Задачи для самостоятельной работы

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 равна 10500 кг/м³.

2. Рассчитайте суммарную площадь поверхности частиц золя сульфида мышьяка и число частиц в 0,5 л золя, если 1 л золя содержит 2,25 г сульфида мышьяка. Частицы имеют форму кубиков с длиной ребра 1,2^.10^–7 м. Плотность сульфида мышьяка равна 3506 кг/м³.

3. 3.Суспензия кварца содержит сферические частицы, причем 30% массы приходится на частицы, имеющие радиус 1^.10^–5 м, а масса остальных – на частицы радиуса 5^.10^–5 м. Какова удельная поверхность кварца?

4. Определите коэффициент диффузии красителя в водном растворе, если при градиенте концентраций 0,5 кг/м³ за 2 ч через 25^.10^–4 м² проходит 4,9^.10^–7 г вещества.

5. Определите коэффициент диффузии коллоидного золота при 20С в воде, если радиус его частиц равен 10^–9 м, вязкость равна 0,001 Па^.с.

6. Определите коэффициент диффузии частиц золота, если при изучении броуновского движения этой частицы вдоль оси через каждые 2 с определялись смещения, которые оказались равными (в мкм): 1,2,2,3,1,1,2,2,1,2,3,2,1,2,3.

7. Определите удельную поверхность следующих частиц: а) куб с длиной ребра 10^–6 м, б) шар с диаметром 1 мкм, в) цилиндр с высотой и диаметром основания по 1 мкм.

8. Пробирка высотой 0,1 м заполнена высокодисперсной суспензией кварца (плотность 2650 кг/м³ в воде (плотность 1000 кг/м³, вязкость 0,001 Па^.с)). Время полного оседания частиц равно 2 ч. Каков минимальный размер частиц, принимая, что они имеют сферическую форму?

9. Во сколько раз возрастет поверхность частиц в результате дробления кубика серебра с длиной ребра 0,5 см до частиц кубической формы с длиной ребра 5^.10^–6 см. Плотность серебра 10,5 г/см³.

10. Рассчитать средний сдвиг сферических частиц оксида алюминия в воде и скорость их седиментации при следующих условиях: температура 293 К, вязкость среды 1^.10^–3 Па^.с; плотность дисперсной фазы равна 3,9^.10³ кг/м³. Сравнить седиментационную устойчивость дисперсных систем с размерами частиц 10^–6 и 10^–9 м. Плотность дисперсионной среды считать равную 1^.10³ кг/м³.

11. Сопоставьте осмотические давления двух гидрозолей со сферическими частицами при одинаковой дисперсности, если массовая концентрация соответственно равна 7 и 3,5 г/л.

12. Рассчитайте, во сколько раз изменится запас поверхностной энергии 1 кг водяного тумана при его конденсации: от размера капель в 1 нм до капель в 1 мкм.

13. По изотерме поверхностного натяжения (σ) бутилового спирта при 325 К

σ = σ₀ – 17,7^.10^–3ln(1+19,72с)

с-концентрация спирта

Рассчитайте его изотерму адсорбции и оцените размеры полярной группы.

14. Золь иодида серебра получен смешением 8 мл 0,05 М раствора иодида калия и 10 мл 0,02 М раствора нитрата серебра. Напишите строение частиц золя. Как можно опытным путем подтвердить его?

15. По данным изотермы поверхностного натяжения водных растворов гептановой кислоты при 293 К постройте её изотерму адсорбции

с.104,М	0	0,4	1,0	1,6	2,5	4,0	5,0	6,3	7,9	10,0
σ.103,Н/м	72,8	72	71,2	69,7	67,0	63,6	61,8	60,0	58,4	56,7

16. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 55% (мас), если размер капель равен 0,3 мкм. Межфазное натяжение равно 26,13 мДж/м², плотность бензола- 0,858 г/см³.

17. По данным адсорбции азота на слюде при 293 К и 1 атм установите, что процесс описывается изотермой Лэнгмюра

Рравн(N2),Н/см2	0,28	0,61	1,73
Vадс(N2), мм3	12,0	19,0	28,2

Опыт проведен на образцах с массой 24,3 г и площадью 5750 см².

18. Рассчитайте количество уксусной кислоты, адсорбированное 100 г почвы, из раствора концентрации 15,5 ммоль/л, константы а и 1/n равны соответственно 9,5 и 0,22.

19. Вычислить удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола из циклогексана при 298 К на силикагеле

    χ(мольная доля С6Н6)	0,05	0,10	0,20	0,40	0,60	0,70	0,80
    Г, моль/кг	0,56	0,64	0,68	0,59	0,41	0,31	0,21

20. Определите константы в уравнении изотермы Лэнгмюра для раствора гексилового спирта. Зависимость адсорбции от концентрации приведена в таблице:

    С.103,кмоль/м3	0,985	1,875	3,10	5,55	11,05
    Г.1010, кмоль/м2	8,75	17,35	25,1	37,8	56,5

21. При адсорбции уксусной кислоты из водного раствора (V = 1 л) животным углем (m = 1 г) при 25С были получены следующие данные:

Ссн3соон, ммоль/мл	0,485	0,655	0,883	1,236	2,511	3,362
Сравн, ммоль/мл	0,018	0,031	0,062	0,126	0,471	0,883

Определите константы в уравнении Фрейндлиха.

22. На основании опытных данных графическим методом рассчитайте константы в уравнении Ленгмюра для адсорбции муравьиной кислоты из водного раствора углём

    Г, ммоль/г	0,124	0,186	0,238	0,267
    Сравн, ммоль/мл	0,002	0,005	0,014	0,055

23. К 100 см³ раствора уксусной кислоты различной концентрации при 20С добавили по 3 г активированного угля. Количество кислоты до и после адсорбции определяли титрованием 50 см³ раствора 0,1 М раствором NaOH в присутствии фенолфталеина. Определите адсорбцию для каждого раствора кислоты.

    Количество щелочи, израсходованной на титрование кислоты до адсорбции, см3	Количество щелочи, израсходованной на титрование кислоты после адсорбции, см3
    5,5	1,2
    10,6	3,65
    23,0	10,2

24. При изучении адсорбции ацетона древесным активированным углем при 20С были получены следующие результаты:

Сацетона, ммоль/л	2,34	14,65	88,62	177,69	268,97
Количество ацетона адсорбируемое 1 г угля, ммоль	0,208	0,618	1,50	2,08	2,88

Графически определите постоянные в уравнении изотермы адсорбции Фрейндлиха и рассчитайте количество ацетона, адсорбируемое 1 г угля при равновесной концентрации ацетона 125 ммоль/л.

25. Какой объём 0,001 М AsCl₃ надо прибавить к 0,02 л 0,003 М H₂S, чтобы не произошло образования золя сульфида мышьяка, а выпал осадок As₂S₃?

26. Золь иодида серебра получен смешением равных объемов растворов KI и AgNO₃. Пороги коагуляции для различных электролитов и данного золя имеют следующие значения (ммоль/л): C(Ca(NO₃)₂) = 315; C(NaCl) = 300; C(MgCl₂) = 320; C(Na₃PO₄) = 0,6; C(Na₂SO₄) = 20; C(AICl₃) = 330. У какого из электролитов KI или AgNO₃ концентрация больше? Дайте обоснованный ответ.

27. Какой объем 0,001 М FeCl₃ надо прибавить к 0,03 л 0,002 н AgNO₃, чтобы частицы золя хлорида серебра в электрическом поле двигались бы к аноду? Напишите формулу мицеллы золя.

28. Золь гидроксида железа получен смешиванием равных объемов 0,002 н NaOH и 0,0003 н Fe₂(SO₄)₃. Какой знак заряда имеют частицы золя? Составьте формулу мицеллы. Как расположатся пороги коагуляции в ряду CrCl₃, Ba(NO₃)₂, K₂SO₄ для этого золя.

29. Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при смешивании равных объёмов 0,09 н гидроксида бария и 0,05 н раствора серной кислоты. Напишите и объясните формулу мицеллы золя и знак заряда частицы. Определите, какой из двух электролитов будет иметь меньший порог коагуляции для полученного золя – сульфат калия или хлорид бария.

30. Золь хлорида серебра получен смешиванием равных объёмов 0,0095 М KCl и 0,012 н AgNO₃. Какой из электролитов: K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] или MgSO₄ – будет обладать наименьшей коагулирующей способностью?

31. Золь сульфида кадмия получен смешиванием равных объёмов растворов Na₂S и Cd(NO₃)₂.Пороги коагуляции для различных электролитов имеют следующие значения (моль/л): С(Ca(NO₃)₂) = 265; C(MgCl₂) = 290; C(Na₃PO₄) = 0,4; C(Na₂SO₄) = 15; C(AICl₃) = 300. Какой из электролитов – Na₂S или Cd(NO₃)₂ взят в избытке для приготовления золя?

32. К 100 см³ раствора NaCl с массовой долей вещества 0,03% добавлено 250 см³ 0,001 н раствора AgNO₃. Для коагуляции полученного золя к нему добавлены следующие электролиты: KBr, Ba(NO₃)₂, K₂CrO₄, MоSO₄, AICl₃.Какой из добавленных электролитов имеет наименьший порог коагуляции? Напишите формулу мицеллы золя.

33. В каком порядке следует сливать растворы: а) H₃AsO₃ и (NH₄)₂S; б)CdCl₂ и Na₂S; в) H₃AsO₄ и (NH₄)₂S; г) AgNO₃ и KI, чтобы получить коллоидную систему с частицами, несущими: а) положительные электрические заряды; б) отрицательные электрические заряды? Напишите формулу мицелл и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя.

34. При достаточно медленном введении В в разбавленный раствор вещества А возможно образование гидрозоля вещества С. Напишите формулу мицелл и укажите знак заряда коллоидных частиц этого золя. Какое из рекомендованных веществ является наиболее экономичным коагулятором этого золя? Какие ещё имеются возможности для отделения вещества С от жидкости?

    А	В	С	коагулятор
    MnCl2	(NH4)2S	MnS	BaBr2, K2SO4, NaCl

35. При достаточно медленном введении В в разбавленный раствор вещества А возможно образование гидрозоля вещества С. Напишите формулу мицелл и укажите знак заряда коллоидных частиц этого золя. Какое из рекомендованных веществ является наиболее экономичным коагулятором этого золя? Какие ещё имеются возможности для отделения вещества С от жидкости?

А	В	С	коагулятор
CrCl3	NH4OH	Cr(OH)3	Na2SO4, KCl, BaCl2

36. Пороги коагуляции для положительно заряженного золя равны (ммоль/л): C(KCl) = 180; C(K₂SO₄) = 3; C(CaCl₂) = 175; C(Na₃PO₄) = 0,25. Рассчитайте, подтверждается ли правило Шульце Гарди.