Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Контрольная работа 1, 2 - Примеры - 2007 / Примеры контрольных работ

.doc
Скачиваний:
250
Добавлен:
07.01.2014
Размер:
62.98 Кб
Скачать

Примеры контрольных работ

контрольная работа №1

1. По какому уравнению можно рассчитать полную поверхностную энергию? Какие данные необходимы для такого расчета?

2. Как влияет дисперсность вещества на его реакционную способность, давление пара, растворимость, константу равновесия химической реакции?

3. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным об адсорбции азота:

р/р s 0,1 0,2   0,3   0,4

A ? 10 3 , м 3 /кг 0,31 0,71 0,93 1,09

Площадь, занимаемая молекулой азота в плотном монослое, равна 0,16 нм 2 , плотность азота 1,25 кг/м 3 .

4. Рассчитайте работу адгезии ртути к стеклу при 293  K , если известен краевой угол q =130 0 . Поверхностное натяжение ртути 475 мДж/м 2 . Найдите коэффициент растекания ртути по поверхности стекла.

 

 

-------------

1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? Какими методами можно определить поверхностное натяжение на границе жидкость —воздух?

2. Каково соотношение между избыточной (гиббсовской) Г и абсолютной А адсорбциями? В каких случаях можно принять А @ Г? Что такое отрицательная гиббсовская адсорбция

3. Рассчитайте избыточное давление внутри капель бензола, равновесных с паром, если удельная поверхность системы составляет 6 ? 10 8 м –1 , а поверхностное натяжение бензола 28,87 мДж/м 2 при 293 K .

4. При измерении адсорбции газообразного азота на активном угле при 194,4 K были получены следующие данные:

р ? 10 –3 , Па 1,9 6,1 18,0 33,7 68,9

А, м 3 /кг 5,1 14,3 23,6 32,6 40,8

Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активного угля, принимая плотность газообразного азота равной 1,25 кг/м 3 , а площадь, занимаемую одной молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм 2 .

 

контрольная работа №2

 

1. Чем обусловлено броуновское движение частиц дисперсных систем? В каких системах возможно броуновское движение? Приведите примеры.

2. Каковы особенности адсорбции на микропористых адсорбентах и какая теория используется для описания адсорбции на этих сорбентах?

3. Растворенное в воде ПАВ адсорбируется на поверхности ртуть–вода согласно уравнению Ленгмюра. При концентрации ПАВ 0,3 моль/л степень заполнения поверхности q составляет 0,6. Рассчитайте поверхностное натяжение на границе раздела ртуть–раствор при 298 K , если концентрация ПАВ равна 0,2 моль/л. Предельное значение площади, занимаемой молекулой ПАВ на поверхности примите равной 0,2 нм 2 , поверхностное натяжение на границе раздела ртуть–вода 0,373 Дж/м 2 .

4. Используя теорию Гуи-Чепмена для слабозаряженной поверхности, рассчитайте значение потенциала j на расстоянии 15 нм от межфазной поверхности. Дисперсионной средой является водный раствор N aCl с концентрацией 5 . 10 –4 моль/л (индифферентный электролит), температура 293 K , относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1, потенциал поверхности j » j d =0,02 В.

 

 

-----------

1. Какие уравнения состояния используют для газообразных адсорбционных пленок? Как в них учитывают собственные размеры молекул и взаимодействие между ними?

2. Как связана скорость осаждения частицы в гравитационном поле с дисперсностью? Приведите уравнение.

3. Рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объема пор адсорбента по размерам, используя данные капиллярной конденсации паров воды при 293 K :

р ? 10 –2 , Па 4,7 9,3 14,0 18,7 20,9 23,3 

А, моль/кг (адсорбция) 0,5 1,5 3,5 20,0 24,0 28,5 

А, моль/кг (десорбция) 0,5 1,5 13,0 27,0 28,0 28,5 

Мольный объем воды 18 см 3 /моль, давление насыщенного пара 2338 Па, поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м 2 .

4. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности частиц бентонитовой глины по результатам электрофореза при следующих условиях: расстояние между электродами 25 см , напряжение 100 В, за 15 мин частицы перемещаются на 6 мм к аноду, относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2, вязкость 8,94 ? 10 –4 Па ? с.

 

 

Номер лабор. работы

Номер главы практикума

Номера вопросов

Cтраницы учебника: Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Альянс, 2004.

3

I

6, 7, 18-23, 27

25-29, 78-86, 92-95

 

6

I

II

8-10, 15-18

1-8

39-52, 101-115,

133-148

7

I

II

6-12, 16-18

17, 20, 22

25-29, 39-52, 101-115,

184-195

9

II

29-32

198-208

 

12

III

6, 7, 9-13

220-248, 252-255

 

14

III

14-21

56-78, 256-267, 270-271

 

17

IV

1, 2, 6-11

288-310

 

20

V

1-12

326-361

 

26

VI

1-5, 7-14

115-129, 314-326, 372-393

30

VII

1-3, 6-13, 16

406-452

 

31

VII

1-3, 6-13, 17

406-452

 

Экзаменационные вопросы по курсу "Поверхностные явления и дисперсные системы"

•  Предмет коллоидной химии. Признаки объектов коллоидной химии. Поверхностная энергия. Количественные характеристики дисперсности. Классификация дисперсных систем. Коллоидная химия и химическая технология.

•  Поверхностное натяжение: термодинамическое определение, физический смысл, влияние природы взаимодействующих фаз. Вывод уравнения для полной (внутренней) энергии поверхностного слоя (уравнение Гиббса-Гельмгольца). Зависимость термодинамических параметров поверхности от температуры.

•  Метод избытков Гиббса. Вывод фундаментального адсорбционного уравнения Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Частное выражение уравнения Гиббса. Поверхностная активность; поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.

•  Адгезия и смачивание; определения. Уравнение Дюпре для работы адгезии. Угол смачивания и уравнение Юнга. Уравнение Дюпре-Юнга для работы адгезии. Влияние ПАВ на адгезию и смачивание.

•  Правило фаз Гиббса и дисперсность. Влияние кривизны поверхности (дисперсности) на внутреннее давление тел (вывод и анализ уравнения Лапласа). Капиллярные явления (уравнение Жюрена).

•  Влияние дисперсности на термодинамическую реакционную способность. Вывод уравнения капиллярной конденсации Кельвина. Влияние дисперсности на растворимость и константу равновесия химической реакции.

•  Методы получения дисперсных систем: диспергирование и конденсация. Уравнение Ребиндера для работы диспергирования. Адсорбционное понижение прочности (эффект Ребиндера). Конденсация физическая и химическая. Энергия Гиббса образования зародыша новой фазы при гомогенной конденсации; роль пересыщения.

•  Классификация механизмов адсорбции. Природа адсорбционных сил и их особенности при физической адсорбции. Вывод уравнения для энергии дисперсионного взаимодействия атома адсорбата с адсорбентом. Изотерма, изостера, изопикна адсорбции.

•  Мономолекулярная адсорбция, форма изотермы адсорбции. Уравнение Генри. Основные положения теории Ленгмюра, вывод уравнения и его анализ. Линейная форма уравнения Ленгмюра.

•  Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ: исходные положения, вывод уравнения изотермы и его анализ. Линейная форма уравнения БЭТ. Определение удельной поверхности адсорбентов, катализаторов и др.

•  Количественные характеристики пористых материалов: пористость, удельная поверхность, размер пор. Пористые тела корпускулярной, кристаллической и губчатой структуры, методы их получения. Классификация пор по Дубинину и теории адсорбции.

•  Адсорбция на пористых адсорбентах. Теория капиллярной конденсации. Капиллярно-конденсационный гистерезис. Расчет и назначение интегральной и дифференциальной кривых распределения объема пор по их размерам.

•  Потенциальная теория адсорбции Поляни. Адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции. Температурная инвариантность и афинность характеристических кривых.

•  Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Обобщенное уравнение теории Дубинина (теория объемного заполнения микропор), частные случаи этого уравнения (уравнение Дубинина-Радушкевича). Расчет общего объема микропор по изотерме адсорбции.

•  Особенности адсорбции ПАВ на границе раздела раствор-воздух. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ при соблюдении закона Генри. Поверхностное давление адсорбционной пленки. Уравнение состояния двумерного газа на поверхности жидкости; различные агрегатные состояния адсорбционных пленок. Весы Ленгмюра и определение размеров молекул ПАВ.

•  Ионообменная адсорбция. Природные и синтетические иониты. Классификация ионитов по кислотно-основным свойствам. Полная и динамическая обменные емкости. Константа равновесия ионного обмена, уравнение Никольского.

•  Вывод уравнения для скорости осаждения частиц в гравитационном поле. Условия соблюдения закона Стокса. Седиментационный анализ, расчет и назначение кривых распределения частиц по размерам.

•  Природа броуновского движения. Понятие и определение среднеквадратичного сдвига по выбранному направлению. Взаимосвязь между среднеквадратичным сдвигом и коэффициентом диффузии (вывод закона Эйнштейна-Смолуховского). Экспериментальная проверка закона.

•  Седиментационно-диффузионное равновесие (гипсометрический закон). Вывод уравнения. Факторы, влияющие на седиментационную устойчивость дисперсных систем.

•  Механизмы образования двойного электрического слоя (ДЭС). Соотношения между электрическим потенциалом и поверхностным натяжением (уравнения Липпмана). Электрокапиллярные кривые и определение параметров ДЭС.

•  2. Общие представления о теориях строения ДЭС. Уравнение Пуассона-Больцмана для диффузной части ДЭС и его решение для случая слабозаряженных поверхностей. Уравнение Гуи-Чепмена .

•  Современная теория строения ДЭС (теория Штерна); роль специфической адсорбции, перезарядка поверхности. Примеры образования ДЭС. Строение мицеллы (формулы ДЭС).

•  Электрокинетические явления. Электрокинетический потенциал. Уравнение Смолуховского для электроосмоса и электрофореза. Эффекты, не учитываемые уравнением Смолуховского (поверхностная проводимость, электрофоретическое торможение, релаксационный эффект).

•  Два вида устойчивости дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные системы. Критерий лиофильности по Ребиндеру-Щукину. Термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем. Примеры лиофильных и лиофобных дисперсных систем.

•  Лиофильные дисперсные системы. Классификация и общая характеристика ПАВ. Термодинамика и механизм мицеллообразования. Строение мицелл ПАВ в водных и углеводородных средах. Солюбилизация.

•  Лиофильные дисперсные системы. Истинно растворимые и коллоидные ПАВ, их классификация. Мицеллообразование, строение мицелл; методы определения ККМ. Факторы, влияющие на ККМ ионных и неионных ПАВ.

•  Лиофобные дисперсные системы. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Кинетика коагуляции по Смолуховскому (вывод уравнения). Определение константы скорости и времени половинной коагуляции. Зависимость числа частиц разного порядка от времени.

•  Теория ДЛФО. Расклинивающее давление и его составляющие. Уравнение для энергии электростатического отталкивания при взаимодействии слабозаряженных поверхностей. Потенциальные кривые взаимодействия частиц для агрегативно устойчивой и неустойчивой дисперсных систем.

•  Природа сил притяжения и отталкивания между частицами в дисперсных системах. Уравнение для энергии притяжения между частицами. Константа Гамакера и ее физический смысл. Анализ зависимости суммарной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними.

•  Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Электролитная коагуляция (концентрационная и нейтрализационная коагуляция). Правило Шульце-Гарди и закон Дерягина. Способы стабилизации лиофобных дисперсных систем.

•  Структурообразование в соответствии с теорией ДЛФО. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Переход одних структур в другие. Классификация дисперсных систем по реологическим (структурно-механическим) свойствам.

•  Ньютоновские жидкости, уравнения Ньютона и Пуазейля. Методы измерения вязкости. Уравнение Эйнштейна для вязкости дисперсных систем, условия его применения.

•  Реологический метод исследования структур в дисперсных системах. Реологические модели идеальных тел (модели Гука, Ньютона, Сен-Венана-Кулона). Кривые течения реальных жидкообразных и твердообразных структурированных систем.

•  Моделирование реологических свойств тел, модель и уравнение Бингама. Кривые течения и вязкости жидкообразной и твердообразной структурированных систем. Ползучесть, предел текучести.