Примеры решения задач.

 

1. Определите, к какому электроду должны перемещаться частицы золя, получаемого при реакции при небольшом избытке H₂S:

2H₃AsO₃+3H₂S=As₂S₃+6H₂O

Решение. Потенциал определяющими ионами в данном случая могут быть ионы SH^-, так как в состав агрегата входят ионы серы. Состав адсорбционного слоя могут входить ионы Н⁺. Ионы Н⁺ образуют диффузный слой. Таким образом, схематическое строение мицеллы золя можно выразить следующей формулой:

{[(As₂S₃)_m·n SH^-]· Н⁺}(n-x) Н⁺

Частица имеет отрицательный заряд, - следовательно, электрофоретическое движение направлено к аноду.

 

2. Время половинной коагуляции золя иодида серебра при исходном содержании частиц в 1 м³, равном 3,2·10¹⁴, составляет 11,5 с. Определите константу скорости коагуляции.

Решение. Расчет проводим, используя формулу, связывающую константу скорости коагуляции с временем половинной коагуляции:

 

3. Золь иодида серебра, получаемый по реакции:

KI+AgNO₃→AgI+KNO₃

при некотором избытке KI, коагулируют растворами сульфата калия и ацетата кальция. Коагулирующее действие какого электролита сильнее?

Решение. Строение мицеллы золя таково:

{[(AgI)_m·nI^-]xK⁺}(n-x)K⁺

Ионами, образующими диффузный слой, т.е. противоионами, являются катионы K⁺. Следовательно, при сравнении коагулирующего действия необходимо сравнивать заряды катионов вводимого электролита. Так как заряд иона Са²⁺ выше заряда иона K⁺, то в соответствии с правилом Шульце-Гарди коагулирующее действие Са(СН₃СОО)₂ сильнее.

 

Задачи

1. Золь AgI получен при добавлении 8 мл водного раствора КI кон­центрацией 0,05 моль/л к 10 мл водного раствора AgNO₃ концентрацией 0,02 моль/л. Напишите формулу мицеллы образовавшегося, золя. Как заряжена частица золя?

 

2. Золь гидроксида железа (III) получен при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл 2%-ного раствора хлорида железа(III). Напишите формулу мицелл золя Fе(ОН)₃, учитывая, что при образовании частиц гидроксида железа(Ш) в растворе присут­ствуют следующие ионы Fе⁺³, СI^-. Как заряжены частицы золя?

 

3. Во сколько раз уменьшится суммарное число частиц ν_Σ мартеновских печей через 1, 10, 100 с после начала коагуляции? Сред­ний радиус частиц 20 нм, концентрация 1·10 ^-3 кг/м³, плотность частиц 2,2 г/см³. Константа быстрой коагуляции, по Смолуховскому, равна 3·10 ^-16 м³/с.

 

4. При исследовании коагуляции полистирольного латекса полу­чены следующие значения порогов коагуляции:

Электролит	NaCI	CaCI2	AICI3
Порог коагуляции, моль/л	0,47	8,8·10-3	6·10-4

Рассчитайте соотношение порогов коагуляции и сопоставьте его с со­отношением, получаемым в соответствии с правилом Дерягина - Ландау.

 

5. Порог коагуляции отрицательно заряженного гидрозоля As₂S₃ под действием КСI равен 4,9·10 ^-2 моль/л. С помощью правил Шуль­це - Гарди и Дерягина - Ландау для этого золя рассчитайте пороги коагуляции, вызываемой следующими электролитами: К₂S0₄, MgCI₂, MgSO₄, А1С1₃ и А1₂(S0₄)_3.

 

6. Порог коагуляции положительно заряженного гидрозоля Fе(ОН)з под действием электролита NaCI равен 9,25 ммоль/л. С по­мощью правил Шульце - Гарди и Дерягина - Ландау для этого золя рассчитайте пороги коагуляции, вызываемой следующими электроли­тами: KNO_3, BaCI₂, K₂S0 ₄, MgS0₄, К ₂Cr₂O_7.

 

7. Порог коагуляции гидрозоля металлического золота, вызывае­мой NaCI, равен 24 ммоль/л, a K₂S0₄ - 11,5 ммоль/л. Используя пра­вила Шульце - Гарди и Дерягина - Ландау, определите знак заряда золя и рассчитайте порог коагуляции для, следующих электролитов; СаСI₂, MgS0_4, АI₂(S0₄)₃, АIСI₃, Th(NO₃)₄.

 

8. Напишите схему строения мицелл сульфида цинка, образующихся при получении золя: а) в случае избытка ZnSO₄; б) в случае избытка (NH₄)₂SO₄, по следующей реакции:

ZnSO₄+(NH₄)₂S=ZnS+(NH₄)₂SO_4.

 

9_. Напишите схему строения мицеллы сульфата бария, получающегося при взаимодействии хлорида бария с некоторым избытком сульфата натрия.

 

10. Укажите, к какому электроду должны двигаться частицы гидроксида алюминия, образующиеся при гидролизе. Принять, что гидролиз протекает неполно:

AICI₃+H₂O=AI(OH)₃+3HCI.

11. В воде содержатся ультрамикроскопические радиоактивные частицы. Для очистки воды от них предложено вводить электролиты: хлорид алюминия или фосфат калия. Предварительно установлено, что частицы при электрофорезе движутся к катоду. Какой электролит следует предпочесть в данном случае?

 

12. Золь гидроокиси железа, получаемый неполным гидролизом хлорного железа, коагулируют растворами сульфида натрия, хлорида натрия и хлорида бария. Какой из электролитов окажет наиболее значительное коагулирующее действие?

 

13. Изучение быстрой коагуляции суспензии каолина, проводимое путем счета частиц с помощью ультрамикроскопа, дало следующие результаты:

Время коагуляции, с
Общее кол-во частиц в 1 м3 золя, 10-14	5,0	3,90	3,18	2,92	2,52	2,00

Рассчитайте по приведенным данным время половинной коагуляции.

 

14-27. Написать строение мицеллы золя, полученного по реакции. Определить к какому электроду будет двигаться коллоидная частица:

14. AI(OH)₃, стабилизированный AICI₃.

 

15. SiO₂, стабилизированный H₂SiO₃.

 

16. Au, стабилизированный КAuO₂.

 

17. As₂S₃, стабилизированный H₂S.

 

18. Ba(OH)₂,стабилизированный BaCI₂.

 

19. PbS, стабилизированный Pb(NO₃)_2.

 

20. FeS, стабилизированный Fe₂(SO₄)₃.

 

21. CrO₃, стабилизированный H₃CrO₆.

 

22. Ni(OH)_2, стабилизированный Ni(NO₃)_2.

 

23. Pt, стабилизированный H₃(PtCI)₆.

 

24. BaCI₂+Na₂ SO₄=BaSO₄+2NaCI; в избытке Na₂SO_4.

 

25. ZnSO₄+(NH₄)₂S=ZnS+(NH₄)₂SO₄ ; в избытке (NH₄)₂S.

 

26. Время половинной коагуляции тумана минерального масла с удельной поверхностью 1,5*10⁷ м^-1 , концентрацией 25 мг/л составляет 240 с. Рассчитайте и постройте кривую изменения суммарного числа частиц при коагуляции для следующих интервалов времени: 60, 120, 240, 480 и 600 с. Плотность масла 0,970 г/см³.

 

27. При изучении оптическим методом кинетики электролитной коагуляции гидрозоля AgJ, стабилизированного ПАВ, получено значение константной скорости быстрой коагуляции, равное 3,2*10^-18м³/с (при 293К). Вязкость среды 1*10^-3Па*с. Сравните эту константу с константой, даваемой теорией Смолуховского. Объясните влияние ПАВ на характер коагуляции.

 

28. По экспериментальным данным время половинной коагуляции гидрозоля составляет340 с при исходной частичной концентрации частиц 2,52*10¹⁴част/м³, вязкости дисперсионной среды 1*10^-3Па*с, и температуре 293 К. Сделайте вывод, быстрой или медленной является коагуляция, если вязкость среды увеличить в 3 раза.

 

29. Во сколько раз уменьшится суммарное число частиц дыма мартеновских печей через 1, 10, 100 с после начала коагуляции? Средний радиус частиц 20 нм, концентрация 1*10^-3 кг/м³, плотность частиц 2,2 г/см³. Константа быстрой коагуляции по Смолуховскому равна 3*10^-16м³/с.

 

30. Рассчитайте константу быстрой коагуляции золя серы среды под действием хлорида алюминия, используя следующие экспериментальные данные:

τ, с 0 2 4 10

*10^-17, част/м³ 16,0 0,99 0,50 0,20

 

31. Рассчитайте время половинной коагуляции, используя экспериментальные данные по изменению общего числа частиц при коагуляции ……………… дисперсной системы в воде:

τ, с 0 7,0 15,0 20,2 28,0

*10^-15, част/м³ 32,2 24,2 19,9 16,7 14,2

 

32. Проверьте применимость теории Смолуховского к коагуляции золя селена раствором хлорида калия, используя следующие экспериментальные данные:

τ, с 0 0,66 4,25 19,0 43,0

*10^-14, част/м³ 29,70 20,90 19,10 14,40 10,70

 

33. Рассчитайте число первичных частиц гидрозоля золота при коагуляции электролитом к моменту времени τ=150с, если первоначальное число частиц в 1м³ составляет 1,93/10¹⁴, а константа скорости быстрой коагуляции равна 0,2*10¹⁷м³/с.

 

34. Рассчитайте константу скорости быстрой коагуляции суспензии каолина в воде по данным кинетики коагуляции, полученным с помощью ультрамикроскопа (при 293 К)

τ, с 0 100 175 250 400 500

*10^-14, част/м³ 5,0 3,78 3,23 2,86 2,22 1,96

 

35. При изучении коагуляции суспензии ………… …………. в воде методом счета частиц в ультрамикроскопе получены следующие данные:

τ, с 335 510 600 800

*10^-14, част/м³ 2,52 1,92 1,75 1,49