Программы для самостоятельной работы. 1. Объяснить механизм действия поверхностно-активных веществ

Программа № 1

1. Объяснить механизм действия поверхностно-активных веществ. Привести примеры ПАВ в биосистемах, а также используемых в сельскохозяйственных производствах.

2. Построить изотерму адсорбции, вычислив графически значения адсорбции для растворов капроновой кислоты при 20⁰С по следующим данным:

концентрация раствора, моль/л	0,005	0,01	0,02	0,03
поверхностное натяжение, дин/см	65,83	60,05	53,0	48,0

3. Вычислить электрокинетический потенциал золя в метиловом спирте, если скорость электрофореза равна 6,6∙10^-4 м/с, градиент внешнего поля 3 В/см, вязкость раствора 6,12∙10^-2 Пуаз и диэлектрическая постоянная среды равна 34.

4. При длительном хранении насыщенного раствора Са(ОН)₂ в открытой емкости в нем появляется муть. Представить уравнение реакции происходящего процесса, а также формулу мицелл в системе, указать знак заряда гранулы.

5. Для осветления воды в нее вводят Al₂(SO₄)₃ или FeSO₄, после чего происходит интенсивное выпадение осадка. Объясните это явление, исходя из того, что частички взвеси в природной воде имеют отрицательные электрические заряды. Раствор какой соли необходимо взять в меньшем объеме для осветления одного и того же объема воды при условии одинаковой концентрации солей? Доказать.

Программа № 2

1. Рассмотреть состояние молекулы жидкости внутри фазы и на поверхности раздела «жидкость – газ». Что такое свободная поверхностная энергия? От каких факторов она зависит?

2. Доказать справедливость уравнения Фрейндлиха для процесса адсорбции уксусной кислоты из водного раствора древесным углем, если при достижении равновесия были получены следующие данные:

начальная концентрация, моль/л	0,365	0,840	1,40	2,060	3,500
равновесная концентрация, моль/л	0,186	0,230	0,250	0,286

3. Вычислить градиент потенциала, если электрокинетический потенциал частиц золя гидроксида железа равен 52,5 мВ, электрофоретическая скорость частиц 3,74∙10^-4 см/с, вязкость среды 0,0010005 нс/м², диэлектрическая проницаемость 81.

4. Перед подачей речной воды в цеха завода ее осветляют введением в нее электролита-коагулянта. Рассчитать расход Al₂(SO₄)₃, FeSO₄, NaCl (каждого в отдельности), если расход воды на предприятии в сутки составляет 100000 м³/сутки, а пороги коагуляции равны:

а) по NaCl - 52 моль/м³;

б) по Al₂(SO₄)₃ – 0,23 моль/м³;

в) по FeSO₄ – 0,68 моль/м³.

Указать знак заряда взвешенных частиц в речной воде.

5. При достаточно медленном введении избытка сульфида алюминия в раствор нитрата серебра образуется золь сульфида серебра. Написать формулу мицеллы и определить к какому электроду перемещаются противоионы при электрофорезе.

Программа № 3

1. Поверхностная энергия; факторы, определяющие ее величину.

2. При адсорбции аммиака на угле были получены следующие данные:

начальная концентрация, моль/л	0,365	0,840	1,40	2,060	3,50
равновесная концентрация, моль/л	0,186	0,230	0,250	0,286

Проверить приложимость уравнения Фрейндлиха к полученным данным.

3. Электрофорез золя гидроксида железа происходил при следующих условиях: градиент потенциала 500 В/м, перемещение частиц за 10 минут за 12 мм, диэлектрическая проницаемость воды равна 81, вязкость 0,001 нс/м². Рассчитать ζ – потенциал частиц золя.

4. При достаточно медленном введении раствора гидроксида натрия в разбавленный раствор хлорида алюминия возможно образование гидрозоля гидроксида алюминия. Представить мицеллярную формулу этого гидрозоля: а) в слабокислой среде; б) в слабощелочной среде.

5. Перед подачей речной воды в цеха ее осветляют: вводят в нее электролиты-коагулянты. Рассчитать расход Al₂(SO₄)₃, CaCl₂, NaCl (каждого в отдельности), если расход воды в сутки составляет 100000 м³/сутки, а пороги коагуляции равны:

а) по NaCl - 52 моль/м³;

б) по Al₂(SO₄)₃ – 0,23 моль/м³;

в) по CaCl₂ – 0,68 моль/м³.

Указать знак электрических зарядов взвешенных частиц в речной воде.

Программа № 4

1. Адсорбция в системе «твердый адсорбент – газообразный адсорбат». Уравнение Лэнгмюра и его анализ.

2. Изучена адсорбция пропионовой кислоты на угле. Получены следующие данные:

начальная концентрация, моль/л	0,030	0,120	0,460	0,660
равновесная концентрация, моль/л	0,004	0,061	0,370	0,540

Определить графическим путем константы уравнения Фрейндлиха на основе этих данных.

3. Вычислить степень набухания 0,1 кг каучука в сероуглероде, если масса каучука после набухания составила 911 г.

4. При нагревании озерной или речной воды до 90-95⁰С происходит интенсивное образование бурых хлопьев. Объяснить это явление. Почему этого не происходит в дистиллированной воде? Какова структура мицеллы таких хлопьев?

5. Экспериментально установлены пороги коагуляции почвенных коллоидов некоторыми хлоридами:

Электролит	Порог коагуляции, моль/л
NaCl	52,9
KCl	48,6
MgCl2	0,9
CaCl2	0,8

На основе данных проанализировать сущность правила Шульце-Гарди и составьте мицеллярную формулу почвенного коллоида гидрозоля кремниевой кислоты. Указать ионы-коагулянты и докажите влияние заряда ионов на величины порогов коагуляции.

Программа № 5

1. Анализ БЭТ – изотермы для описания многослойной адсорбции.

2. При определении поверхностного натяжения растворов уксусной кислоты по методу Ребиндера были получены значения давлений, при которых происходил проскок пузырька:

Давление Р, мм.рт.ст.	Дистиллированная вода	Концентрация уксусной кислоты, моль/л
0,01	0,10	0,50	1,00
11,5	11,0	10,5	10,0	9,00

Построить график зависимости Р = φ (σ).

3. Желатин помещен в буферный раствор, рН которого 3. Изоэлектрическая точка желатина рН = 4,7. Каков знак заряда частиц желатина?

4. При осаждении ионов бария действием K₂Cr₂O₄ нагревание способствует быстрому появлению осадка хромата бария. Написать мицеллярную структуру гидрозоля, если в раствор хлорида бария постепенно при интенсивном перемешивании добавляют хромат калия.

5. Проведено изучение коагуляции водной суспензии глины: в две колбы поместили по 100 мл суспензии, в первую добавлено 10 мл раствора хлорида кальция, С (СаCl₂) = 0,25 моль/л, во вторую – 25 мл раствора KCl. Рассчитайте концентрацию раствора KCl, чтобы пороги коагуляции были одинаковыми. Определите знак золя суспензии глины.

Программа № 6

1. Уравнение адсорбции Фрейндлиха и его анализ, границы применения.

2. При адсорбции оксида углерода (IV) на угле были получены

следующие данные:

давление, мм.рт.ст	7,3	30,4	54,0	88,2
адсорбция, см3/г	2,34	7,84	11,9	16,5

Графически определить константу в уравнению Фрейндлиха.

3. Изоэлектрическая точка казеина равна 4,6. Казеин помещен в буферную смесь, состоящую из 6 мл раствора уксусной кислоты концентрацией 0,1 моль/л и 2 мл раствора ацетата натрия концентрацией 0,001 моль/л. Как заряжены частицы казеина?

4. Объяснить, почему для промывания галогенидов серебра используют не дистиллированную воду, а растворы нитратов аммония или НNO₃? Представьте мицеллярную структуру бромида серебра, если противоионы при электрофорезе перемещаются к аноду.

5. Установлено, что знак электрических зарядов глобул натурального латекса отрицательный. Каким электролитом выгоднее отделить каучук: СН₃СООNa, Na₂SO₃, (CH₃COO)₂Zn, ZnSO₄, (CH₃COO)₃Al, Al₂(SO₄)₃? Вблизи какого электрода будет концентрироваться каучук, если латекс поместить в электрическое поле?

Программа № 7

1. Адсорбция из раствора. Уравнение Гиббса.

2. Определить значения констант К и n в уравнении Фрейндлиха по следующим экспериментальным данным адсорбции бензойной кислоты на угле:

равновесная концентрация, моль/л	0,005	0,025	0,053	0,118
удельная адсорбция, ммоль/кг	0,44	0,78	1,04	1,44

3. Рассчитать, во сколько раз степень набухания каучука в спирте отличается от степени набухания его в бензоле:

	спирт	бензол
масса каучука до набухания, кг	0,5	0,3
масса каучука после набухания, кг	0,625	1,830

4. При химическом анализе осаждение ионов Zn²⁺ действием Н₂S проводят в присутствии ацетата натрия. Каково назначение СН₃СООNa в этом процессе? Написать формулу мицелл золя сульфида цинка, образующихся в отсутствии ацетата натрия.

5. Отработанные растворы производства фотоматериалов содержат коллоидное серебро в виде галогенидов. Предполагая, что знак электрического заряда коллоидной гранулы положительный, а пороги коагуляции (моль/м³) для одновалентных ионов равны 142, для двухвалентных – 2,43, для трехвалентных – 0,068, рассчитать расход Al₂(SO₄)₃ для очистки 100 м³ сточных вод. Представить мицеллярную формулу коллоидных галогенидов серебра.

Программа № 8

1. Адсорбция поверхностно-активных веществ. Уравнение Шишковского.

2. Построить изотерму поверхностного натяжения и графически определить величину адсорбции для растворов капроновой кислоты при 20⁰С по данным:

концентрация раствора, моль/л	0,005	0,01	0,02	0,03
поверхностное натяжение, дин/см	65,83	60,05	53,0	48,0

3. Какова электрофоретическая скорость частиц золя As₂S₃, если ζ-потенциал равен 89,5 мВ; разность потенциалов между электродами – 240 В, расстояние между электродами – 20 см; вязкость равна 0,001 нс/м² и диэлектрическая проницаемость 81.

4. При длительном хранении насыщенного раствора Ва(ОН)₂ в открытой емкости в нем появляется муть. Представить уравнение реакции происходящего, а также формулу мицелл.

5. Каким из приведенных электролитов – NH₄Cl или (NH₄)₂SO₄ экономичнее коагулировать золь гидроксида алюминия, если знак заряда гранулы положительный. Рассчитать порог коагуляции по NH₄Cl, если на коагуляцию 30 м³ этого золя расходуется 0,33 м³ раствора NH₄Cl с массовой долей 20% и плотностью 1060 кг/м³.

Программа № 9

1. Ионно-обменная адсорбция. Правила Пескова-Фаянса.

2. Изучена зависимость адсорбции гексилового спирта от концентрации. Определить константу адсорбции в уравнении изотермы адсорбции Ленгмюра:

концентрация С∙103, кмоль/м3	адсорбция Г∙103, кмоль/м3
0,935	8,75
1,875	17,35
1,100	25,10
5,550	37,80
11,05	56,50

3. Изоэлектрическая точка казеина равна 4,6. Казеин помещен в буферный раствор, состоящий из 6 мл 0,1 моль/л раствора уксусной кислоты и 2 мл 0,1 моль/л раствора ацетата натрия. Определить знак заряда частицы казеина.

4. Гидролиз ацетата меди (II) в воде усиливается при разбавлении раствора и приводит к образованию гидрозоля гидроксида меди (II). Написать формулу мицеллы и указать знак заряда коллоидных частиц золя.

5. Для изучения коагуляции почвенного коллоида Fe(OH)₃ взят электролит K₂SO₄ с С(K₂SO₄) = 0,01 моль/л и золь объемом 10 мл. Раствор электролита разбавили в соотношениях 1:1, 1:2, 1:4, 1:6, 1:7, 1:8, 1:15. В семь пробирок прибавили по 5 мл соответствующих разбавленных электролитов. В пробирках наблюдалось: осадок, осадок, осадок, осадок, муть, прозрачный, прозрачный. Вычислить порог коагуляции золя сульфатом калия.

Программа № 10

1. Сделать вывод о правильности ниже приведенных утверждений и доказать, какое утверждение верно:

а) в отличие от истинных растворов, коллоидные растворы рассеивают свет;

б) механический метод относится к конденсационным методам получения коллоидных систем;

в) при ультрафильтрации коллоидный раствор освобождается от механических примесей.

2. Определить постоянные эмпирического уравнения Фрейндлиха, используя следующие данные для адсорбции углекислого газа при 331 К на активированном угле:

равновесное давление, Па∙10-3	1,00	4,48	10,00	14,40	25,00	45,20
адсорбция, кг/кг∙103	3,23	6,67	9,62	11,72	14,50	17,70

3. В мерный цилиндр объемом 100 мл налили 50 мл дистиллированной воды и поместили навеску зерен пшеницы. Уровень воды в цилиндре при этом повысился до 56,8 мл. Через 5 часов воду из цилиндра слили в другой мерный цилиндр: объем воды оказался равным 41,0 мл. Какова степень набухания навески зерна в условиях опыта?

4. В каком порядке следует сливать растворы хлорида кадмия и сульфида натрия, чтобы получить коллоидную систему с частицами, несущими:

а) положительный электрический заряд;

б) отрицательный электрический заряд.

Подтвердить формулами мицеллы.

5. На 100 м³ сточных вод для коагуляции золя сульфида мышьяка (III) расходуется 1см³ раствора NaCl (ω = 25%, плотность 1190 кг/м³). Рассчитать порог коагуляции этого золя по хлориду натрия.

Программа № 11

1. Выбрать правильное утверждение и доказать правильность ответа:

а) водный раствор белка образуется самопроизвольно;

б) метод окисления – конденсационный метод получения коллоидных систем;

в) для очистки от примесей от низкомолекулярных веществ коллоидный раствор фильтруют через обычный фильтр.

2. По данным адсорбции фенола на активированном угле вывести уравнение изотермы БЭТ:

Р/PS	0,024	0,08	0,14	0,20	0,27	0,35	0,46
а∙103, моль/кг	14,9	34,8	47,2	56,8	66,3	79,3	101,0

3. Одинаковые образцы натурального каучука объемами, равными 1,094∙10^-4 м³, поместили в сероуглерод, ацетон и воду. Через 48 часов объемы этих образцов стали равными 9,204∙10^-4 м³, 1,244∙10^-4 м³ и 1,099∙10^-4 м³ соответственно. Рассчитать значения степени набухания каучука в указанных растворителях. К каким из них каучук лиофилен, а каким – лиофобен?

4. В нейтральной среде при постепенном прибавлении раствора КMnО₄ к раствору тиосульфата натрия образуется бурый осадок оксида марганца. Представить уравнение реакции и формулу мицелл золя оксида марганца.

5. Коагуляция золя, полученного в задании 4, произошла под действием электролитов NaNO₃, (NH₄)₂SO₄ и СuСl ₂. Как будут различаться пороги коагуляции золя этими электролитами?

Программа № 12

1. При адсорбции Н₂S на цеолите при 25⁰С получены следующие данные:

давление Н2S, мм.рт.ст
адсорбция∙103, кг/кг

Построить изотерму адсорбции и составить уравнение адсорбции.

2. В пробе сточных вод объем 5∙10^-2 м³ после прибавления к ней 2,3∙10^-3 м³ раствора NaCl (ω = 26%, ρ = 1200 кг/м³) появляются хлопья. Определить порог коагуляции золя по отношению к NaCl.

3. Изоэлектрическая точка альбумина наблюдается при рН = 4,8. Белок помещен в буферную смесь с концентрацией водородных ионов 10^-6 моль/л. Определить направление движения частиц при электрофорезе.

4. Сливки и молоко при стоянии сворачиваются. Почему не сворачивается синтетический латекс? Доказательно объяснить.

5. Промывные воды гальванического производства содержат до 200 мг/л ионов Cr³⁺. Записать формулу мицеллы и обозначить ее составные части, если вода обрабатывается раствором NaOH, а ионы Cr³⁺ содержатся в виде сульфата.

Программа № 13

1. Полярные сорбенты – иониты. Представить схему ионного обмена в почве при внесении удобрения аммонийной селитры.

2. Были получены следующие результаты адсорбции углекислого газа СО₂ на активном угле:

Р (СО2), кПа	1,00	4,48	10,0	14,4	25,0	45,2
Г∙103, моль/кг	7,34	15,2	21,9	26,6	32,9	40,2

Составить уравнение изотермы Фрейндлиха.

3. Рассчитать значение степени набухания каучука, если каучук объемом 1,094∙10^-4 м³ поместили в толуол. После 48 часов набухания объем образца стал равным 8,494∙10^-4 м³.

4. Определить, к какому электроду будут перемещаться частицы золя сульфида мышьяка, полученного при избытке Н₂S:

2Н₃AsO₃ + 3H₂S = AsS₃↓ + 6H₂O.

Составить формулу мицеллы.

5. К 100 мл 0,02% раствора хлорида натрия добавлено 250 мл раствора нитрата серебра; С (AgNO₃) = 0,001 моль/л. Определить, какой электролит из представленных: KBr, Ba(NO₃)₂, K₂Cr₂O₇, MgSO₄, AlCl₃ имеет наименьший порог коагуляции?

Программа № 14

1. Адсорбция SO₂ на цеолите изучена при 25⁰С, получены данные:

давление SO2, мм.рт.ст
адсорбция∙103, кг/кг

а) построить изотерму адсорбции;

б) составить уравнение адсорбции.

2. Вычислить электрокинетический потенциал золя в метиловом спирте, если скорость электрофореза равна 6,6∙10^-4 м/с, градиент внешнего поля 3 В/см, вязкость раствора 6,12∙10^-2 Пуаз и диэлектрическая постоянная среды равна 34.

3. Выбрать правильные ответы, выбор обосновать:

а) водный раствор иодида серебра относится к лиофобным золям;

б) коллоидный раствор, в отличие от истинного, самопроизвольно не образуется;

в) при диализе лиофобные золи освобождаются от примесей высокомолекулярных веществ.

4. Какой объем раствора KJ концентрацией 0,0025 моль/л надо добавить к 0,035 л раствора Pb(NO₃)₂ концентрацией 0,01 моль/л, чтобы противоионы золя иодида свинца при электрофорезе двигались к аноду? Представить формулу мицеллы. Назвать составные части мицеллы.

5. Рассчитать, как изменится порог коагуляции электролита (ККМ) для золя бромида серебра, частицы которого заряжены положительно, если для коагуляции 0,1 л его, вместо 0,0015 л раствора K₂SO₄ концентрацией 0,1 моль/л взят раствор Fe(NO₃)₃, С(Fe(NO₃)₃) = 0,1 моль/л?

Программа № 15

1. Рассмотрите и опишите схемой процесс умягчения воды (понижение жесткости) при водоподготовке.

2. Изучение поверхностного натяжения водных растворов амилового спирта С₅Н₁₁ОН от концентрации при 25⁰С дало следующие результаты:

концентрация, кмоль/м3	поверхностное натяжение, мН/м
0,0019	70,4
0,0038	69,2
0,0075	66,7
0,0150	61,7
0,0300	55,3
0,0600	46,6
0,1200	38,0

Графически определить адсорбцию амилового спирта из раствора с концентрацией 0,060 кмоль/м³.

3. Золь кремниевой кислоты Н₂SiO₃ получен по реакции силиката калия и соляной кислоты. Написать формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был взят в избытке, если противоионы двигаются в электрическом поле к катоду.

4. Золь гидроксида меди получен сливанием 0,1 л раствора едкого натра, С(NaOH) = 0,05 моль/л и 0,025 л раствора Cu(NO₃)₂ концентрацией 0,0001 моль/л. Какой из электролитов будет иметь наименьший порог коагуляции: HBr, Ba(NO₃)₂, MgSO₄, AlCl?

5.Образец натурального каучука объемом 2,183∙10^-4 м³ поместили в уксусную кислоту, через 24 часа выдержки при 20⁰С объем образца стал 2,428∙10^-4 м³. Рассчитать степень набухания каучука.