工科化学第812章总结和课后答案强亮生版.docx
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工科化学第812章总结和课后答案强亮生版
第八章表面化学
思考题与习题解答
1.下列说法是否正确?
如不正确,请说明原因。
(1)表面张力是指存在于液体表面的粘附力。
答:
错,表面张力是垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力。
[弯曲液面表面张力的合力(附加压力)的方向是指向其曲率圆的中心]。
(2)物质的表面张力只与其温度、压力和组成有关。
答:
不确切,还与其第二相组成等因素有关。
(3)因表面活性剂分子为“双亲分子”,故表面活性剂分子有一半是亲水基,一半是亲油基。
答:
不确切,其双亲性是指一侧有极性,另一侧没有极性(或两侧极性不同),并非“一半”。
(4)液体对固体的润湿程度可用接触角来衡量,接触角θ>90。
时称为润湿,接触角θ<90。
时称为不润湿。
答:
错,与所述相反。
接触角θ>90。
时称为不润湿,接触角θ<90。
时称为部分润湿。
(5)一般说来,摩擦总是有害的。
答:
不对,行走等需要摩擦,否则不能实现。
2.填充题
(1)无焊药焊接时,熔化的焊锡在焊件表面呈球状的原因(是接触角偏大,需要用焊药降低接触角。
)
(2)物理吸附和化学吸附的区别
各种特性
物理吸附
化学吸附
吸附力
吸附热
选择性
吸附层
吸附速率
吸附稳定性
分子间力
较小,近于液化热
无选择性
单分子层或多分子层
较快,无吸附活化能,与温度无关
不稳定,易解吸
化学键力
较大,近于反应热
有选择性
单分子层
较慢,有吸附活化能,随升温而加快
比较稳定,不易解吸
(3)表面吉布斯函数与表面张力的区别和联系分别是(ΔG=σ•ΔA)
ΔG(表面吉布斯函数增量)
σ(比表面吉布斯函数;表面张力)
形成新表面时环境对体系所做的功(J·m–2)
形成单位新表面时环境对体系所做的功(J·m–2)
垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力(N·m–1)
(4)悬浊液、乳浊液和溶胶的定义分别是
悬浊液
乳浊液
(憎液)溶胶
直径为>100nm的固体分散相分散在液体中的多相体系
直径为>100nm的液体分散相分散在液体中的多相体系
直径为1nm~100nm分散相分散在液体中的多相体系
(5)表面现象产生的实质(是其表面分子的能量较高或有剩余价力)。
(6)实验室常用硅胶吸收空气中水分的原因是(极性吸附剂容易吸附极性的吸附质。
硅胶属于极性吸附剂,活性炭属于非极性(弱极性)吸附剂,水是极性吸附质。
)
3.25℃时把半径为1mm的水滴分散成半径为1μm的小液滴,比表面增加了多少倍?
表面吉布斯函数增加了多少?
完成该变化时,环境至少要做多少功?
(已知25℃时水的表面张力为72.53J/m2)?
解:
水滴的体积V1=(4/3)πR3=(4/3)×3.14×0.53=5.23×1.0–1(mm)3
小水滴的体积V1=(4/3)πr3=(4/3)×3.14×(5.0×1.0–4)3=5.23×10–10(mm)3
该水滴分裂为5.23×1.0–1/5.23×10–10=109个小水滴
水滴的表面积A1=4πR2=4×3.14×0.52=3.14(mm)2
小水滴的总表面nA1=109×4πr2=109×4×3.14×(5.0×1.0–4)2=3.14×103(mm)2
表面扩大了3.14×1.03/3.14=103(倍)
W=ΔG=σ•ΔA=72.53(3.14×103–3.14)×10–6=2.28×10–1J•m2
4.有实用价值的表面活性剂,其烃链中的碳原子数在什么范围,过大或过小对表面活性有什么影响?
答:
碳链不同时其作用不同,碳原子数在12–18的直链烃表面活性剂的润湿、或去污效果比较好。
碳链过长时,在水中的溶解度降低;碳链太短时,所形成的膜韧性降低。
5.什么叫临界胶束浓度?
它有什么实际意义?
答:
临界胶束浓度是指表面活性剂在溶液中形成胶团时的最低浓度。
在达到临界胶束浓度时溶液的许多性质(表面张力、去污力、导电性、图8–4临界胶束浓度和
增溶性等)都发生明显的变化。
如图8–4所示。
表面活性剂性质的关系
6.氧化铝瓷件上需镀银,当烧至1000℃时,液态银能否润湿氧化铝瓷器表面?
已知在1000℃时,各物质的表面张力如下:
=1000J·m–2
=920J·m–2
=1770J·m–2
解:
;
>90
不润湿
7.胶体颗粒为什么会带电?
在何种情况下带正电?
在何种情况下带负电?
为什么?
答:
憎液溶胶(胶粒)带电原因:
吸附、电离、摩擦、取代。
以吸附为例:
稳定剂中正离子与胶核成分相同,则其正电荷首先被胶核吸附、成为决定电位离子,胶粒带正电;反之带负电。
再以取代为例:
天然粘土的化学式为“
”,当
(Ⅳ)或
(Ⅲ)被
或
所取代时,粘土带负电,形成胶体时的“胶粒”带负电。
8.欲制备AgI的正溶胶,问在25mL0.016mol·L–1的AgNO3溶液中最多加入多少毫升0.005mol·L–1的KI溶液?
并写出该溶胶胶团结构。
若用MgSO4和K3[Fe(CN)6]两种电解质,哪一种电解质更容易使该溶胶聚沉?
解:
欲使胶粒带正电,则需加过量的AgNO3,V(AgNO3)>25×0.016/0.005=80(ml)。
应该加100ml以上。
胶团结构式为
[(AgI)mxAg+yNO3](x–y)+(x–y)NO3–;K3Fe(CN)6的聚沉能力较大,因为“价态较高”的与扩散层反离子具有相同电荷(与胶粒带相反电荷)的离子具有较大的聚沉能力。
第九章化学与材料
思考题与习题解答
1.下列说法是否正确?
如不正确应如何改正,请说明原因。
(1)金属晶体有三种密堆积方式,其中第一层金属原子只有一种排列
方式,第二层有两种排列方式,第三层有三种排列方式,因而形成密集六方、立方和体心立方三种晶格。
虽然三种晶格形式不同,但它们都是8配位,空间占有率都是74.05%。
答:
不对,三种晶格中密集六方、立方空间占有率是74.05%,而体心立方的空间占有率为68.02%
(2)按照能带理论,金属之所以能够导电,是因为有未被电子填满的能
带。
答:
对
(3)氮化硅陶瓷材料中的粒子是靠离子键结合的,因此具有高熔点、高硬度和高绝缘性等优点。
答:
不对,氮化硅陶瓷材料属原子晶体,其中的粒子是靠共价键结合的,具有高熔点、高硬度和高绝缘性等特点。
(4)如果把某些氧化物加热,或者用其他方法激发,使外层电子获得足够的能量,以克服原子核对它的吸引力,摆脱原子核对它的控制成为自由电子,于是氧化物陶瓷就成为电子导体或半导体。
答:
对。
(5)有机高分子化合物没有确定的相对分子质量和确定的聚合度。
它由许多链节结构不同而聚合度也不同的大分子化合物混合而成。
答:
不对。
它是由链节结构相同,而聚合度不同的大分子化合物混合而成的。
(6)聚乙炔类高分子,π键共轭体系延伸到整个高分子链上,使π电子的自由行程变长,因而显现出导电性。
答:
对。
(7)涂料通常是由四种主要成分组成,即成膜物质、颜料、溶剂和助剂。
成膜物质是形成涂膜(或称漆膜,也叫涂层)的物质;颜料不仅使漆膜具有颜色和覆盖力,还可以增强机械强度、耐久性和具有某些功能(如防蚀和防污等);溶剂不仅能降低涂料的黏度,以符合施工工艺的要求,对漆膜的形成质量也很关键;助剂对涂料的贮存、施工性以及对所形成漆膜的物理性质都有明显作用。
答:
对。
(8)纤维增强复合材料按基体分为三类:
树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。
答:
对。
(9)一种金属单质只能有一种晶体结构。
答:
不对,例如纯铁在910℃以下具有体心立方晶格,称为α–Fe;当温
度在910℃~1320℃时,则转变为立方晶格,称为γ–Fe。
2.填充题
(1)半导体和绝缘体能带结构的区别是其禁带宽度不同,绝缘体的禁
带宽度为5~7eV,而半导体的禁带宽度在2eV以下。
(2)形状记忆合金具有“形状记忆效应”的原因是
在其合金内部的原子排列成一种稳定的晶体结构,冷却时,在外力作用下发生形变,但是其原子的结合方式未变,重新升温至转变温度以上时,原子获得向稳定晶体结构转变所需的能量,回到原来的位置,使合金恢复原形。
(3)加成聚合和缩合聚合反应的主要区别_加聚反应过程中没有小分
子生成,而缩聚反应过程中有小分子生成。
(4)非晶态链状高聚物无固定的熔点,只有熔程。
在不同的温度范围
内可呈现三种不同的物理形态,即_玻璃态、高弹态、粘流态。
(5)制备功能高分子材料的方法主要有两种,一是先合成含有功能基团
的单体,然后再聚合;二是通过化学反应,在原有高分子链上引入功能基团。
(6)导电高分子材料有两种:
一是具有共轭碳链的高分子,(如聚乙炔、
聚苯等);二是主链含有杂原子的共轭高分子(如聚苯胺、聚吡咯)。
(7)聚合物光纤一般是由两种高折射的均匀塑料芯材和低折射的塑料涂
层(又称鞘材)聚合物制成的芯~鞘形复合丝。
(8)高吸水树脂的结构特点是分子中具有强吸水基团(如羟基、羧基等)同时具有较高分子量的体型高分子。
(9)涂料的成膜机理随涂料的组成和结构的不同而异,一般可分为非转
化型(溶剂挥发)、转化型(缩聚、加聚)和混合型(物理和化学结合)等三大类。
(10)复合材料按增强体的形态分为三类,分别是_纤维增强树脂复合材
料,纤维增强金属复合材料,和纤维增强陶瓷基复合材料__。
(1)与常规的高分子-无机材料的复合材料相比,纳米复合材料具有独特
的纳米尺寸效应,具有大的比表面积和强的界面相互_作用。
3.下列有机高分子化合物哪些适合于作塑料?
哪些适合于作弹性材料?
天然橡胶和硅橡胶,哪一种耐候性更好?
为什么?
(1)尼龙-66(tg45℃,tf160℃)
(2)天然橡胶(tg–73℃,tf122℃)
(3)聚酰胺(tg47℃,tf223℃)
(4)硅橡胶(tg–125℃,tf250℃)
答:
尼龙-66和聚酰胺在常温下是玻璃态,适合于做塑料。
天然橡胶和硅橡胶在常温下是高弹态,可以做弹性材料,而硅橡胶具有更宽的高弹态温度区域,耐候性更好。
第十章化学与能源
思考题与习题解答
1.下列说法是否正确?
如不正确,请说明原因。
(1)煤的气化是指在隔绝空气条件下加强热,使煤中有机物转化成焦炭和可燃性气体的过程。
答:
错,煤的气化是指在氧气不足的条件下进行部分氧化,使煤中有机物转化成可燃性气体的过程。
(2)煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为CO和SO2,石油(汽油)在燃烧过程中产生的主要污染物为CO,因此石油产生的污染比煤炭轻。
答:
不确切,煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为SO2、NOx和CO,石油(汽油)在燃烧过程中产生的主要污染物为CO、NOx和HC,相对而言,石油产生的污染比煤炭轻。
(3)汽油的辛烷值分布在0~100之间,并对应于汽油的标号,80号的汽油表示汽油中含有80%辛烷和20%的其他烃类。
答:
错,汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性,并对应于汽油的标号,80号的汽油表示该汽油的抗震性相当于80%异辛烷和20%的正庚烷混合物的抗震性。
(4)为了避免含铅汽油对大气的污染,近年来世界各国普遍采用了甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)取代四乙基铅作汽油添加剂。
答:
不确切,甲基叔丁基醚(MTBE)添加剂在某些国家(如美国)已被禁止使用。
(5)发展核能是解决目前能源危机的重要手段,近年来北欧和我国政府均采取了积极的态度,加快核电站的建设。
答:
不确切,欧美大部分发达国家,基本上停建核电站或提前