《表面与胶体化学》电子教案大连交通大学

教 案2010-2011学年 第1学期教 学 单 位 环境与化学工程学院应用化学教研室 课 程 名 称 0050107012 课 程 编 号 表面与胶体化学 学 时 32 学 分 2 适 用 专 业 应用化学 年 级 四 授 课 教 师 车如心 职 称 教授 职 务 副院长 大连交通大学教务处制课 程 教 学 实 施 计 划授课教师车如心辅导教师（助教）实验（实践）教学指导教师车如心学 时 计 划总 学 时理论学时多媒体教学学时习题课实验学时3232使 用教 材名 称出 版 社出版时间获奖情况表面与胶体化学校内使用教材2008年参考书目界面与胶体的物理化学李葵英编著哈尔滨工业大学出版社1999年胶体与界面化学陈宗淇编著高等教育出版社2001年物理化学(第五版) 傅献彩主编高等教育出版社2005年国家奖应用胶体化学侯万国编著科学出版社1998年教学要求通过本课程的学习，使学生1掌握表面与胶体化学的基本概念、2掌握表面与胶体化学的基本性质与表面现象，3理解表面与胶体化学的一些基本理论和应用，4了解凝胶、乳状液两种典型胶体类型的制备、性质及应用，5了解表面活性剂及常用吸附剂的概念、性质及应用。通过本学科理论的建立和发展的介绍，培养学生的辨证唯物主义世界观和良好的科学素养。教学创新与更新相比于基础课，教学方法和教学手段有了很大的更新。在教学方法方面，从简单的填鸭式教学转变为启发式教学，强调理论教学和组织学生参加创新实践活动相结合及课内教学与课外自学相结合，使理科学生在学习知识的基础上培养创新能力，提高科学素质。教学手段采用多媒体与黑板相结合。在学生掌握表面与胶体化学的基本概念、模型及计算方法，了解不同类型的胶体体系的基本性质与应用，了解近代表面与胶体科学的成就和发展的同时，还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，这种训练和培养贯穿在课程教学的整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法。考核方式闭卷笔试成绩计算方法考试卷面成绩占80%平时成绩占20% 授 课 章 目 录学时分配教学方法与手段进度计划（周次）一 4多媒体教学5二 3多媒体教学6三 1多媒体教学6四 12多媒体教学7、8、9五 2多媒体教学10七 2多媒体教学10八2多媒体教学11习题课2第1 3章习题课11习题课2第4章习题课12机动2辅导、答疑或习题课12各 章 教 学 实 施 计 划授课章名称第一章 界面现象课时安排8授课时间1-8周每周周三3、4节教学目的、要求（分了解、理解、掌握 三个层次要求）：掌握表面吉布斯自由能、表面张力等表面现象的概念，理解表面现象的本质。掌握弯曲表面的性质，学会使用1、Young-Laplace 公式2、Kelvin 公式3、吉布斯方程4、润湿方程，并能用四个公式解释生产中的表面现象。理解吸附本质，了解吸附等温线的主要类型，能解释简单的表面反应动力学。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基本内容：1.1、表面张力及表面Gibbs自由能1、表面 2、表面张力人类对原子结构的认识过程1.2、弯曲表面的表面现象（以气-液界面现象为主）1、Young-Laplace 公式 2、Kelvin 公式1.3、新相生成与介安状态1.4、液-固界面现象1、润湿的基本类型 2、接触角(润湿角)1.5、吸附作用1、溶液表面的吸附（气-液相表面现象）-吉布斯方程2、固体表面的吸附（气-固相表面现象）-吸附等温式重点重点掌握四个表面现象公式计算及解释表面现象。难点理解表面吉布斯自由能、表面张力等概念及固体表面的吸附。讨论、思考题、作业：1表面吉布斯自由能、比表面吉布斯自由能、表面张力三者的概念、单位是否相同，如何表示?2固体表面有过剩的吉布斯自由能吗?它与液体有何不同?3气泡、液滴都呈球形，玻璃管口在高温加热后会变得光滑，这些现象的本质是什么?4试解释：人工降雨；有机蒸馏中加沸石；毛细管凝聚(下雨前地基潮湿所谓基湿而雨)；过饱和溶液、过饱和蒸气、过冷现象；重量法分析中的陈化作用等。5吉布斯自由能越低，则体系越稳定，所以物体总有降低本身吉布斯自由能趋势。试说明纯液体、溶液、固体是如何降低自己的表面吉布斯自由能的。6为什么气体在固体表面上的吸附总是放热的? 参考书目（含参考书、文献等）具体内容：物理化学(第五版) 傅献彩主编课 堂 教 学 实 施 计 划第 1 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 第一章 界面现象主要内容1.1、表面张力及表面Gibbs自由能1、表面 2、表面张力人类对原子结构的认识过程1.2、弯曲表面的表面现象（以气-液界面现象为主）1、Young-Laplace 公式1.1、表面张力及表面Gibbs自由能 一表面吉布斯自由能和表面张力 难点1通过多媒体图片介绍各种表面。 2表面吉布斯自由能：重点讲解表面层分子的状况与本体中不同，表面现象本质，引出表面吉布斯自由能。3表面张力：通过实验介绍表面张力及方向。二界面张力与温度、压力的关系1温度升高是，通常总是使界面张力下降，这可从热力学的基本公式中看出。约特弗斯曾提出温度与表面张力的关系式为 2界面张力与压力的关系比较复杂。1.2、弯曲表面的表面现象（以气-液界面现象为主） 重点 一弯曲表面下的压力 1通过多媒体图片介绍各种情况下的附加压力，并总结规律。2杨拉普拉斯公式（Young-Laplace equation）：是研究弯曲表面上附加压力的基本公式。若是球面，则变为，若为平面，则和，。3利用热力学进行推导4杨拉普拉斯公式的物理意义： 显然附加压力的大小与曲率半径有关。毛细管内充满液体，管端有半径为R的球状液滴与之平衡，外压为p0，附加压力为ps，液滴所受总压为pp0 ps 。 （1）液滴愈小则所受到的附加压力愈大。（2）如果液滴呈凹形，则R为负值，附加压力（ps）为负值，即凹面下液体所受到的压力比平面下要小。当把毛细管插入汞中时，管内汞面呈凸形。如液体能润湿毛细管，液面呈弯月凹面。如果液体不能润湿毛细管，则液面下降呈凸面。5、杨拉普拉斯公式应用可续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 2 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：界面现象主要内容1.2、弯曲表面的表面现象（以气-液界面现象为主）2、Kelvin 公式1.3、新相生成与介安状态二弯曲表面上的蒸气压 重点1开尔文（Kelvin）公式： 考虑在一定温度T时，设某液体与其饱和蒸气呈平衡液体（T，p1） ， 饱和蒸气（T，pg） 称为开尔文（Kelvin）公式。2开尔文（Kelvin）公式物理意义：从该式得知对于液滴（凸面，R0）其半径愈小，蒸气压反而愈大，而对于蒸气泡（凹面，R0），其半径愈小，液体在泡内的蒸气压也愈低，广义地说，在物系中每产生一个新相总是困难的。3开尔文（Kelvin）公式应用。1.3、新相生成与介安状态（亚稳状态）一、新相生成在一个稳定相中要生成另一个新相是很不容易的，这就叫做新相难成。如过饱和蒸气、过冷液体、过饱和溶液、过热液体等现象。这些现象都可以用开尔文公式来解释。因为开始形成的新相一定很小，由于曲率半径小，曲面上所受的附加压力就大。那小颗粒的溶解度、蒸气压一定比大粒子高，而小蒸气泡的蒸气压又比大气泡小，因而会形成过饱和溶液、过饱和蒸气、过冷液体和过热液体等。这些都是新相难成的具体表现形式。 二、常见的亚稳状态利用表面化学知识与学生一起讨论和定性、定量地解释过饱和蒸气、过冷液体、过饱和溶液、过热液体。可续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 3 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：界面现象主要内容1.4、液-固界面现象1、润湿的基本类型 2、接触角(润湿角)1.4、液-固界面现象当液体与固体接触时，随着液体和固体自身表面性质及液固界面性质的不同，液体对固体的润湿情况也不同，有的液体滴到固体上形成小圆珠，（如将水银滴在桌面上），有的液体却能在固体上辅成一层薄膜，（如将水滴在洁净的玻璃板上）。本节将简要介绍液体对固体的几种润湿情况以及接触角与润湿的关系。润湿的基本类型：沾附润湿、浸渍润湿、铺展润湿一粘附功、浸湿功和铺展系数1内聚功Wc（work of cohesion）：对于两个同样的液面转变为一个液柱的过程，吉布斯自由能变化为Wc称为内聚功（work of cohesion），是液体本身结合牢固程度的一种量度。2浸湿功在恒温恒压可逆情况下，将具有单位表面积的固体浸入液体中气固界面转变为液固界面（在过程中液体的界面没有变化），该过程的吉布斯自由能的变化值为称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗液体表面收缩而产生的浸湿能力，故又称为粘附张力。0是液体浸湿固体的条件。3铺展系数S：当S0时，液体可以在固体表面自动铺展。二接触角与润湿作用 重点1接触角：设液体在固体表面上形成液滴，达平衡时，在气、液、固三相交界处，气液界面和固液界面之间的夹角称为接触角，用表示，它实际湿液体表面张力g-1和液固界面张力1-s间的夹角。2杨氏公式：接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的，从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。可得如下结论： （1）如果，则，这是完全润湿的情况，在毛细管中上升的液面呈凹型半球状就属于这一类。 （2）如果，则，固体能为液体所润湿。 （3）如果，则，固体不为液体所润湿，如水银滴在玻璃上。3润湿的应用续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 4 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：界面现象主要内容1.5、吸附作用1、溶液表面的吸附（气-液相表面现象）-吉布斯方程2、固体表面的吸附（气-固相表面现象）-吸附等温式一、溶液表面的吸附（气-液相表面现象）-吉布斯方程 重点1吸附作用的概念及原理若所加入的溶质能降低表面张力时，则溶质力图浓集在表面层上以降低体系的表面能；反之当溶质使表面张力升高时，则它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低。但是，与此同时由于浓差而引起的扩散，则趋向于使溶液中各部分的浓度均一，在这两种相反过程达到平衡之后，溶液表面层的组成与本体溶液的组成不同，这种现象通常称为在表面层发生了吸附作用。平衡后，对于表面活性物质来说，它在表面层中所占的比例要大于它在本体溶液中所占的比例，即发生正吸附作用；而非表面活性物质在表面层所占比例比本体中的小，即发生负吸附作用。2吉布斯吸附公式为溶质的表面超额（surface excess，或称为表面超量）。3吉布斯公式得到如下结论： 若，即增加溶质活度使溶液的表面张力降低者，为正值，是正吸附。此时表面层中溶质所占的比例比本体溶液大。表面活性物质就是属于这种情况。 若，即增加溶质活度会使溶液的表面张力升高者，为负值，是负吸附。此时表面层中溶质所占的比例比本体溶液要小。非表面活性物质就是属于这种情况。 利用吉布斯公式可以讨论关于表面活性物质分子在两相界面上定向排列的问题。二、固体表面的吸附1固体表面的吸附：处在固体表面的原子，由于周围原子对它的作用力不对称，即原子所受的力不饱和，因而有剩余力场，可以吸附气体或液体分子。 2吸附等温线 当气体在固体表面被吸附湿，固体叫吸附剂（adsorbent），被吸附的气体叫做吸附剂。吸附量q通常是用单位质量的吸附剂所吸附气体的体积V（一般换算成标准状况（STP）下的体积）或物质的量n表示，如或3吸附现象的本质化学吸附和物理吸附 化学吸附与物理吸附的比较物 理 吸 附化 学 吸 附吸附力范德华力化学键力吸附热较小，近于液化热，一般在几百到几千焦耳每摩尔较大，近于化学反应热，一般大于几万焦耳每摩尔选择性无选择性有选择性吸附稳定性不稳定，易解吸比较稳定，不易解吸分子层单分子层或多分子层单分子层吸附速率较快，不受温度影响，故一般不需要活化能较慢，温度升高则速度加快，故需活化能续页 各 章 教 学 实 施 计 划授课章名称第二章 表面化学在生产中的应用课时安排10授课时间 8-16周教学目的、要求（分了解、理解、掌握 三个层次要求）：掌握表面活性剂结构、分类、物理化学性质，了解典型表面活性剂应用。掌握吸附剂分类、物理化学性质，了解典型吸附剂应用，如活性炭、分子筛、硅胶、活性铝、聚合物吸附剂和生物吸附剂等等。了解气-固相表面多相催化反应，理解其动力学机理。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基本内容1、表面活性剂及其作用2、吸附剂3、气-固相表面多相催化反应重点：表面活性剂、吸附剂难点：催化反应中的表面化学 讨论、思考题、作业：1 总结表面活性剂结构与应用间的关系及2 总结生产中常用十种吸附剂3 设计一个催化反应实验参考书目（含参考书、文献等）具体内容：荆忠胜.表面活性剂概论.2001 石油化工科学研究院起草.催化剂、吸附剂表面积测定法.2006课 堂 教 学 实 施 计 划第 5、6 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：第二章 表面化学在生产中的应用一、表面活性剂及其作用1表面活性剂某些物质当它们以低浓度存在于其一体系中时，可被吸附在该体系的表面（界面）上，使这些表面的表面自由能发生明显降低的现象，这些物质被称为表面活性剂。表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机化合物。2表面活性剂的结构对其效率及有效值的影响表面活性剂的效率：是指使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂浓度。表面活性剂的有效值：则是该表面活性剂能够把水的表面张力可能降低到的最小值。表面张力随表面活性剂浓度的增加而急骤下降，以后逐渐平缓。3表面活性剂的分类4根据表面活性剂的分类，介绍各类表面活性剂的结构特点及应用5、表面活性剂的几种重要作用润湿作用起泡作用增溶作用乳化作用洗涤作用在微粉制备及复杂形态无机材料合成中的应用6、高分子表面活性剂的分类及实例7、胶束结构憎水基被推出水面，伸向空气，亲水基留在水中，结果表面活性剂分子在界面上定向排列，形成单分子表面膜。分散在水中的表面活性剂分子以其非极性部位自相结合，形成憎水基向里、亲水基朝外的多分子聚集体，称为缔合胶体或胶束。表面活性剂分子开始形成缔合胶体的最低浓度称作临界胶束浓度(CMC)各种缔合胶束的形状球状层状 棒状8、表面活性剂的HLB值HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5石蜡无亲水基，所以 HLB=0；聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20；其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 7、8 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：第二章 表面化学在生产中的应用二、吸附剂1、吸附剂分类、特点2、常用吸附剂的结构、性能和改性硅胶：硅胶的制备方法、硅胶的物理结构和吸附性能、硅胶的表面结构和性能活性氯化铝：氢氧化铝氧化铝的孔结构氧化铝的表面性质和吸附性能活性氧化铝的质量指标活性炭：活性炭的种类、活性炭的制备方法和制炭理论、孔结构、活性炭的吸附行为吸附树脂：吸附树脂的制备原理、影响树脂吸附的因素粘土：粘土的晶体结构、黏土的某些物理化学性能、具有吸附作用的粘土硅藻土：硅藻土的种类和化学组成、硅藻土的孔结构、硅藻土的热稳定性分子筛：分子筛的种类和化学组成、分子筛的结构特点、分子筛的吸附性能、分子筛在其他方面的应用可续页课 堂 教 学 实 施 计 划第 9 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：第二章 表面化学在生产中的应用三、气-固相表面多相催化反应1化学吸附与催化反应 吸附是气固相多相催化反应的必经阶段。 对于气固相催化反应来说，固体表面是反应的场所，比表面的大小直接影响反应的速率，多采用比表面大的海绵状或多孔性的催化剂。化学吸附的强弱与催化剂的催化活性有密切的关系。可以就几种金属对合成氨反应速率的影响来进行比较。一个催化剂的活性与反应物在催化剂表面上的化学吸附强度有关。只有在化学吸附具有适当的强度时，其催化活性才最大。一个催化反应得以进行的首要条件是化学吸附。2气固相表面催化反应速率气固多相体系的动力学要比均相体系复杂得多。这主要是因为：（1）多相催化反应是在固体催化剂表面上实现的多步骤过程。一般说来，可有下列五步： （）反应五从气体本体，扩散到固体催化剂表面。（）反应物被催化剂表面所吸附。（）反应物在催化剂表面上进行化学反应。（）生成物从催化剂表面脱附。（）生成物从催化剂表面扩散到气体本体中。 这五个基元步骤有物理变化也有化学变化，其中（）、（）是物理扩散过程，（）、（）是吸附和脱附过程，（）是表面化学反应过程。每一步都有它们各自的历程和动力学规律。所以研究一个多相催化过程的动力学，既涉及到固体表面的反应动力学问题，也涉及到吸附和扩散动力学的问题。 （2）吸附、表面反应、解吸这三个步骤是在表面上实现的，因而它们的速率就与表面上被吸附物的浓度有关。 （3）反应涉及到固体催化剂的表面，但是目前我们对于固体催化剂的表面结构和性质知道得仍不够充分。 可续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 10 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：习题课1在293 K时，把半径为110-3m的水滴分散成半径为110-6m的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K时(H2O)72.75 mNm-1。 （答案：9.1510-4 J）解： N=(4/3)/(4/3)= /小颗粒的面积为： N4=4/r2大颗粒的面积为： 4面积增加倍速为：(4/r2)/4=r1/r2=103Gs=4(/r2-)=4(110-3)3/10-6-(110-3)272.810-3=9.1410-4J2在298 K时，1,2二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.910-3molL-1，计算直径为110-8m的NB微球在水中的溶解度。已知298 K时NB水的表面张力为25.7 mNm-1，NB的密度为1 566 kgm-3。 （答案：1.56710-3 moldm-3）解：根据开尔文公式 ：lnC/Co=2M/RT1/r 将数值代入，得：lnC/Co=225.710-3168/（15668.214298）=0.2226 C=7.3710-3 moldm-33373 K时，水的表面张力为58.9 mNm-1，密度为958.4 kgm-3，在373 K时直径为110-7m的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa外压下，能否从373 K的水中蒸发出直径为110-7m的气泡? （答案：99.91kPa）解：气泡为凹面，r=0.510-7mlnPr/Ps =258.910-31810-3/958.48.314373(-510-3)= -0.0143Pr=99.89KPa因PrP(外)，故不能蒸发出直径为110-7m的气泡。4水蒸气骤冷会发生过饱和现象。在夏天的乌云中，用干冰微粒撒于乌云中使气温骤降至293 K，此时水气的过饱和度()达4， 已知293 K时(HO)72.75 mNm-1，(H2O)997 kgm-3。求算：(1)开始形成雨滴的半径；(2)每一滴雨中所含的水分子数。（答案：7.810-10 m，66个）解：（1） 据开尔文公式 ：lnPr/Ps=2M/RTr 即ln4=272.7510-31810-3/(9978.314293r) r=7.810-10m(2)雨滴的体积 V=4(7.810-10)3/3=1.9910-27m3雨滴中的水分子数为：N=VL/M=1.9910-279978.021023/1810-3=66（个）5已知293 K时，(HO)72.75 mNm-1，（汞-H2O）37.5 mNm-1，（汞）= 483 mNm-1。试判断水能否在汞表面上铺展开来?解：cos=(汞)-(汞-水)/(水)48310-3-37510-3）/72.7510-3=1.48说明水能在汞表面上展开。6在298 K、101.325 kPa下，将直径1 的毛细管插入水中，在管内需加多大压强才能防止水面上升?若不加额外压强，则管内液面能升多高?已知该温度下(H2O)72.010-3 Nm-1，(H2O) 1 000 kgm-3，接触角0，重力加速度9.8 ms-2。（答案：pS =288kPa，h=29.38m）解：Ps2/r=27210-3/510-7=288103Pamg=2r 而m=r2h2/r=gh=288103Pah=28810-3/(10009.0)=29.39m7氧化铝陶瓷上需要涂银，当加热到1273 K时，液体银能否润湿陶瓷表面? 已知该温度下(Al2O3)1.0 N-1，液态银(Ag)0.88 Nm-1，(Al2O3-Ag)1.77 Nm-1。（答案：150，不能润湿）解：cos=(Al2O3-gAl2O3-Ag)/ Ag-g=(1.0-1.77)/0.88=-0.875=151o 不能润湿81 g活性炭吸附CO2气体，在303 K吸附平衡压强为79.99 kPa，在273 K时吸附平衡压强为23.06 kPa，求1 g活性炭吸附0.04 L标准状态的CO2气体的吸附热(设吸附热为常数)。 （答案：50.92J）解：把吸附当相平衡看待，应用克克公式ln(79.99/23.06)=(H吸/R)(1/303-1/273)H吸 =-28513 Jmol-1 吸附0.04mol的吸附热=H吸0.04/22.4= -51J各 章 教 学 实 施 计 划授课章名称第三章 胶体课时安排3授课时间 第6周教学目的、要求（分了解、理解、掌握 三个层次要求）：掌握胶体化学的基本概念，理解胶体的基本性质，了解胶体化学理论和概念的新发展。掌握胶体化学新的重要应用领域，注重理论联系实际，特别是联系胶体化学在功能性纳米材料方面的开发研究中的应用，掌握应用胶体化学基本原理解决实际问题时的思路和方法。教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基本内容：3.1胶体概述3.2胶体的制备和净化3.3胶体的性质3.4凝 胶3.5高分子溶液3.6乳状液重点：胶体的性质难点：高分子溶液讨论、思考题、作业：1用AsO与略过量的HS反应制成AsS胶体，试写出胶体的结构式。2为什么胶体会产生布朗运动?真溶液的分子有无布朗运动和热运动?3布朗运动的结果使胶体具有动力学稳定性，但布朗运动也有可能使胶体碰撞而聚沉，这种分析矛盾吗?4丁铎尔效应是如何引起的?粒子大小在什么范围内才能观察到丁铎尔效应?夕阳西下前看到太阳是红黄色的，而落下后的天空又是蓝色的，为什么?5江河入海处，常形成三角洲，风平浪静的大海清澈见底不像河水混浊，能解释吗?6热力学电势、电极电势和电势有何区别和联系?电解质的加入对它们有什么影响? 参考书目（含参考书、文献等）具体内容：课 堂 教 学 实 施 计 划第 11 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：第三章 胶体3.1胶体概述3.2胶体的制备和净化3.3胶体的性质3.1胶体概述一、 分散系的性质按分散相的分散程度分类（分散介质为连续相） 分散相的半径r/m分散体系类型r10-9分子（离子）溶液、混合气体10-9r10-7粗分散体系如乳浊液、悬浊液二、胶体分类分散剂 分散质名称 实例气体LS气-液溶胶 雾，云气-固溶胶 烟，含尘的空气液体GLS液-气溶胶 泡沫液-液溶胶 乳状液,牛奶，石油液-固溶胶 凝胶，悬浮液,黄油固体GLS固-气溶胶 泡沫塑料，沸石，分子筛固-液溶胶 凝胶，珍珠，某些宝石固-固溶胶 乳状液,豆腐,有色玻璃，合金 三、胶体基本特征1、分散性溶胶中粒子的大小约为 10-9-10-7m之间，其许多特性，如扩散作用快，不能透过半透膜，渗透压低，动力稳定性强，乳光亮度高等，都与其特有的分散程度密切相关。2、多相，胶团结构复杂性3、聚结不稳定性多相和高度分散导致热力学不稳定性，胶体粒子有聚结而降低表面积和表面能的趋势。即具有聚结不稳定性。 4、聚结稳定性 胶体分散相粒子表面也象真溶液中会形成溶剂而具有分散介质的性质。这种膜对分散相粒子起保护作用，使粒子在相互碰撞时不会结合在一起。胶体粒子能够保持单个独立状态而不相互结合的这种稳定性，即聚结稳定性。5、动力稳定性（具有动力稳定性说明胶体粒子非常活跃）四、胶团的结构3.2胶体的制备和净化一、溶胶的制备通常制备方法大致分两类：分散法、凝聚法。1、分散法-即使大块物质在有稳定剂存在时分散成胶体粒子的大小。（1）研磨法（2）胶溶法 （3）超声波分解法（4）电弧法胶体的净化1、 渗析2、 超过滤可续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 12 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：3.3胶体的性质通过多媒体布朗运动、丁达尔现象、电泳和电渗等实验讲授下面胶体的性质，使学生在了解胶体的一些重要性质和应用的基础上，认识到物质的性质不仅与物质的结构有关，而且与物质的存在状态有关。. 一、胶体的运动性质1、扩散2、布朗运动3、沉降二、胶体的光学性质光散射1、溶胶的电学性质和胶团结构2、电动现象及其应用3、质点表面电荷的来源4、胶团结构三、胶体稳定性1、溶胶的稳定性与DLV0理论2、溶胶的聚沉3、高聚物稳定胶体体系的理论四、流变性质1、基本概念和术语2、稀胶体溶液的强度3、浓分散体系的流变性质五、胶体粒子的大小与形貌1、电子显微镜的种类和原理2、胶粒的形状六、胶粒的扩散双电层理论七、溶胶的聚沉胶粒带电的一般规律 ：A. 带正电的胶粒：金属氧化物、金属氢氧化物 B. 带负电的胶粒：金属硫化物、非金属氧化物 可续页 课 堂 教 学 实 施 计 划第 13、14 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基本内容3.4凝 胶3.5高分子溶液3.6乳状液3.4凝 胶1、概述：凝胶及其通性、凝胶的分类2、凝胶的形成：凝胶形成的条件、凝胶形成的方法3、凝胶的结构4、胶凝作用及其影响因素：溶胶凝胶转变时的现象、影响胶凝作用的因素5、凝胶的性质：触变作用、离浆作用、膨胀作用、吸附6、凝胶中的扩散和化学反应：扩散作用、化学反应7、几种主要的凝胶：硅酸铝凝胶的制备和结构、特性高吸水性聚合物的制备和性能、高吸油性凝胶的制备和性能、凝胶色谱用凝胶、气凝胶3.5高分子溶液1、聚合物的分子量和分子量分布2、高聚物的溶解、溶胀及其在溶液中的形态3、溶液中高分子大小的表征：均方根末端距、均方回转半径4、高分子溶液的运动性质：扩散与超离心力场下的高分子沉降速度、小高分子溶液的黏度5、高分子溶液的平衡性质：高分子溶液的渗透压、Donnan平衡、聚电解质的渗透压3.6乳状液1、乳状液概述2、乳状液的制备和物理性质；混台方式、乳化剂的加入方式、乳状液的物理性质3、乳状液类型的鉴别和影响类型的因素：乳状液类型的鉴别、决定和影响现状液类型的因素4、影响乳状液稳定性的因素：乳状液是热力学不稳定体系、油水间界面的形成、界面电荷、乳状液的戮度、液滴大小及其分布、粉末乳化剂的稳定作用5、乳化剂的分类与选择：乳化剂的分类、乳化剂的选择6、乳状液的变型和破乳；乳状液的变型影响、现状液变型的因素、乳状液的破坏7、微乳状液；微乳状液的微观结构、助表面活性剂的作用、微乳状液的性质、微乳状液的应用前景可续页 授课章名称第四章 表面与胶体化学领域新的研究成果及其应用课时安排12授课时间7、8、9周教学内容（包括基本内容、重点、难点）：基本内容：重点和难点：讨论、思考题、作业：参考书目（含参考书、文献等）具体内容：课 堂 教 学 实 施 计 划第 15、16 课教学过程设计（复习、授新课、讨 论、其它）授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 其它教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 其它教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其它教学内容（包括基本内容、重点、难点）：第四章 表面与胶体化学领域新的研究成果及其应用4.1 胶体推进剂胶体化学在航天技术中的应用 化学推进剂是为火箭发动机提供能源和工质的化学制剂，通常含可燃物和氧化剂。 液体和固体火箭分解图1 胶体推进剂 以色列所用胶体推进剂推进剂胶凝剂含量燃料一甲肼（MMH）羟丙基纤维素（HPC）2%-4%肼羟乙基纤维素（HEC）2%-4%煤油（IP-8）二氧化硅4%-8%氧化剂抑制性红烟硝酸二氧化硅3%-5过氧化氢二氧化硅5-7水基模拟物丙烯酸聚合物0.3-1 2 胶体推进剂与液、固体推进剂性能比较几种推进剂安全性比较项目胶体推进剂液体推进剂固体推进剂撞击不敏感不敏感爆炸静电放电不敏感不敏感爆炸误点燃由系统设计阻止由系统设计阻止启动火箭引发灾难事故密闭空间内点燃燃烧产物无毒燃烧产物无毒HCI达致命密闭空间内溅洒导致毒性蒸发率低，有足够时间戴上防毒面具，进行惰性化或清除处理在短时间内蒸气达致命水平清除需配戴防毒面具、防护服，通过燃烧推进剂来惰性化自然填料燃烧直到耗尽填料燃烧直到耗尽不可控燃烧、爆炸子弹或碎片撞击撞击而燃烧直到耗尽满载燃烧直到耗尽爆炸4.2 胶体化学在造纸工业中的应用1 蒸煮过程中胶体化学理论的应用及实践2 洗涤过程中胶体化学理论的应用及实践3 漂白过程中胶体化学理论的应用及实践4 抄纸过程中胶体化学理论的应用与实践.5 在废液(水)处理过程中胶体化学理论的应用与实践4.3 高分子复混溶胀胶体材料防治煤炭自燃1 高分子复混溶胀胶体材料的防灭火机理及其特性2 应用实例 方案：首先在材料巷向工作面上隅角采空区灌注高分子复混溶胀胶体材料。又在运输巷向进风隅角的破碎煤岩灌注高分子复混溶胀胶体材料，防止采空区漏风。在沿空留巷段采取巷帮支护墙和高分子复混溶胀灰胶带措施减少采空区漏风。巷帮支护墙在运输巷沿空留巷的采空区侧进行，由碎煤和水泥按一定比例混合后砌成，墙体紧跟工作面液压支架。高分子复混溶胀胶体材料&粉煤灰隔离带位于巷帮支护墙的采空区侧，是粉煤灰和高分子复混溶胀胶体材料混合后通过泥浆泵灌注到墙里侧形成的。对采空区遗煤采取喷洒高分子复混溶胀胶体措施，防止遗煤自燃。效果：通过采取高分子复混溶胀胶体材料为主的综合防灭火技术措施，工作面未发生煤炭自然发火，总漏风率4.35 %，说明收到了较好的堵漏防火效果。在煤层自燃矿井采用“Z”字形通风，从某种意义上讲，为打破“在现行防灭火技术条件下，煤炭自燃矿井严禁采用前进式开采”的说法奠定了基础。4.3溶胶-凝胶法制备功能纳米材料.1 溶胶-凝胶法科学的历史和现状Sol-Gel科学的起源与陶瓷材料科学有着很深的渊源。早在19世纪中期，Ebelman就首次利用SiCl4和醇制备了金属烷氧基化合物。并发现通过缓慢水解这种硅酸酯可以获得一种透明固体，他曾预言“它有希望成为制备光学仪器的材料”。到了二十世纪七十年代，几个著名的陶瓷玻璃科学家集团的带领下，溶胶凝胶科学有了爆炸性的发展，并且其广泛的应用价值也得到了科学家们前所未有的重视。尤其到了纳米技术高涨的今天，通过SolGel技术制备各种纳米材料已成为公共的热点，另外这种方法很容易实现搀杂另外一种物质到凝胶中而不改变其固有的性质的特点，为Sol-Gel技术开拓了更为广阔的应用天地。2 原理及影响因素在凝胶中通常还含有大量的液相，需要借助萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应化合物微粒。用溶胶-凝胶法制备纳米粒子过程中，最重要的就是溶胶和凝胶的生成。过程中依次要发生水解反应和缩聚反应，其典型的反应式为 （失水缩聚）（失醇缩聚）可续页