общей площади поверхности раздробленных частиц золя. Вычислите удельную поверхность и суммарную площадь поверхности частиц золя золота, полученного в результате дробления 0,5 г золота на частицы шарообразной формы с диаметром 7,0·10-9 м. Плотность золота ρ = 19 320 кг/м3.
Решение. Под удельной поверхностью Sуд раздробленных частиц понимают суммарную площадь поверхности всех частиц вещества, общий объём которых составляет 1,0·10-6м3. Удельная поверхность Sуд равна отношению площади поверхности раздробленных частиц S к объёму раздробленного вещества V:
Sуд=S/V
Если раздробленные частицы шарообразной формы, то Sуд=3/r,
где г - радиус шарообразной частицы.
Определяем объём, занимаемый 0,5 г золота:
Удельная поверхность раздробленных шарообразных частиц золота равна
Находим общую площадь поверхности S частиц золя золота.
S = SудV = 0,86·109·2,58·10-8 = 22,2 м2.
Пример 2. Определение заряда коллоидных частиц. Золь иодида серебра AgI получен при добавлении к 0,02 л 0,01 н. KI 0,028 л 0,005 н. AgNO3. Определите заряд частиц полученного золя и напишите формулу его мицеллы.
Решение. При смешении растворов AgNO3 и KI протекает реакция
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Определяем число грамм-эквивалентов AgNO3 и KI участвующих в реакции:
AgNO3: 0,005 ·0,028 = 1,4 · 10-4 г-экв.
KI: 0,02 · 0,01 = 2,0 · 10-4 г-экв.
Расчет показывает, что в растворе избыток KI, следовательно, ядром коллоидных частиц золя иодида серебра будут адсорбироваться ионы I- и частицы золя приобретают отрицательный заряд. Противоионами являются ионы К+. Формула мицеллы золя иодида серебра при условии избытка KI
|
|
|
{m[AgI]; nI- ; (n-x)K+}- xK+
Пример 3. Определение минимального объёма электролита, необходимого для получения золя. Каков объём 0,002 н. BaCl2 надо добавить к 0,03 л 0,0006 н. Al2(SO4)3, чтобы получить положительно заряженные частицы золя сульфата бария. Напишите формулу мицеллы золя BaSO4.
Решение. Образование золя BaSO4 происходит по реакции
ЗВаС12 + Al2(SO4)3 = ЗВаSО4 + 2А1С13
Если вещества в реакции участвуют в стехиометрическом соотношении, то для реакции необходимо
раствора BaCl2
Для получения положительных частиц золя BaSO4 в растворе должен быть избыток хлорида бария по сравнению с сульфатом алюминия. Следовательно, для реакции нужно взять более 0,009 л 0,002 н. BaCl2 Формула мицеллы золя сульфата бария
{m[BaSO4]; n Ba2+; 2 (n - х) С1-}+ 2xCl-
Задачи
1. Определите удельную поверхность и суммарную площадь поверхности частиц золя серебра, полученного при дроблении 1,2 г серебра на частицы шарообразной формы с диаметром 1,0·10-8 м. Плотность серебра 10 500 кг/м3.
2. Вычислите суммарную площадь поверхности шарообразных частиц золя ртути, с диаметром 2,5·10-8 м. Золь получен дроблением 5,2 г ртути. Плотность ртути 13 546 кг/м3.
|
|
|
3. Рассчитайте суммарную площадь поверхности частиц золя сульфида мышьяка и число частиц в 0,5 л золя, если 1 л золя содержит 2,25 г As2S3. Частицы золя имеют форму кубиков с длиной ребра 1,2·10-7 м. Плотность As2S3 равна 3506 кг/м3.
4. Аэрозоль получен распылением 0,5 кг угля в 1 м3 воздуха. Частицы аэрозоля имеют шарообразную форму, диаметр частицы 8· 10-5 м. Определите удельную поверхность и число частиц в этом аэрозоле. Плотность угля 1,8 кг/м3.
5. При пропускании избытка сероводорода в раствор соли мышьяка (III) АsСl3 получился золь сульфида мышьяка. Учитывая условия образования, напишите формулу мицеллы золя и определите знак его заряда.
6. Золь кремниевой кислоты Н2SiO3 был получен при взаимодействии растворов K2SiO3 и НСl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду.
7. Напишите формулу мицеллы золя золота (ядро коллоидной частицы m[Аu]), полученного распылением золота в растворе NaAuO2.
8. Составьте формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, полученного при глубоком гидролизе сульфата алюминия.
9. Какой объём 0,008 н. AgNO3 надо прибавить к 0,025 л 0,016н. KI, чтобы получить отрицательно заряженные частицы золя иодида серебра. Напишите формулу мицеллы.
|
|
|
10. Золь бромида серебра получен путём смешивания равных объёмов 0,008 н. КВr и 0,009 н. AgNO3. Определите знак заряда частиц золя и напишите формулу мицеллы.
11. Какой объём 0,001 М FеС13 надо прибавить к 0,03,л 0,002 н. AgNO3, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.
12. Золь гидроксида железа получен путем смешения равных объемов 0,002 н. NaOH и 0,0003 н. Fe2(SO4)3. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.
13. Какой объём 0,001 М AsCl3 надо добавить к 0,02 л 0,003 М H2S, чтобы не произошло образования золя сульфида мышьяка, а выпал осадок As2S3?
14. Какой объём 0,0025 М KI надо добавить к 0,035 л 0,003 н. Рb(NО3)2, чтобы получить золь иодида свинца и при электрофорезе противоионы двигались бы к аноду. Напишите формулу мицеллы золя.
15. Какой объём 0,005 н. AgNO3 надо прибавить к 0,03 л 0,02н. NaCl, чтобы получить положительно заряженные частицы золя хлорида серебра. Напишите формулу мицеллы.
16. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов 0, 002 н. Na2S и 0, 0006 н. Сd(NО3)2. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.
17. Золь гидроксида алюминия получен путем смешения равных объёмов 0,004 н. NaOH и 0,0006 н. Al2(SO4)3. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.
|
|
|
18. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Сu(NО3)2. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.
19. Какой объём 0,0025 М K2S надо добавить к 0,035 л 0,003 н. ZnSO4, чтобы получить золь сульфида цинка и при электрофорезе противоионы двигались бы к катоду. Напишите формулу мицеллы золя.
20. Золь гидроксида магния получен путем смешения равных объёмов 0,001 н. NaOH и 0,003 н. MgCl2. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы.
Коагуляция золей. Порог коагуляции электролитов
Пример 1. Вычисление порога коагуляции электролита с учётом его концентрации. В каждую из трех колб налито по 0,01 л золя хлорида серебра. Для коагуляции золя в первую колбу добавлено 0,002 л 1 н. NаNО3 во вторую — 0,012 л 0,01 н. Са(NО3)2, а в третью — 0,007л 0,001 н. А1(NО3)3. Вычислите пороги коагуляции электролитов и определите знак заряда частиц золя.
Решение. Минимальное количество электролита, прибавляемого к золю, которое может вызвать коагуляцию золя, называется порогом коагуляции с. Порог коагуляции принято выражать в миллимолях (ммоль) или миллиграмм-эквивалентах (мг-экв) электролита на 1 л золя.
Порог коагуляции можно вычислить по формуле
где N — концентрация электролита, г-экв/л; Vэл — объем электролита, л; Vз - объем золя, л.
Вычисляем пороги коагуляции добавляемыхэлектролитов;
Добавляемые электролиты — NaNO3, Са(NО3)2 и Al(NO3)3 — содержат анион NO3- и катионы Na+, Ca2+, Al3+ разной зарядности. Наименьший порог коагуляции у А1(NО3)3, следовательно, частицы золя хлорида серебра заряжены отрицательно.
Пример 2. Вычисление порога коагуляции электролита с учетом заряда иона-коагулятора. Порог коагуляции раствора КNО3 для золя гидроксида алюминия, частицы которого заряжены положительно, равен 60,0 ммоль/л. Рассчитайте порог коагуляции К3[Fе(СN)6] для этого золя.
Решение. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом: чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа 729: 11: 1. Следовательно, порог коагуляции К3(Fе(СN)6] будет в 729 раз меньше, чем у КNО3, т. е. Скз[Fе(СN)6] = 60/729 = 0,082 ммоль/л.
Задачи
21. Пороги коагуляции золя электролитами оказались равными (мг-экв/л): CNaNOз = 250,0, CMg(NOз)2= 20,0, CFe(NOз)з = 0,5. Какие ионы электролитов являются коагулирующими? Как заряжены частицы золя?
22. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,003 л 0,1 н. Na2SO4 вызывает коагуляцию 0,015 л золя.
23. Как расположатся пороги коагуляции в ряду CrCl3, Ва(NО3)2, K2SO4 для золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?
24. Какой объём 0,0002М Fе(NО3)3 требуется для коагуляции 0,025 л золя сульфида мышьяка, если порог коагуляции СFе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?
25. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида железа. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,01 л 1 н. NH4C1, в другую - 0,063 л 0,01 н. Na2SO4, в третью - 0,037 л 0,001 н. Nа3РO4. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.
26. Золь гидроксида меди получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Сu(NО3)2. Какой из прибавленных электролитов: КВг, Ва(NО3)2, К2СгO4, MgSO4, А1С13 — имеет наименьший порог коагуляции?
27. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na2S и Сd(NО3)2. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO3)2) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl2) = 290, C(Na3PO4) = 0,4; C(Na2SO4) = 15, C(AlCl3)=300. Какой из электролитов: Na2S или Сd(NО3)2- взят в избытке для приготовления золя?
28. Коагуляция золя иодида серебра, частицы которого заряжены отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО3 для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычислите порог коагуляции Ва(NО3)2 и А1(NO3)3 для этого золя.
29. Как изменится порог коагуляции электролита для золя бромида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1 л золя вместо 0,0015 л 0,1 н. К2SО4 взят раствор Fе(NO3)3?
30. Для коагуляции 0,05 л золя сульфида мышьяка можно добавить один из следующих растворов электролитов: 0,005 л 2 н. NaCl; 0,005 л 0,03 н. Na2SO4; 0,004 л 0,0005 н. Na4[Fe(CN)6]. У какого из приведённых электролитов наименьший порог коагуляции?
31. Порог коагуляции АlСl3 для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С13, чтобы 0,0008 л его хватило для коагуляции 0,125 л золя?
32. Вычислите порог коагуляции раствора сульфата натрия, если добавление 0,006 л 0,2 н. Na2SO4 вызывает коагуляцию 0,015 л золя.
33. Какой объем 0,0004М Fе(NО3)3 требуется для коагуляции 0,025 л золя гидроксида меди, если порог коагуляции СFе(NОз)з, = 0,067 мг-экв/л?
34. В три колбы налито по 0,1 л золя гидроксида алюминия. Для того чтобы вызвать коагуляцию золя, потребовалось добавить в первую колбу 0,02 л 2 н. NH4C1, в другую - 0,032 л 0,005 н. Na2SO4, в третью - 0,064 л 0,002 н. Nа3РO4. Вычислите порог коагуляции каждого электролита и определите знак заряда частиц золя.
35. Золь гидроксида никеля получен при сливании 0,1 л 0,05 н. NaOH и 0,25 л 0,001 н. Ni(NО3)2. Какой из прибавленных электролитов: NaВг, Ва(NО3)2, К2СгO4, MgSO4, А1С13 — имеет наименьший порог коагуляции?
36. Золь сульфида свинца получен смешиванием равных объёмов растворов Na2S и Pb(NО3)2. Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (мг-экв/л); С(Cа(NO3)2) = 265; C(NaCl) = 250, C(MgCl2) = 290, C(Na3PO4) = 0,4; C(Na2SO4) = 15, C(AlCl3)=300. Какой из электролитов: Na2S или Pb(NО3)2- взят в избытке для приготовления золя?
37. Коагуляция золя хлорида серебра, частицы которого заряжены отрицательно, вызывается катионами добавляемых электролитов. Порог коагуляции LiNО3 для этого золя равен 165 ммоль/л. Вычислите порог коагуляции Ва(NО3)2 и А1(NO3)3 для этого золя.
38. Как изменится порог коагуляции электролита для золя йодида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 1 л золя вместо 0,015 л 0,1 н. К2SО4 взят раствор Fе(NO3)3?
39. Для коагуляции 0,01 л золя сульфида мышьяка можно добавить один из следующих растворов электролитов: 0,001 л 2 н. NaCl; 0,001 л 0,03 н. Na2SO4; 0,0008 л 0,0005 н. Na4[Fe(CN)6]. У какого из приведённых электролитов наименьший порог коагуляции?
40. Порог коагуляции АlСl3 для золя оксида мышьяка равен 0,093 мг-экв/л. Какой концентрации нужно взять раствор А1С13, чтобы 0,004 л его хватило для коагуляции 0,53 л золя?
Список литературы
1. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: Учеб. пособие/ Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин и др. – М.: Высшая школа, 2003. (б-ка АИСИ)
2. М.Г. Журба. Очистка и кондиционирование природных вод. Москва- Вологда, 2001. (б-ка АИСИ)
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. Для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. (б-ка АИСИ)
4. Романцева Л. М., Лещинская З. Л., Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии: Учебное пособие. - М.: Высш. школа, 1980.
5. Беляева И.И. и др. Задачи и упражнения по общей и неорганической химии. - М.: Просвещение, 1989.
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 69; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!