《表面與膠體化學》電子教案大連交通大學

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1、 教 案 2010-2011學年 第1學期 教 學 單 位 環(huán)境與化學工程學院應用化學教研室 課 程 名 稱 0050107012 課 程 編 號 表面與膠體化學 學 時 32 學 分 2 適 用 專 業(yè) 應用化學 年 級 四 授 課 教 師 車如心 職 稱

2、 教授 職 務 副院長 大連交通大學教務處制 課 程 教 學 實 施 計 劃 授課教師 車如心 輔導教師（助教） 實驗（實踐）教學指導教師 車如心 學 時 計 劃 總 學 時 理論學時 多媒體教學學時 習題課 實驗學時 32 32 使 用教 材 名 稱 出 版 社 出版時間 獲獎情況 《表面與膠體化學》 校內使用教材 2008年 參 考 書 目 《界面與膠體的物理化學》李葵英編著 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1999年 《膠體與界面化學》陳宗淇編著 高等教育出版

3、社 2001年 《物理化學》(第五版) 傅獻彩主編 高等教育出版社 2005年 國家獎 《應用膠體化學》侯萬國編著 科學出版社 1998年 教 學 要 求 通過本課程的學習，使學生 1．掌握表面與膠體化學的基本概念、 2．掌握表面與膠體化學的基本性質與表面現象， 3．理解表面與膠體化學的一些基本理論和應用， 4．了解凝膠、乳狀液兩種典型膠體類型的制備、性質及應用， 5．了解表面活性劑及常用吸附劑的概念、性質及應用。 通過本學科理論的建立和發(fā)展的介紹，培養(yǎng)學生的辨證唯物主義世界觀和良好的科學素養(yǎng)。 教 學 創(chuàng) 新 與

4、 更 新 相比于基礎課，教學方法和教學手段有了很大的更新。在教學方法方面，從簡單的填鴨式教學轉變?yōu)閱l(fā)式教學，強調理論教學和組織學生參加創(chuàng)新實踐活動相結合及課內教學與課外自學相結合，使理科學生在學習知識的基礎上培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高科學素質。教學手段采用多媒體與黑板相結合。 在學生掌握表面與膠體化學的基本概念、模型及計算方法，了解不同類型的膠體體系的基本性質與應用，了解近代表面與膠體科學的成就和發(fā)展的同時，還應得到一般科學方法的訓練和邏輯思維能力的培養(yǎng)，這種訓練和培養(yǎng)貫穿在課程教學的整個過程中，使學生體會和掌握怎樣由實驗結果出發(fā)進行歸納和演繹，或由假設和模型上升為理論，并結合具體條件應用理

5、論解決實際問題的方法。 考核方式 閉卷筆試 成績計算方法 考試卷面成績占80% 平時成績占20% 授 課 章 目 錄 學時分配 教學方法與手段 進度計劃 （周次） 一 4 多媒體教學 5 二 3 多媒體教學 6 三 1 多媒體教學 6 四 12 多媒體教學 7、8、9 五 2 多媒體教學 10 七 2 多媒體教學 10 八 2 多媒體教學 11 習題課 2 第1 – 3章習題課 11 習題課 2 第4章習題課 12 機動 2 輔導、答疑或習題課 12

6、 各 章 教 學 實 施 計 劃 授課章名稱 第一章 界面現象 課時安排 8 授課時間 1-8周每周周三3、4節(jié) 教學目的、要求（分了解、理解、掌握 三個層次要求）： 掌握表面吉布斯自由能、表面張力等表面現象的概念，理解表面現象的本質。掌握彎曲表面的性質，學會使用1、Young-Laplace 公式2、Kelvin 公式3、吉布斯方程4、潤濕方程，并能用四個公式解釋生產中的表面現象。理解

7、吸附本質，了解吸附等溫線的主要類型，能解釋簡單的表面反應動力學。 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 基本內容： 1.1、表面張力及表面Gibbs自由能 1、表面 2、表面張力 人類對原子結構的認識過程 1.2、彎曲表面的表面現象（以氣-液界面現象為主） 1、Young-Laplace 公式 2、Kelvin 公式 1.3、新相生成與介安狀態(tài) 1.4、液-固界面現象 1、潤濕的基本類型 2、接觸角(潤濕角) 1.5、吸附作用 1、溶液表面的吸附（氣-液相表面現象）-----吉布斯方程 2、固體表面的吸附（氣-固相

8、表面現象）-----吸附等溫式 重點 重點掌握四個表面現象公式計算及解釋表面現象。 難點 理解表面吉布斯自由能、表面張力等概念及固體表面的吸附。 討論、思考題、作業(yè)： 1．表面吉布斯自由能、比表面吉布斯自由能、表面張力三者的概念、單位是否相同，如何表示? 2．固體表面有過剩的吉布斯自由能嗎?它與液體有何不同? 3．氣泡、液滴都呈球形，玻璃管口在高溫加熱后會變得光滑，這些現象的本質是什么? 4．試解釋：①人工降雨；②有機蒸餾中加沸石；③毛細管凝聚(下雨前地基潮濕——所謂基 濕而雨)；④過飽和溶液、過飽和蒸氣、過冷現象；⑤重量法分析中的陳化作用等。 5．吉布斯自由能越低

9、，則體系越穩(wěn)定，所以物體總有降低本身吉布斯自由能趨勢。試說明 純液體、溶液、固體是如何降低自己的表面吉布斯自由能的。 6．為什么氣體在固體表面上的吸附總是放熱的? 參考書目（含參考書、文獻等）具體內容： 《物理化學》(第五版) 傅獻彩主編 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 1 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音

10、像□ 其它□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第一章 界面現象 主要內容 1.1、表面張力及表面Gibbs自由能 1、表面 2、表面張力 人類對原子結構的認識過程 1.2、彎曲表面的表面現象（以氣-液界面現象為主） 1、Young-Laplace 公式 1.1、表面張力及表面Gibbs自由能 一．表面吉布斯自由能和表面張力 難點 1．通過多媒體圖片介紹各種表面。 2．表面吉布斯自由能：重點講解表面層分子的狀況與本體中不同，表面現象本質，引出表面吉布斯自由能。 3．表面張力：通過實驗介紹表面張力及

11、方向。 二．界面張力與溫度、壓力的關系 1．溫度升高是，通?？偸鞘菇缑鎻埩ο陆担?，這可從熱力學的基本公式中看出。 約特弗斯曾提出溫度與表面張力的關系式為 2．界面張力與壓力的關系比較復雜。 1.2、彎曲表面的表面現象（以氣-液界面現象為主） 重點 一．彎曲表面下的壓力 1．通過多媒體圖片介紹各種情況下的附加壓力，并總結規(guī)律。 2．楊－拉普拉斯公式（Young-Laplace equation）： 是研究彎曲表面上附加壓力的基本公式。若是球面，，則變?yōu)?，若為平面，則和，。 3．利用熱力學進行推導 4．楊－拉普拉斯公式的物理意義：

12、 顯然附加壓力的大小與曲率半徑有關。毛細管內充滿液體，管端有半徑為R’的球狀液滴與之平衡，外壓為p0，附加壓力為ps，液滴所受總壓為p＝p0 ＋ps 。 （1）液滴愈小則所受到的附加壓力愈大。（2）如果液滴呈凹形，則R’為負值，附加壓力（ps）為負值，即凹面下液體所受到的壓力比平面下要小。當把毛細管插入汞中時，管內汞面呈凸形。 如液體能潤濕毛細管，液面呈彎月凹面。如果液體不能潤濕毛細管，則液面下降呈凸面。 5、．楊－拉普拉斯公式應用 可續(xù)頁

13、 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 2 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授 √ 討論√□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 界面現象 主要內容 1.2、彎曲表面的表面現象（以氣-液界面現象為主） 2、Kelvin 公式 1.3、新相生成與介安狀態(tài) 二．彎曲表面上的蒸氣壓 重點 1．

14、開爾文（Kelvin）公式：． 考慮在一定溫度T時，設某液體與其飽和蒸氣呈平衡 液體（T，p1） ， 飽和蒸氣（T，pg） 稱為開爾文（Kelvin）公式。 2．開爾文（Kelvin）公式物理意義： 從該式得知對于液滴（凸面，R’>0）其半徑愈小，蒸氣壓反而愈大，而對于蒸氣泡（凹面，R’<0），其半徑愈小，液體在泡內的蒸氣壓也愈低，廣義地說，在物系中每產生一個新相總是困難的。 3．開爾文（Kelvin）公式應用。 1.3、新相生成與介安狀態(tài)（亞穩(wěn)狀態(tài)） 一、新相生成 在一個穩(wěn)定相中要生成另一個新相是很不容易的，這就叫做新相難成。如過飽和蒸氣、

15、過冷液體、過飽和溶液、過熱液體等現象。 這些現象都可以用開爾文公式來解釋。因為開始形成的新相一定很小，由于曲率半徑小，曲面上所受的附加壓力就大。那小顆粒的溶解度、蒸氣壓一定比大粒子高，而小蒸氣泡的蒸氣壓又比大氣泡小，因而會形成過飽和溶液、過飽和蒸氣、過冷液體和過熱液體等。這些都是新相難成的具體表現形式。 二、常見的亞穩(wěn)狀態(tài) 利用表面化學知識與學生一起討論和定性、定量地解釋過飽和蒸氣、過冷液體、過飽和溶液、過熱液體。 可續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 3 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課 √ 討論課□ 實驗

16、課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授 √ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 界面現象 主要內容 1.4、液-固界面現象 1、潤濕的基本類型 2、接觸角(潤濕角) 1.4、液-固界面現象 當液體與固體接觸時，隨著液體和固體自身表面性質及液－固界面性質的不同，液體對固體的潤濕情況也不同，有的液體滴到固體上形成小圓珠，（如將水銀滴在桌面上），有的液體卻能在固體上輔成一層薄膜，（如將水滴在潔凈的玻璃板上）

17、。 本節(jié)將簡要介紹液體對固體的幾種潤濕情況以及接觸角與潤濕的關系。 潤濕的基本類型：沾附潤濕、浸漬潤濕、鋪展?jié)櫇? 一．粘附功、浸濕功和鋪展系數 1．內聚功Wc（work of cohesion）： 對于兩個同樣的液面轉變?yōu)橐粋€液柱的過程，吉布斯自由能變化為 Wc稱為內聚功（work of cohesion），是液體本身結合牢固程度的一種量度。 2．浸濕功 在恒溫恒壓可逆情況下，將具有單位表面積的固體浸入液體中氣－固界面轉變?yōu)橐海探缑妫ㄔ谶^程中液體的界面沒有變化），該過程的吉布斯自由能的變化值為 稱為浸濕功，它是液體在固體表面上取代氣體能力的一種量度，

18、有時也被用來表示對抗液體表面收縮而產生的浸濕能力，故又稱為粘附張力。≥0是液體浸濕固體的條件。 3．鋪展系數S：當S≥0時，液體可以在固體表面自動鋪展。 二．接觸角與潤濕作用 重點 1．接觸角： 設液體在固體表面上形成液滴，達平衡時，在氣、液、固三相交界處，氣－液界面和固－液界面之間的夾角稱為接觸角，用θ表示，它實際濕液體表面張力γg-1和液－固界面張力γ1-s間的夾角。 2．楊氏公式： 接觸角的大小是由在氣、液、固三相交界處，三種界面張力的相對大小所決定的，從接觸角的數值可看出液體對固體潤濕的程度。 可得如下結論： （1）如果，則，，這是完全潤濕的

19、情況，在毛細管中上升的液面呈凹型半球狀就屬于這一類。 （2）如果，則，固體能為液體所潤濕。 （3）如果，則，固體不為液體所潤濕，如水銀滴在玻璃上。 3．潤濕的應用 續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 4 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課 √ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授 √ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□

20、掛圖□ 音像□ 其它√ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 界面現象 主要內容 1.5、吸附作用 1、溶液表面的吸附（氣-液相表面現象）-----吉布斯方程 2、固體表面的吸附（氣-固相表面現象）-----吸附等溫式 一、溶液表面的吸附（氣-液相表面現象）-----吉布斯方程 重點 1．吸附作用的概念及原理 若所加入的溶質能降低表面張力時，則溶質力圖濃集在表面層上以降低體系的表面能；反之當溶質使表面張力升高時，則它在表面層中的濃度比在內部的濃度來得低。但是，與此同時由于濃差而引起的擴散，則趨向于使溶液中各部分的濃度均一，在這兩種相反過程達到平衡之后，

21、溶液表面層的組成與本體溶液的組成不同，這種現象通常稱為在表面層發(fā)生了吸附作用。 平衡后，對于表面活性物質來說，它在表面層中所占的比例要大于它在本體溶液中所占的比例，即發(fā)生正吸附作用；而非表面活性物質在表面層所占比例比本體中的小，即發(fā)生負吸附作用。 2．吉布斯吸附公式 為溶質的表面超額（surface excess，或稱為表面超量）。 3．吉布斯公式得到如下結論： ⑴ 若，即增加溶質活度使溶液的表面張力降低者，為正值，是正吸附。此時表面層中溶質所占的比例比本體溶液大。表面活性物質就是屬于這種情況。 ⑵ 若，即增加溶質活度會使溶液的表面張力升高者，為負值，是負吸附。

22、此時表面層中溶質所占的比例比本體溶液要小。非表面活性物質就是屬于這種情況。 利用吉布斯公式可以討論關于表面活性物質分子在兩相界面上定向排列的問題。 二、固體表面的吸附 1．固體表面的吸附： 處在固體表面的原子，由于周圍原子對它的作用力不對稱，即原子所受的力不飽和，因而有剩余力場，可以吸附氣體或液體分子。 2．吸附等溫線 當氣體在固體表面被吸附濕，固體叫吸附劑（adsorbent），被吸附的氣體叫做吸附劑。吸附量q通常是用單位質量的吸附劑所吸附氣體的體積V（一般換算成標準狀況（STP）下的體積）或物質的量n表示，如 或 3．吸附現象的本質——化學吸

23、附和物理吸附 化學吸附與物理吸附的比較 物 理 吸 附 化 學 吸 附 吸附力 范德華力 化學鍵力 吸附熱 較小，近于液化熱，一般在幾百到幾千焦耳每摩爾 較大，近于化學反應熱，一般大于幾萬焦耳每摩爾 選擇性 無選擇性 有選擇性 吸附穩(wěn)定性 不穩(wěn)定，易解吸 比較穩(wěn)定，不易解吸 分子層 單分子層或多分子層 單分子層 吸附速率 較快，不受溫度影響，故一般不需要活化能 較慢，溫度升高則速度加快，故需活化能 續(xù)頁 各 章 教 學 實

24、施 計 劃 授課章名稱 第二章 表面化學在生產中的應用 課時安排 10 授課時間 8-16周 教學目的、要求（分了解、理解、掌握 三個層次要求）： 掌握表面活性劑結構、分類、物理化學性質，了解典型表面活性劑應用。 掌握吸附劑分類、物理化學性質，了解典型吸附劑應用，如活性炭、分子篩、硅膠、活性鋁、聚合物吸附劑和生物吸附劑等等。 了解氣-固相表面多相催化反應，理解其動力學機理。 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 基本內容 1、表面活性劑及其作用 2、吸附劑 3、氣-固相表面多相催化反應 重點：表面活性劑、吸附劑

25、 難點：催化反應中的表面化學 討論、思考題、作業(yè)： 1． 總結表面活性劑結構與應用間的關系及 2． 總結生產中常用十種吸附劑 3． 設計一個催化反應實驗 參考書目（含參考書、文獻等）具體內容： 荊忠勝.表面活性劑概論.2001 石油化工科學研究院起草.催化劑、吸附劑表面積測定法.2006 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 5、6 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課 討論課√□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授 √ 討論√□ 示教□ 指導□ 其

26、它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第二章 表面化學在生產中的應用 一、表面活性劑及其作用 1．表面活性劑 某些物質當它們以低濃度存在于其一體系中時，可被吸附在該體系的表面（界面）上，使這些表面的表面自由能發(fā)生明顯降低的現象，這些物質被稱為表面活性劑。 表面活性劑分子是由具有親水性的極性基團和具有憎水性的非極性基團所組成的有機化合物。 2．表面活性劑的結構對其效率及有效值的影響 表面活性劑的效率：是指使水的表面張力明顯降低所需要的表面活性劑濃度。 表

27、面活性劑的有效值：則是該表面活性劑能夠把水的表面張力可能降低到的最小值。 表面張力隨表面活性劑濃度的增加而急驟下降，以后逐漸平緩。 3．表面活性劑的分類 4．根據表面活性劑的分類，介紹各類表面活性劑的結構特點及應用 5、表面活性劑的幾種重要作用 潤濕作用 起泡作用 增溶作用 乳化作用 洗滌作用 在微粉制備及復雜形態(tài)無機材料合成中的應用 6、高分子表面活性劑的分類及實例 7、膠束結構 憎水基被推出水面，伸向空氣，親水基留在水中，結果表面活性劑分子在界面上定向排列，形成單分子表面膜。 分散在水中的表面活性劑分子以其非極性部位自相結合，

28、形成憎水基向里、親水基朝外的多分子聚集體，稱為締合膠體或膠束。 表面活性劑分子開始形成締合膠體的最低濃度稱作臨界膠束濃度(CMC) 各種締合膠束的形狀 球狀 層狀 棒狀 8、表面活性劑的HLB值 HLB值= 親水基質量 親水基質量+憎水基質量 ×100/5 石蠟無親水基，所以 HLB=0；聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20；其余非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間 續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 7、8 課 教學過程設計（復習、授新課、討

29、論、其它） 授課類型（請打√）：理論課□ 討論課√□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論√□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第二章 表面化學在生產中的應用 二、吸附劑 1、吸附劑分類、特點 2、常用吸附劑的結構、性能和改性 硅膠：硅膠的制備方法、硅膠的物理結構和吸附性能、硅膠的表面結構和性能 活性氯化鋁：氫氧化鋁氧化鋁的孔結構氧化鋁的表面性質和吸附性能活性氧化鋁

30、的質量指標 活性炭：活性炭的種類、活性炭的制備方法和制炭理論、孔結構、活性炭的吸附行為 吸附樹脂：吸附樹脂的制備原理、影響樹脂吸附的因素 粘土：粘土的晶體結構、黏土的某些物理化學性能、具有吸附作用的粘土 硅藻土：硅藻土的種類和化學組成、硅藻土的孔結構、硅藻土的熱穩(wěn)定性 分子篩：分子篩的種類和化學組成、分子篩的結構特點、分子篩的吸附性能、分子篩在其他方面的應用 可續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 9 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√□ 討論課□ 實驗課□ 習

31、題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第二章 表面化學在生產中的應用 三、氣-固相表面多相催化反應 1．化學吸附與催化反應 吸附是氣－固相多相催化反應的必經階段。 對于氣－固相催化反應來說，固體表面是反應的場所，比表面的大小直接影響反應的速率，多采用比表面大的海綿狀或多孔性的催化劑。 化學吸附的強弱與催化劑的催化活性有密切的關系?？梢跃蛶追N金屬對合成氨反

32、應速率的影響來進行比較。一個催化劑的活性與反應物在催化劑表面上的化學吸附強度有關。只有在化學吸附具有適當的強度時，其催化活性才最大。一個催化反應得以進行的首要條件是化學吸附。 2．氣－固相表面催化反應速率 氣－固多相體系的動力學要比均相體系復雜得多。這主要是因為： （1）多相催化反應是在固體催化劑表面上實現的多步驟過程。一般說來，可有下列五步： （?。┓磻鍙臍怏w本體，擴散到固體催化劑表面。 （ⅱ）反應物被催化劑表面所吸附。 （ⅲ）反應物在催化劑表面上進行化學反應。 （ⅳ）生成物從催化劑表面脫附。 （ⅴ）生成物從催化劑表面擴散到氣體本體中。 這五個基元步驟

33、有物理變化也有化學變化，其中（ⅰ）、（ⅴ）是物理擴散過程，（ⅱ）、（ⅳ）是吸附和脫附過程，（ⅲ）是表面化學反應過程。每一步都有它們各自的歷程和動力學規(guī)律。所以研究一個多相催化過程的動力學，既涉及到固體表面的反應動力學問題，也涉及到吸附和擴散動力學的問題。 （2）吸附、表面反應、解吸這三個步驟是在表面上實現的，因而它們的速率就與表面上被吸附物的濃度有關。 （3）反應涉及到固體催化劑的表面，但是目前我們對于固體催化劑的表面結構和性質知道得仍不夠充分。 可續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 10 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其

34、它） 授課類型（請打√）：理論課□ 討論課□ 實驗課□ 習題課√□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授□ 討論√□ 示教□ 指導√□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體√□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 習題課 1．在293 K時，把半徑為1×10-3m的水滴分散成半徑為1×10-6m的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?環(huán)境至少需做功多少?已知293 K時σ(H2O)＝72.75 mN·m-1。 （答案：9.15×10-4 J） 解：

35、N=(4Π/3)/(4Π/3)= / 小顆粒的面積為： N×4Π=4Π/r2 大顆粒的面積為： 4Π 面積增加倍速為：(4Π/r2)/4Π=r1/r2=103 ΔGs’=4Π(/r2-)·σ =4×Π×[(1×10-3)3/10-6-(1×10-3)2]×72.8×10-3=9.14×10-4J 2．在298 K時，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的飽和溶液的濃度為5.9×10-3mol·L-1，計算直徑為1×10-8m的NB微球在水中的溶解度。已知298 K時NB／水的表面張力為25.7 mN·m-1，NB的密度為1 566 kg·m-3。 （答案：1.567×1

36、0-3 mol·dm-3） 解：根據開爾文公式 ：lnC/Co=2σM/ρRT·1/r 將數值代入，得： lnC/Co=2×25.7×10-3×168/（1566×8.214×298）=0.2226 ∴ C=7.37×10-3 mol·dm-3 3．373 K時，水的表面張力為58.9 mN·m-1，密度為958.4 kg·m-3，在373 K時直徑為 1×10-7m的氣泡內的水蒸氣壓為多少?在101.325 kPa外壓下，能否從373 K的水中蒸發(fā)出直徑為1×10-7m的氣泡? （答案：99.91kPa） 解： 氣泡為凹面，r=0.5×10-7m lnPr

37、/Ps =2×58.9×10-3×18×10-3/[958.4×8.314×373×(-5×10-3)]= -0.0143 Pr=99.89KPa 因Pr

38、s=2σM/ρRTr 即 ln4=2×72.75×10-3×18×10-3/(997×8.314×293r) ∴ r=7.8×10-10m (2)雨滴的體積 V=4Π(7.8×10-10)3/3=1.99×10-27m3 雨滴中的水分子數為： N=VρL/M=1.99×10-27×997×8.02×1023/18×10-3=66（個） 5．已知293 K時，σ(H２O)＝72.75 mN·m-1，σ（汞-H2O）＝37.5 mN·m-1，σ（汞）= 483 mN·m-1。試判斷水能否在汞表面上鋪展開來? 解：cosθ=[σ(汞)-σ(汞-水)]/σ(水) ＝483×1

39、0-3-375×10-3）/72.75×10-3=1.48 說明水能在汞表面上展開。 6．在298 K、101.325 kPa下，將直徑1 μｍ的毛細管插入水中，在管內需加多大壓強才能防止水面上升?若不加額外壓強，則管內液面能升多高?已知該溫度下σ(H2O)＝72.0×10-3 N·m-1，ρ(H2O) ＝1 000 kg·m-3，接觸角θ＝0，重力加速度ｇ＝9.8 m·s-2。 （答案：pS =288kPa，h=29.38m） 解：　　Ps－2σ/r=2×72×10-3/5×10-7=288×103Pa mg=2Πrσ 而m=Πr2·h·ρ 2σ/r=ghρ=288×1

40、03Pa ∴h=288×10-3/(1000×9.0)=29.39m 7．氧化鋁陶瓷上需要涂銀，當加熱到1273 K時，液體銀能否潤濕陶瓷表面? 已知該溫度下 σ(Al2O3)＝1.0 N·ｍ-1，液態(tài)銀σ(Ag)＝0.88 N·m-1，σ(Al2O3-Ag)＝1.77 N·m-1。 （答案：150°，不能潤濕） 解：cosθ=(σAl2O3-g－σAl2O3-Ag)/ σAg-g=(1.0-1.77)/0.88=-0.875 ∴θ=151o 不能潤濕 8．1 g活性炭吸附CO2氣體，在303 K吸附平衡壓強為79.99 kPa，在273 K時吸附平衡壓強為23.0

41、6 kPa，求1 g活性炭吸附0.04 L標準狀態(tài)的CO2氣體的吸附熱(設吸附熱為常數)。 （答案：–50.92J） 解：把吸附當相平衡看待，應用克－克公式ln(79.99/23.06)=(ΛH吸/R)·(1/303-1/273) ∴ΔH吸 =-28513 J·mol-1 吸附0.04mol的吸附熱=ΔH吸×0.04/22.4= -51J 各 章 教 學 實 施 計 劃 授課章名稱 第三章 膠體 課時安排 3 授課時間 第6周 教學目的、要求（分了解、理解、掌握 三個層次要求）： 掌握膠體化學的基本概

42、念，理解膠體的基本性質，了解膠體化學理論和概念的新發(fā)展。掌握膠體化學新的重要應用領域，注重理論聯系實際，特別是聯系膠體化學在功能性納米材料方面的開發(fā)研究中的應用，掌握應用膠體化學基本原理解決實際問題時的思路和方法。 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 基本內容： 3.1膠體概述 3.2膠體的制備和凈化 3.3膠體的性質 3.4凝 膠 3.5高分子溶液 3.6乳狀液 重點：膠體的性質 難點：高分子溶液 討論、思考題、作業(yè)： 1．用As２O３與略過量的H２S反應制成As２S３膠體，試寫出膠體的結構式。 2．為什么膠體會產生布朗運動?真溶液的分子有無布朗運

43、動和熱運動? 3．布朗運動的結果使膠體具有動力學穩(wěn)定性，但布朗運動也有可能使膠體碰撞而聚沉，這 種分析矛盾嗎? 4．丁鐸爾效應是如何引起的?粒子大小在什么范圍內才能觀察到丁鐸爾效應?夕陽西下前看 到太陽是紅黃色的，而落下后的天空又是藍色的，為什么? 5．江河入海處，常形成三角洲，風平浪靜的大海清澈見底不像河水混濁，能解釋嗎? 6．熱力學電勢、電極電勢和ζ電勢有何區(qū)別和聯系?電解質的加入對它們有什么影響? 參考書目（含參考書、文獻等）具體內容： 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 11 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理

44、論課√□ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第三章 膠體 3.1膠體概述 3.2膠體的制備和凈化 3.3膠體的性質 3.1膠體概述 一、 分散系的性質 按分散相的分散程度分類（分散介質為連續(xù)相） 分散相的半徑r/m 分散體系類型 r<10-9 分子（離子）溶液、混合氣體 10-910-7

45、粗分散體系如乳濁液、懸濁液 二、膠體分類 分散劑 分散質 名稱 實例 氣體 L S 氣-液溶膠 霧，云 氣-固溶膠 煙，含塵的空氣 液體 G L S 液-氣溶膠 泡沫 液-液溶膠 乳狀液,牛奶，石油 液-固溶膠 凝膠，懸浮液,黃油 固體 G L S 固-氣溶膠 泡沫塑料，沸石，分子篩 固-液溶膠 凝膠，珍珠，某些寶石 固-固溶膠 乳狀液,豆腐,有色玻璃，合金 三、膠體基本特征 1、分散性 溶膠中粒子的大小約為 10-

46、9-10-7m之間，其許多特性，如擴散作用快，不能透過半透膜，滲透壓低，動力穩(wěn)定性強，乳光亮度高等，都與其特有的分散程度密切相關。 2、多相，膠團結構復雜性 3、聚結不穩(wěn)定性 多相和高度分散導致熱力學不穩(wěn)定性，膠體粒子有聚結而降低表面積和表面能的趨勢。即具有聚結不穩(wěn)定性。 4、聚結穩(wěn)定性 膠體分散相粒子表面也象真溶液中會形成溶劑而具有分散介質的性質。這種膜對分散相粒子起保護作用，使粒子在相互碰撞時不會結合在一起。膠體粒子能夠保持單個獨立狀態(tài)而不相互結合的這種穩(wěn)定性，即聚結穩(wěn)定性。 5、動力穩(wěn)定性（具有動力穩(wěn)定性說明膠體粒子非常活躍） 四、膠團的結構 3.2膠體的

47、制備和凈化 一、溶膠的制備 通常制備方法大致分兩類：分散法、凝聚法。 ?1、分散法----即使大塊物質在有穩(wěn)定劑存在時分散成膠體粒子的大小。 （1）研磨法 （2）膠溶法 （3）超聲波分解法 （4）電弧法膠體的凈化 1、 滲析 2、 超過濾 可續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 12 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√□ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□

48、 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 3.3膠體的性質 通過多媒體布朗運動、丁達爾現象、電泳和電滲等實驗講授下面膠體的性質，使學生在了解膠體的一些重要性質和應用的基礎上，認識到物質的性質不僅與物質的結構有關，而且與物質的存在狀態(tài)有關。 . 一、膠體的運動性質 1、擴散 2、布朗運動 3、沉降 二、膠體的光學性質光散射 1、溶膠的電學性質和膠團結構 2、電動現象及其應用 3、質點表面電荷的來源 4、膠團結構 三、膠體穩(wěn)定性 1、溶膠的穩(wěn)定性與DLV0理論 2、溶膠的聚沉 3、高聚物穩(wěn)定膠體體系的理論

49、 四、流變性質 1、基本概念和術語 2、稀膠體溶液的強度 3、濃分散體系的流變性質 五、膠體粒子的大小與形貌 1、電子顯微鏡的種類和原理 2、膠粒的形狀 六、膠粒的擴散雙電層理論 七、溶膠的聚沉 膠粒帶電的一般規(guī)律 ： A. 帶正電的膠粒：金屬氧化物、金屬氫氧化物 B. 帶負電的膠粒：金屬硫化物、非金屬氧化物 可續(xù)頁 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 13、14 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√□ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其

50、它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 基本內容 3.4凝 膠 3.5高分子溶液 3.6乳狀液 3.4凝 膠 1、概述：凝膠及其通性、凝膠的分類 2、凝膠的形成：凝膠形成的條件、凝膠形成的方法 3、凝膠的結構 4、膠凝作用及其影響因素：溶膠凝膠轉變時的現象、影響膠凝作用的因素 5、凝膠的性質：觸變作用、離漿作用、膨脹作用、吸附 6、凝膠中的擴散和化學反應：擴散作用、化學反應 7、

51、幾種主要的凝膠：硅酸鋁凝膠的制備和結構、特性高吸水性聚合物的制備和性能、高吸油性凝膠的制備和性能、凝膠色譜用凝膠、氣凝膠 3.5高分子溶液 1、聚合物的分子量和分子量分布 2、高聚物的溶解、溶脹及其在溶液中的形態(tài) 3、溶液中高分子大小的表征：均方根末端距、均方回轉半徑 4、高分子溶液的運動性質：擴散與超離心力場下的高分子沉降速度、小高分子溶液的黏度 5、高分子溶液的平衡性質：高分子溶液的滲透壓、Donnan平衡、聚電解質的滲透壓 3.6乳狀液 1、乳狀液概述 2、乳狀液的制備和物理性質；混臺方式、乳化劑的加入方式、乳狀液的物理性質 3、乳狀液類型的鑒別和影響類型的因

52、素：乳狀液類型的鑒別、決定和影響現狀液類型的因素 4、影響乳狀液穩(wěn)定性的因素：乳狀液是熱力學不穩(wěn)定體系、油—水間界面的形成、界面電荷、乳狀液的戮度、液滴大小及其分布、粉末乳化劑的穩(wěn)定作用 5、乳化劑的分類與選擇：乳化劑的分類、乳化劑的選擇 6、乳狀液的變型和破乳；乳狀液的變型影響、現狀液變型的因素、乳狀液的破壞 7、微乳狀液；微乳狀液的微觀結構、助表面活性劑的作用、微乳狀液的性質、微乳狀液的應用前景 可續(xù)頁 授課章名稱 第四章 表面與膠體化學領域新的研究成果及其應用 課時安排 12 授課時間 7、8、9周 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 基

53、本內容： 重點和難點： 討論、思考題、作業(yè)： 參考書目（含參考書、文獻等）具體內容： 課 堂 教 學 實 施 計 劃 第 15、16 課 教學過程設計（復習、授新課、討 論、其它） 授課類型（請打√）：理論課√□ 討論課□ 實驗課□ 習題課□ 其它□ 教學方式（請打√）：講授√□ 討論□ 示教□ 指導□ 其它□ 教學手段（請打√）：多媒體□ 模型□ 實物□ 掛圖□ 音像□ 其它√□ 教學內容（包括基本內容、重點、難點）： 第四章 表面與膠體化學領域新的研究成果及其應用 4

54、.1 膠體推進劑——膠體化學在航天技術中的應用 化學推進劑是為火箭發(fā)動機提供能源和工質的化學制劑，通常含可燃物和氧化劑。 液體和固體火箭分解圖 1 膠體推進劑 以色列所用膠體推進劑 推進劑 膠凝劑 含量 燃料 一甲肼（MMH） 羥丙基纖維素（HPC） 2%-4% 肼 羥乙基纖維素（HEC） 2%-4% 煤油（IP-8） 二氧化硅 4%-8% 氧化劑 抑制性紅煙硝酸 二氧化硅 3%-5％ 過氧化氫 二氧化硅 5％-7％ 水基模擬物 丙烯酸聚合物 0.3％-1％ 2 膠體推進劑與

55、液、固體推進劑性能比較 幾種推進劑安全性比較 項目 膠體推進劑 液體推進劑 固體推進劑 撞擊 不敏感 不敏感 爆炸 靜電放電 不敏感 不敏感 爆炸 誤點燃 由系統(tǒng)設計阻止 由系統(tǒng)設計阻止 啟動火箭引發(fā)災難事故 密閉空間內點燃 燃燒產物無毒 燃燒產物無毒 HCI達致命 密閉空間內濺灑導致毒性 蒸發(fā)率低，有足夠時間戴上防毒面具，進行惰性化或清除處理 在短時間內蒸氣達致命水平 清除需配戴防毒面具、防護服，通過燃燒推進劑來惰性化 自然 填料燃燒直到耗盡 填料燃燒直到耗盡 不可控燃燒、爆炸 子彈或碎片撞擊 撞擊而燃燒直到耗盡 滿載燃燒直到耗

56、盡 爆炸 4.2 膠體化學在造紙工業(yè)中的應用 1 蒸煮過程中膠體化學理論的應用及實踐 2 洗滌過程中膠體化學理論的應用及實踐 3 漂白過程中膠體化學理論的應用及實踐 4 抄紙過程中膠體化學理論的應用與實踐 .5 在廢液(水)處理過程中膠體化學理論的應用與實踐 4.3 高分子復混溶脹膠體材料防治煤炭自燃 1 高分子復混溶脹膠體材料的防滅火機理及其特性 2 應用實例 方案：首先在材料巷向工作面上隅角采空區(qū)灌注高分子復混溶脹膠體材料。又在運輸巷向進風隅角的破碎煤巖灌注高分子復混溶脹膠體材料，防止采空區(qū)漏風。在沿空留巷段采取巷幫支護墻和高分子復混溶脹

57、灰膠帶措施減少采空區(qū)漏風。巷幫支護墻在運輸巷沿空留巷的采空區(qū)側進行，由碎煤和水泥按一定比例混合后砌成，墻體緊跟工作面液壓支架。高分子復混溶脹膠體材料&粉煤灰隔離帶位于巷幫支護墻的采空區(qū)側，是粉煤灰和高分子復混溶脹膠體材料混合后通過泥漿泵灌注到墻里側形成的。對采空區(qū)遺煤采取噴灑高分子復混溶脹膠體措施，防止遺煤自燃。 效果：通過采取高分子復混溶脹膠體材料為主的綜合防滅火技術措施，工作面未發(fā)生煤炭自然發(fā)火，總漏風率4.35 %，說明收到了較好的堵漏防火效果。在煤層自燃礦井采用“Z”字形通風，從某種意義上講，為打破“在現行防滅火技術條件下，煤炭自燃礦井嚴禁采用前進式開采”的說法奠定了基礎。 4.3

58、溶膠-凝膠法制備功能納米材料 .1 溶膠-凝膠法科學的歷史和現狀 Sol-Gel科學的起源與陶瓷材料科學有著很深的淵源。早在19世紀中期，Ebelman就首次利用SiCl4和醇制備了金屬烷氧基化合物。并發(fā)現通過緩慢水解這種硅酸酯可以獲得一種透明固體，他曾預言“它有希望成為制備光學儀器的材料”。到了二十世紀七十年代，幾個著名的陶瓷玻璃科學家集團的帶領下，溶膠—凝膠科學有了爆炸性的發(fā)展，并且其廣泛的應用價值也得到了科學家們前所未有的重視。尤其到了納米技術高漲的今天，通過Sol—Gel技術制備各種納米材料已成為公共的熱點，另外這種方法很容易實現攙雜另外一種物質到凝膠中而不改變其固有的性質的特點，為Sol-Gel技術開拓了更為廣闊的應用天地。 2 原理及影響因素 在凝膠中通常還含有大量的液相，需要借助萃取或蒸發(fā)除去液體介質，并在遠低于傳統(tǒng)的燒結溫度下熱處理，最后形成相應化合物微粒。用溶膠-凝膠法制備納米粒子過程中，最重要的就是溶膠和凝膠的生成。過程中依次要發(fā)生水解反應和縮聚反應，其典型的反應式為 （失水縮聚） （失醇縮聚） 可續(xù)頁