Kolloidnaya_khimia_ZADAChNIK_1
.pdf19
12. Для определения поверхностного натяжения воды взвешивают капли, отрывающиеся от капилляра, и измеряют диаметр шейки капли в момент ее отрыва. Оказалось, что масса 318 капель воды равна 5 г, а диаметр шейки капли - 0,7 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение воды.
13. Для водного раствора пропилового спирта при 295 К найдены следующие значения констант уравнения Шишковского: В = 0,198, А = 0,151. Вычислите поверхностное натяжение раствора при концентрации спирта, равной 0,5 кмоль/м3. Поверхностное натяжение воды равно 72,53 мДж/м2.
14. Константы уравнения Шишковского для водного раствора валериановой кислоты при 0°С В = 0,194; К = 10,4. При какой концентрации кислоты поверхностное натяжение раствора будет равно 52,1.10-3 мН/м, если σводы = 75,49 мН/м?
15. С помощью тензиометра получены следующие
данные для водного раствора кокамидопропилбетаина С13СОNH(CH2)3-N+(CH2)3-CH2COO-:
с, моль/л |
0 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,06 |
φ, градус |
110 |
93 |
75,6 |
61,9 |
57,4 |
57 |
Постройте изотермы поверхностного натяжения и адсорбции ПАВ. Поверхностное натяжение воды равно 72,7 мН/м.
16. Определите, при какой концентрации поверхностное натяжение водного раствора масляной кислоты при 293 К будет равно 63,53 мН/м, если константы уравнения Шишковского в этом случае равны В = 0,173, А = 0,046 моль/м3. Поверхностное натяжение воды равно 72,53 мН/м.
17. Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водного раствора с воздухом при 0°С и концентрации с = 0,1 кмоль/м3, если константы уравнения
20
Шишковского в этом случае составляют В = 0,22, А = 0,0165 моль/м3. Поверхностное натяжение воды равно 75,49 мН/м.
18. Вычислите площадь, занимаемую 1 молем ПАВ при образовании насыщенного монослоя, если известно, что молекулярная масса ПАВ равна 97, ρ = 930 кг/м3, толщина слоя
δ = 7,5 А.
19. Определите поверхностную активность масляной кислоты на границе водного раствора с воздухом при 20°С по следующим данным:
с, кмоль/м3 |
0 |
0,021 |
0,05 |
0,104 |
0,246 |
σ, мДж/м2 |
72,53 |
68,12 |
63,53 |
58,6 |
50,3 |
Рассчитайте адсорбцию при концентрации раствора 0,08 кмоль/м3.
20. Рассчитайте величину адсорбции поверхностноактивного вещества, если поверхностное натяжение на границе раздела изменилось с 75,49 до 55,59 Дж/м2 при концентрации ПАВ 0,5 кмоль/м3 и температуре 293 К. Известно, что константа равновесия К равна 7,73 м3/моль.
21.Рассчитайте поверхностное давление π адсорбцион-
ного слоя валериановой кислоты при 20оС, если Гmax = 4 . 10-6 моль/м2.
22.С помощью уравнения Шишковского рассчитайте величину максимальной адсорбции лаурилглюкозида (С12Н25О-С6Н7О(ОН)4) на границе водного раствора с воздухом при 20°С по следующим экспериментальным данным:
с, моль/м3 |
0 |
0,03 |
0,061 |
0,125 |
0,25 |
0,5 |
σ, мДж/м2 |
72,53 |
50 |
43 |
34 |
30 |
28 |
21
23. Вычислите величину адсорбции валериановой кислоты на поверхности водного раствора о воздухом при 80°С и концентрации 2,9.10-3 кмоль/м3, если константы уравнения Шишковского в этом случае равны В = 0,28 и А = 0,05 моль/м3. Поверхностное натяжение воды равно 63 мДж/м2.
24. Рассчитайте величину максимальной адсорбции толуидина на поверхности раздела водный раствор – газ при 20оС по следующим данным:
с, кмоль/м3 |
0,01 |
0,05 |
0,2 |
0,5 |
0,8 |
-dσ/dc, Дж٠м/кмоль |
0,175 |
0,325 |
0,57 |
0,24 |
0,18 |
25. Постройте изотерму состояния мономолекулярного адсорбционного слоя лаурилдифенилдисульфоната натрия (Dowfax 2A1) на границе толуол - воздух, зная зависимость поверхностного натяжения ПАВ от концентрации при 293 К. Поверхностная активность ПАВ составляет 0,45 Дж.м/кмоль.
с, кмоль/м3 |
0 |
0,03 |
0,061 |
0,125 |
0,18 |
0,25 |
σ, мДж/м2 |
28 |
25 |
22,5 |
17 |
14 |
13 |
26. При адсорбционном насыщении при 23°С площадь, занимаемая молекулой неионного ПАВ оксиэтилированного алкилфенола С9Н19-С6Н4О-(С2Н4О)12Н , составляет 2,59 нм2. Вычислите константу В в уравнении Шишковского, если поверхностное натяжение воды равно 72,7 мДж/м2.
27. Для водного раствора пропилового спирта при 293 К найдены следующие константы уравнения Шишковского В = 0,198, А = 0,151. Вычислите поверхностное натяжение раствора и адсорбцию спирта при концентрации, равной 1,0 кмоль/м3. Поверхностное натяжение воды равно 72,53 мН/м.
28. Вычислите поверхностное натяжение воды при 13°С по методу счета капель, если диаметр трубки 4,1 мм, а 10 капель воды имеют объем 9,6.10-7 м3. Плотность воды 999 кг/м3.
22
29. Постройте диаграмму состояния поверхностной пленки изоамилового спирта при 293 К (π = f (sм)) по следующим данным:
с, моль/м3 |
0 |
0,022 |
0,045 |
0,09 |
0,18 |
0,26 |
σ, мДж/м2 |
72,7 |
62,2 |
58,6 |
43,6 |
39,7 |
39,5 |
Г.106, моль/м2 |
0 |
4,3 |
5,8 |
8,5 |
13,6 |
13,7 |
Часть 3. Адсорбция на границе газ - твердое тело, раствор - твердое тело.
1. При адсорбции углекислого газа на саже с удельной поверхностью 73,7·103 м2/кг были получены следующие данные:
р·10-2, Н/м |
9,9 |
49,7 |
99,8 |
200 |
А·102, моль/кг |
7,27 |
15,9 |
20,67 |
23,17 |
Рассчитайте площадь, занимаемую молекулой углекислого газа в плотном монослое, предполагая, что изотерма адсорбции описывается уравнением Ленгмюра.
2. По уравнению Ленгмюра вычислите величину адсорбции азота на цеолите при давлении 1,5·102 н/м2, если
Amax= 38,9·10-3 кг/кг, К = 0,156·10-2.
3. При адсорбции газообразного азота на активированном угле при 194 К были получены следующие данные:
p·10-3, Па |
1,86 |
6,12 |
17,96 |
33,65 |
68,9 |
А·103, м3/кг |
5,06 |
14,27 |
23,61 |
32,56 |
40,8 |
Значения А даны для азота при нормальных условиях. Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активного угля, принимая плотность газообраз-
23
ного азота равной 1,25 кг/м3, а площадь, занимаемую молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм2.
4. По константам уравнения Ленгмюра Гмакс = 18,2٠10-3 кг/кг и К = 0,1·10-2 рассчитайте величину адсорбции углекис-
лого газа на активном угле при давлении газа, равном 4 103 Н/м2,
5. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным адсорбции азота:
p/ps |
0,05 |
0,15 |
0,25 |
0,30 |
А·103, м3/кг |
0,15 |
0,5 |
0,8 |
23,17 |
Площадь, занимаемая молекулой азота в плотном монослое, равна 0,16 нм2, плотность азота 1,25 кг/м3.Рассчитайте удельную поверхность порошка стали, принимая sо молекулы стеариновой кислоты в насыщенном монослое 0,20 нм2.
6. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола на твердой поверхности. Площадь, занимаемая одной молекулой бензола sо = 49 10-2 м2.
|
р/рs |
0,024 |
0,05 |
|
0,14 |
0,20 |
0,265 |
0,35 |
||||||
А 105,кмоль/кг |
1,49 |
3,48 |
|
4,72 |
5,66 |
6,63 |
7,99 |
|||||||
|
7. При адсорбции углекислого газа на активированном |
|||||||||||||
угле получены следующие данные: |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
p·10-2, Па |
|
10,0 |
|
44,8 |
|
100,0 |
144.0 |
250,0 |
|
||||
|
А·103, кг/кг |
|
32,3 |
|
66,2 |
|
96,2 |
117,2 |
145,6 |
|
||||
Определите константы уравнения Бедекера-Фрейндлиха.
8. По приведенным данным рассчитайте (по БЭТ) удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола, если sо = 0,49 нм2.
24
|
р/рs |
0,04 |
0,05 |
0,15 |
|
0,22 |
0,27 |
0,36 |
|
|
|||
|
А 105,кмоль/кг |
3,45 |
4,53 |
6,24 |
|
7,24 |
8,05 |
9,29 |
|
|
|||
|
9. По изотерме адсорбции бензола определите удель- |
||||||||||||
ную поверхность адсорбента (Т = 293 К, |
sо = 49 10-20 м2) |
||||||||||||
|
р/рs |
0,05 |
0,12 |
|
0,20 |
|
0,30 |
|
0,40 |
|
0,50 |
|
|
|
А 105,кмоль/кг |
3,1 |
5,98 |
|
8,0 |
|
11,0 |
|
13,6 |
|
17,7 |
|
|
10. По экспериментальным данным адсорбции этана на цеолите при 298 К рассчитайте константы уравнения БЭТ:
Равновесное |
50 |
100 |
150 |
200 |
300 |
500 |
|
давление |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
р 10-2, Н/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
А 103,кмоль/кг |
2,0 |
2,37 |
2,53 |
2,63 |
2,77 |
2.84 |
Давление насыщенного пара рs = 37 105 Н/м2.
11. По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на цеолите при -17оС рассчитайте константы урав-
нения БЭТ, если давление насыщенного пара рs = 23,7 105 Н/м2.
Равновесное |
25 |
50 |
100 |
150 |
200 |
300 |
давление |
|
|
|
|
|
|
р 10-2, Н/м2 |
|
|
|
|
|
|
А 103,кмоль/кг |
3,64 |
3,83 |
3,94 |
4,03 |
4,10 |
4,19 |
12. Используя константы эмпирического уравнения Бедекера – Фрейдлиха β = 1,6 10-3 и 1/n =0,48, построите изотерму адсорбции углекислого газа на активированном угле при 20С в интервале давлений от 2 102 до 20 102 Н/м2.
25
13. Определите константы уравнения Фрейндлиха для адсорбции бензойной кислоты на угле по следующим данным:
с, кмоль/м3 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,053 |
А 103 кмоль/кг |
0,5 |
0,66 |
0,8 |
0,93 |
1,04 |
14.При адсорбции неионого ПАВ RO(CH2CH2O)8H (R
–С10) на саже из водного раствора различной концентрации получены следующие экспериментальные данные:
с, моль/м3 |
0,02 |
0,07 |
0,22 |
0,4 |
|
|
|
|
|
А∙107, моль/г |
12 |
22,5 |
28,5 |
28,5 |
Определите удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой ПАВ sо = 0,86∙10 нм2.
15. При адсорбции из водного раствора ПАВ на гидрофобной поверхности образуется насыщенный адсорбционный слой толщиной 6,25 10-10 м. Рассчитайте молекулярную массу ПАВ, если его плотность 890 кг/м3, а площадь, занимаемая одной молекулой в насыщенном слое sо=29,7 10-20 м2.
16. Вычислите константу скорости адсорбции полибутадиена на сульфате кальция из растворов в гексане (концентрация раствора 1%, Т = 293 К) по следующим экспериментальным данным:
. мин |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
45 |
60 |
А 103. кг/кг |
0,9 |
1,5 |
2,22 |
2,5 |
2,75 |
3,1 |
3,1 |
17. При адсорбции стеариновой кислоты на сульфате кальция из толуольного раствора различной концентрации получены следующие экспериментальные данные:
с 103 кг/м3 |
2,5 |
5,0 |
7,5 |
10,0 |
А·103, кг/кг |
2,0 |
3,75 |
5,5 |
7,5 |
Определите удельную поверхность адсорбента, если известно, что площадь, занимаемая одной молекулой кислоты в насыщенном монослое, равна 0,205 нм2.
26
18. Вычислите константу скорости адсорбции лаурилдиметилбензиламмоний хлорида на силикагеле из водных растворов при 026оС по следующим экспериментальным данным:
, мин |
5 |
15 |
30 |
45 |
60 |
120 |
А 104,кмоль/кг |
0,51 |
0,87 |
1,37 |
1,65 |
1,94 |
2,01 |
19. Используя константы эмпирического уравнения Фрейндлиха =1,5 10-4 и 1/n = 0,32 построить изотерму адсорбции пропионовой кислоты на угле при 290 К в интервале концентраций от 0,03 10-3 кмоль/кг до 0,66 10-3 кмоль/кг.
20. Полистирол с молекулярной массой 3 105 адсорбируется из толуольного раствора на углеродном волокне, имеющим удельную поверхность 0,12 м2/кг. Величина предельной адсорбции при образовании монослоя равна 0,033 кг/кг. Рассчитайте площадь, приходящуюся на 1 молекулу полистирола в плотном монослое.
21. При адсорбции полибутадиена из раствора в гексане при температуре 293К на сульфате кальция получены следующие экспериментальные данные:
с, кг/м3 |
2,0 |
4,2 |
6,4 |
8,0 |
А·103, кг/кг |
2,03 |
4,22 |
6,97 |
7,6 |
Определите константы уравнения Ленгмюра.
22. Рассчитайте константы уравнения Ленгмюра по результатам адсорбции стеариновой кислоты из растворов в н- гексане при различной концентрации на порошке стали:
с 105, моль/л |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
7,0 |
10,0 |
15,0 |
А 103, кг/кг |
0,786 |
0,864 |
1,0 |
1,17 |
1,3 |
1,47 |
23. Определите краевой угол смачивания, образованный каплей воды на твердом теле, если поверхностные натяжения на границе воздух - твердое тело, жидкость - твердое
27
тело и жидкость-воздух соответственно равны 0,067; 0,020 и 0,074 Дж/м2.
24. Рассчитайте работу адгезии для воды, глицерина и бензола, смачивающих фторопласт. Поверхностное натяжение (на границе с воздухом) воды, глицерина и бензола соответственно равны 71,96; 63,2 и 28,9 мДж/м2, а краевые углы составляют 108, 100 и 46°.
25. Вычислите коэффициент растекания и определите, будет ли растекаться нормальный гексан по воде, если работа когезии для гексана 0,0368 Дж/м2, а работа адгезии гексана к воде 0,0401 Дж/м2.
26. Краевой угол воды на парафине равен 111° при 298 К. Для 0,1 М раствора бутиламина в воде поверхностное натяжение составляет 56,3 мДж/м2, краевой угол на парафине равен 92°. Рассчитайте поверхностное давление пленки бутиламина, адсорбированного на поверхности парафин - вода. Поверхностное натяжение воды = 71,96 мДж/м2.
27.Экспериментально получено значение коэффициента растекания гептанола по воде, равное 37 мН/м. Рассчитайте межфазное натяжение на границе вода - гептанол, принимая значения поверхностных натяжений воды и гептанола соответственно 71,96 и 26,1 мН/м.
28. Вычислите поверхностное натяжение олеиновой кислоты, если коэффициент растекания ее по воде равен 24,5 мДж/м2.Поверхностное натяжение воды равно 72,5·10-3 Дж/м2, межфазное натяжение составляет 0,016 Дж/м2.
29. Через водную суспензию, состоящую из частиц кварца и графита, пропускается воздух. Какие частицы будут выносится с пеной, если краевой угол кварца 0°, графита 60°?
28
30. Порошок кварца и серы осторожно высыпали на поверхность воды. Какое явление можно наблюдать, если краевой угол для кварца 0°, для серы 78°?
31. Рассчитайте работу адгезии глицерина к 14% гелю желатины, нанесенному на парафин, если краевой угол равен 69°. Поверхностное натяжение глицерина = 63,4 мН/м. Найдите коэффициент растекания глицерина по поверхности геля.
32. Рассчитайте работу когезии вазелинового масла и работу адгезии к гелю желатина, сформированному на фторопласте, если краевой угол равен 40°. Поверхностное натяжение вазелинового масла 30 мДж/м2.
33. Вычислите краевой угол, образованный формамидом на поверхности желатинового геля, если работа адгезии составляет 48,7 мДж/м2. Поверхностное натяжение формамида равно 38,2 мДж/м2.
34. Коэффициент растекания хлорбензола на поверхности воды при 20°С составляет 2,3 мДж/м2. Рассчитайте межфазное натяжение на границе двух жидкостей, принимая значения поверхностного натяжения воды и хлорбензола соответственно 71,96 и 35,97 мДж/м2.
35. Определите краевой угол, образованный каплей воды на кварцевом стекле, если поверхностные натяжения на границе воздух - твердое тело, жидкость - твердое тело и
жидкость-воздух соответственно равны 0,740; 0,668 и 0,072 Дж/м2.