(整理)表面现象和分散系统
08 表面现象与分散系统
Physical Chemistry
p 1 C 1 p * * V p p VmC VmC p
V—T、p下质量为m的吸附剂吸附达平衡时吸附气体的体积； Vm—T、p下质量为m的吸附剂盖满一层时吸附气体的体积；
Physical Chemistry
8.表面现象与分散系统
Physical Chemistry
目录
（一）表面现象
§8.1 表面自由能与表面张力
§8.2 纯液体的表面现象 §8.3 气体在固体表面上的吸附 §8.4 溶液的表面吸附 §8.5 表面活性剂及其作用 §8.8 溶胶的电性质 §8.9 溶胶的聚沉和絮凝
RT ln( p p )
0 ' 0
r RT ln( p p )
0 ' r 0
r RT ln( pr' p ' )
8 rdr 2 p 2 4 r dr r
G r Vm ( pr p) Vm p
pr' 2 M ln ' p RTr
Physical Chemistry
§8.2 纯液体的表面现象
（1）附加压力 由于表面能的作用，任何液面都 有尽量紧缩而减小表面积的趋势。 如果液面是弯曲的，则这种紧缩 的趋势会对液面产生附加的压力。
p ' p p
当活塞的位置向下作一无限小的移动时，则有
p ' dV pdV pdV
a kbp
2.当气体压力很大时，bp>>1，得
ak
第九章 表面现象与分散体系
2. 用表面张力计算
肥皂膜FΒιβλιοθήκη σW Fdx 2 表面张力 l dx
显然： 自由能 表面张力
《高分子材料化学基础》
六、溶质对表面张力的影响
1. d / dc 0
1
非表面活性物质
无机盐、不挥发酸碱
2. d / dc 0
2
表面活性物质
3
短链脂肪酸、醇、醛
0
c2
3. 表面活性剂：明显降低水的表面张力的两亲性质 的有机化合物
式中，A表示某物质的表面积；V表示该物质的体积； 比表面积As的单位是m-1。
《高分子材料化学基础》
1).对于边长为l的立方体颗粒，其比表面积：
As
A V
6l 2 l3
6 l
2).对于半径为r的球形颗粒，其比表面积：
As A 4 r2 3 V 4r3 r
3
《高分子材料化学基础》
对于松散的聚集体或多孔性物质，其分散 程度常用单位质量所具有的表面积Aw来表示， 即：
《高分子材料化学基础》
表面张力σ(Surface
Tension)
在两相界面上，处处存在着一种张力，它垂直于表面的单位 线段上，指向使表面紧缩的方向并与表面相切。
作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 σ表示，单 位是N·m-1。
肥皂膜
F
注意：
1. 表面张力是作用在单位长度线段 上的力，量纲为Ｎ m-1
润湿的变成不润湿——去润湿作用.原理是用表面活性物质的
极性部分选择性吸附,非极性部分向外呈憎水性.典型的就是 矿石的浮选,富集矿物.
一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),内壁要疏 水化,使用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留.
第8章 A2 表面现象与分散系统
通过大量观察，得出结论： 粒子越小，布朗运动越激烈。 其运动激烈的程度不随时间 而改变，但随温度的升高而 增加。
b.1905年和1906年 爱因斯坦 （Einstein）和斯莫 鲁霍夫斯基（Smoluchowski）
认为Brown运动是分散介质 分子热运动的必然结果，分子 以不同大小和不同方向的力对 胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所 以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。
随着粒子增大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可 能性亦大。当半径大于~5um，Brown运动消失。
3. 扩散
在有浓度梯度存在时，物质粒子因热运动（布朗运动） 而发生宏观上的定向迁移现象（即由高浓度处向低浓度处 移动），称为扩散。
先将体系抽真空，然后适当 加热管2和管4，使钠和苯的蒸气 同时在管5 外壁凝聚。
除去管5中的液氮，凝聚在外
壁的混合蒸气融化，在管3中获 得钠的苯溶胶。
2.溶胶的净化
(1).渗析法 (2).超过滤法
在制备溶胶的过程中，常生成一些多余的电解质， 如制备Fe(OH)3溶胶时生成的HCl。
少量电解质可以作为溶胶的稳定剂，但是过多的电 解质存在会使溶胶不稳定，容易聚沉，所以的大分子溶解在合适的溶剂，
一旦将溶剂蒸发，大分子化合物凝聚，再加入溶剂， 又可形成溶胶，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系， 是均相真溶液。
3.缔合胶体（也称为胶体电解质）
分散相 是由表面活性剂缔合形成的胶束，通常以水作为 分散介质。
胶束中表面活性剂亲油基团向里，亲水基团朝外， 分散相和分散介质间有较好的亲和性。是一种多相但热 力学上是稳定的体系。
第八章表面现象与分散系统(效果).
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三. 弯曲液面下的附加压力Δ P
(4)对于液体中的气泡（凹液面）液体的压力 P ¢= P空气的压力 - D P (5)对于液泡如肥皂泡，泡内气体的压力比泡外的压力大， 4s D P = （内外半径几乎相等） r
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四. 弯曲表面上的蒸气压
设小液滴的饱和蒸气压为Pr/， 平面液体的饱和蒸气压为P ¢ l g 两相平衡时
r：弯曲液面的曲率半径；R：毛细管半径； 2s cos q q：接触角 \ h = r gR
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七.气体在固体表面上的吸附 1.气固吸附的本质 ①固体表面分子对碰撞到固体表面上的气体分子有 吸引力 ②气体分子被吸附到固体表面时，能降低固体的表面 能，使固体系统趋于稳定 2.气固吸附 气体分子在固体表面上相对聚集的现象称为气体 在固体表面上的吸附 3. 吸附剂 吸附气体的固体物质称为吸附剂
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3
一. 表面自由能
对于等温等压下的可逆过程 dW ¢= dGT , P \ dGT , P = s dA ? s s 的物理意义： 在恒温恒压下，增加单位表面积所引起的体系的 吉布斯自由能（函数）的增加值，即单位表面积上的 分子比相同数量的内部分子过剩的吉布斯自由能（函数） ，称之为表面自由能（或比表面自由能）
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七.气体在固体表面上的吸附
气体在固体表面上的吸附量a kbP a = kq = 1 + bP a、当bP 1时，a = kbP(吸附量与平衡分压成正比) b、当bP 1时，a = （吸附达到饱和，固体表面已 k 被气体分子全部覆盖） P P 1 c、当气体压力适中时： = + a k kb
物理化学简明教程第八章山东大学
非离子型
酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚类
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2020/11/16
§8.5 表面活性剂及其作用
• 2 胶束和临界胶束浓度 • 当浓度大到一定程度时，众多的表面活性剂分
子会结合成很大的集团，形成如图8.13所示的 球状、棒状或层状的“胶束”。
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2020/11/16
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2020/11/16
§8.4 溶液的表面吸附
(1)浓度很小时，
kc
(2)浓度很大时，
吸附分子的截面积
A 1 ΓL
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2020/11/16
§8.4 溶液的表面吸附
• 4 表面膜
• 根据表面活性剂分子的相对浓集和定向排列， 可以制备各种具有特殊功用的表面膜。
• 例如，将一种不溶于水的磷脂酸类化合物溶于 某种挥发性有机溶剂中，然后将该溶液滴在水 面上，任其铺展成很薄的一层。由于表面吸附 作用，磷脂酸类化合物会在两液相的界面上定 向排列，待有机溶剂挥发后，水面上就会留下 一层不溶性表面膜。
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2020/11/16
3 BET多分子层吸附等温式
• 在朗格缪尔吸附理论的基础上，1938年勃劳纳
尔（Brunauer）、爱密特（Emmett）和泰勒
（Te11er）三人提出了多分子层的气固吸附理
论，导出了BET公式：
V
VmCp
(p*p)1[(C1)p/p*]
• V与Vm分别是气体分压为p时的吸附量与饱和吸 附量；p*是饱和蒸气压；C是与吸附热有关的
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8.3 气体在固体表面上的吸附
[高等教育]第八章 表面现象与分散系统
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界面张力。
10
（2）温度的影响 同一种物质，温度升高，体积膨胀，分子之间的相互 作用减弱，其表面张力减小。当达到临界温度Tc时，界面 张力趋向于零。 因为 运用全微分的 性质，可得：
S ( )T , P ,nB ( ) A, P ,nB As T
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加 的。所以 随T的增加而下降。
7
F=2γl
γ：表面张力，单位：N.m-1
表面张力γ: 为垂直作用于单位长度相界面上的力。为 物质特征，与T、p、组成及另一相有关。 纯液体γ: 液体与饱和了其本身蒸汽的空气接触时 而言。 非纯液体γ: 与组成物质的性质有关。
8
γ: 表面吉布斯函数、表面功。单位 J· m-2。 γ：界面张力, 垂直作用于单位长度表面上的力。 单位 N· m-1。 由于J＝N· m，所以表面吉布斯函数、表面功与 界面张力的量纲相同。它们描述系统的同一个强度 性质，是系统的同一个热力学变量，但却不是完全 相同的一个量：①描述的角度不同，一个是能量概 念，另一个是力的概念。②单位不同。③界面张力 是矢(向)量，而表面能是标(非向)量。 γ的两种意义是等价的。一般情况下两者可以相互通用。
2
比表面（specific surface area）
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具 有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表 面积。即：
Am A / m
或
AV A / V
Байду номын сангаас
式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表 面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和 色谱法。
附加压力示意图
所有的点产生的总压力 为ps ，称为附加压力。凸面 上受的总压力为：po+ ps po为大气压力。
表面现象及分散体系
https://
REPORTING
• 表面现象概述 • 分散体系概述 • 表面现象与分散体系的关系 • 分散体系的稳定性 • 分散体系的制备与表征 • 表面现象及分散体系的未来发展
目录
PART 01
表面现象概述
REPORTING
WENKU DESIGN
减小粒子粒径和优化粒径分布，可以增加 体系的稳定性。
调节粒子表面电性
改变分散介质性质
通过电泳、离子交换等方法调节粒子表面 电荷性质和分布，以增强体系的稳定性。
选择合适的分散介质，调整其性质如黏度 、表面张力等，也可以提高体系的稳定性 。
PART 05
分散体系的制备与表征
REPORTING
WENKU DESIGN
THANKS
感谢观看
REPORTING
https://
PART 06
表面现象及分散体系的未 来发展
REPORTING
WENKU DESIGN
表面现象及分散体系的研究现状
表面活性剂在分散体系中的应用研究
表面活性剂能够降低界面张力，提高分散体系的稳定性，是重要的分散剂。目前，研究者们正在研究如何通过改变表 面活性剂的分子结构和性质，提高其在不同分散体系中的性能。
要点二
生物医学领域的应用
表面现象及分散体系在生物医学领域 具有广泛的应用前景，如药物传递、 基因治疗、组织工程等。未来，研究 者们将致力于开发具有生物相容性和 功能性的表面现象及分散体系，为生 物医学领域的发展提供支持。
要点三
环境治理方面的应用
表面现象及分散体系在环境治理方面 也有重要的应用价值，如水处理、土 壤修复等。未来，研究者们将探索如 何利用表面现象及分散体系处理环境 问题，实现环境友好和可持续发展。
第八章表面现象与分散系统
6、了解溶胶的制备与净化方法。
教
学
重
点
1、表面自由能与表面张力。
2、弯曲表面现象。
3、溶液的表面吸附。
4、胶体分散系统的特征。
5、溶胶的电性质。
6、溶胶的聚沉。
7、溶胶的制备。
教
学
难
点
1、弯曲液面下的附加压力。
2、弯曲液面上的饱和蒸汽压。
三、大分子化合物对溶胶稳定性的影响。
1、保护作用。
2、敏化作用。
3、絮凝作用。
§8.10溶胶的制备与净化
一、溶胶的制备。
1、分散法。
2、凝聚法。
二、溶胶的净化。
教
学
进
度
及
课
时
分
配
节次
内容
学时
第八章
表面现象及分散系统
8学时
第一节
表面自由能与表面张力
1
第二节
纯液体的表面现象
1
第三节
气体在固体表面上的吸附
1、胶束的形成及特征。
2、临界胶束浓度。
三、表面活性剂的作用。
1、润湿作用。
2、增溶作用。
3、乳化作用。
§8.6分散系统的分类
一、分散系统的定义。
二、分散系统的分类。
1、按分散程度的高低及分散粒子的大小分。
2、按分散相与分散介质的聚集状态分。
§8.7溶胶的光学及力学性质
一、丁达尔现象。
1、丁达尔现象。
一、溶液表面的吸附现象。
1、表面吸附现象及正、负吸附。
2、产生原因。
二、吉布斯吸附公式。
1、吸附公式。
2、吸附量的意义。
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第八章表面现象和分散系统一、填空题1、半径为r的球形肥皂泡内的附加压力是。
2、液滴的半径越小，饱和蒸气压越，液体中的气泡半径越小，气泡内液体的饱和蒸压越。
3、憎液固体，其表面不能被液体所润湿，其相应的接触角θ 90°。
4、相同温度下，同一液体，随表面曲率半径不同具有不同的饱和蒸气压，若以P平、P凹、P凸分别表示平面、曲面、凸面液体上的饱和蒸气压，则三者的关系是。
5、加入表面活性剂，使液体的表面张力，表面活性剂在溶液表面的浓度一定它在体相的浓度。
6、润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成关系，与液体的表面张力成关系。
7、温度升高时，纯液体的表面张力。
8、氢氧化铁溶胶显色，胶粒直径的大小在 m之间。
由于氢氧化铁溶胶胶粒带电荷，所以通过直流电时，在附近颜色逐渐变深。
9、丁达尔效应是光所引起的，其强度与入射光波长的次方成比例。
10、乳状液的类型可以分为和两类，亲水性固体粉末和憎水性固体粉末可以分别作为型和型乳状液的乳化剂。
11、在讨论固体对气体等温吸附的兰格谬尔理论中，最重要的基本假设为：吸附是层的。
12、表面活性物质在结构上的特点是同时具有基和基。
13、KI与过量的AgNO3形成溶胶，该溶胶电泳时胶粒向移动；在KCl、K2C2O4、K 3Fe（CN）6三种电解质中，对该溶胶聚沉能力最大的是。
二、单选题1、氧气在某固体表面的吸附，温度在400K时进行的速度较慢，在305K时更慢，该吸附过程主要是（）A.物理吸附B.化学吸附C.不能确定D.物理吸附与化学吸附同时发生2、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。
（）A.大泡变小，小泡变大B.小泡变小，大泡变大C.两泡大小保持不变D.不能确定3、晶体物质的溶解度和熔点与其颗粒半径的关系是（）A.半径越小，溶解度越小，熔点越低B.半径越小，溶解度越大，熔点越低C.半径越小，溶解度越大，熔点越高D.半径越小，溶解度越小，熔点越高4、在一密闭容器内，放有大小不等的圆球形小水滴，经放置一段时间后，会出现的现象是（）A.小水滴变大，大水滴变小，直至大小水滴半径相等B.小水滴变小，直至消失，大水滴变的更大C.大小水滴保持原来的半径不变D.水滴大小变化无规律5、关于表面张力和表面自由能，下列说法正确的是( )A.物理意义相同，量纲和单位不同B.物理意义不同，量纲和单位相同C.物理意义和量纲相同，单位不同D.物理意义和单位不同，量纲相同6、通常称为表面活性剂的物质是指将其加入液体中后( )A.能降低液体的表面张力B.能增大液体的表面张力C.能显著增大液体的表面张力D.能显著降低液体的表面张力7、下述现象中与表面活性物质无关的是( )A.乳化B.润湿C.起泡D.溶解8、毛笔蘸上水，笔毛就会粘在一起，这是因为 ( )A.笔毛上的水在空气中有自动收缩减小表面的趋势B.笔毛被润湿C.水是表面活性物质D.水具有粘度9、对于水平液面，其值为零的物理量是( )A.表面自由能B.表面张力C.附加压力D.比表面能10、对于化学吸附，下面说法中不正确的是( )A.吸附是单分子层B.吸附力来源于化学键力C.吸附热接近反应热D.吸附速度较快，升高温度则降低反应速度11、下列各性质中不属于溶胶动力学性质的是( )A.布郎运动B.扩散C.电泳D.沉降平衡12、在外加电场作用下，胶体粒子在分散介质中移动的现象称为( )A.电渗B.电泳C.沉降D.扩散13、Langmuir气固吸附理论中，下列叙述中错误的是( )A.吸附是单分子层吸附B.吸附热是常数C.在一定条件下，吸、脱附之间可以达到平衡D.吸、脱附速率都与气体的压力成正比14、对于指定的液体，恒温条件下，有( )A.液滴的半径越小，它的蒸气压越大B.液滴的半径越小，它的蒸气压越小C.液滴的半径与蒸气压无关D.蒸气压与液滴的半径成正比15、凡溶胶达到等电状态，说明胶粒 ( )A.带电，易聚沉B.带电，不易聚沉C.不带电，很易聚沉D.不带电，不易聚沉16、过量的KI与AgNO3混合制溶胶，其结构为[(AgI)m·n I-·(n-x)K+]x-·x K+，则胶粒是指 ( )A.(AgI)mB.(AgI)m·nI-C.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+] x-D.[(AgI)m·nI-·(n-x)K+]x-·xK+17、不一定。
温度升高时，多数液体的表面张力( )A.增大B.减小C.不变D.不一定18、在新生的Fe(OH)3沉淀中加入少量稀FeCl3溶液，则沉淀( )A.溶解B.沉淀增加C.无现象D.先溶解后又沉淀19、哪种体系能产生明显的丁达尔现象( )A.As2S3溶胶B.聚苯乙烯的甲苯溶液C.牛奶D.NaCl的水溶液20、在装有部分液体的毛细管中，如图，当在右端加热时，液体移动的方向是( )A.左移B.右移C.不动；D.不一定21、对于有过量KI存在的AgI溶胶，哪一种电解质的聚沉能力最强（）A.K3[Fe（CN）4] B.M g S O4C.F e C l3D.M g C l222、下列对电动电势ξ不正确的描述是（）A.ξ电势表示胶粒溶剂化层界面到均匀液相内的电势B.少量外加电解质易引起ξ电势值的变化C.ξ电势的绝对值总是大于热力学电势D.ξ电势的绝对值越大，溶胶越稳定23、在等电点，两性电解质或溶胶在电场中（）A.不移动B.向正极移动C.向负极移动D.不能确定24、溶液表面层对溶质B发生吸附，若CB （表面浓度）< CB0,（本体浓度），则（）A. 称为负吸附，溶液表面张力σ增加B.称为正吸附，溶液表面张力σ增加C.称为负吸附，溶液表面张力σ下降D.称为正吸附，溶液表面张力σ下降三、多选题1、下列现象属物理吸附的是 ( )A.只有单分子层吸附B.既有单分子层吸附又有多分子层吸附C.吸附时放热较多D.定位吸附E.非定位吸附2、化学吸附的特征是 ( )A.吸附力为化学键力B.吸附层为单分子层或多分子层C.通常可逆D.吸、脱附速度快E.具有选择性3、表面活性物质的下列性质表述不正确的是( )A.表面活性物质溶入后，使液体的表面张力显著降低B.表面活性物质溶入后，使液体产生正吸附C.表面活性物质溶入后，使液体产生负吸附D.表面活性物质溶入后，使液体表面张力增加E.表面活性物质可引起去污、加溶作用4、对憎液溶胶而言，下列说法中不正确的是( )A.胶粒大小在10-9 ～10-7mB.能透过半透膜C.丁达尔现象较强D.多相系统E.加入微量电解质后不产生聚沉现象5、表面活性剂的分子结构是( )A.非极性的B.对称极性的C.有极性又有非极性基团D.不对称双结构的E.有活性官能团6、分散相和分散介质都是液体的是( )A.牛奶B.原油C.油漆D.烟E.雾7、能产生明显的光散射现象的体系是 ( )A.明胶B.牛奶C.NaOH溶液D.SiO2溶胶E.烟尘8、对于电渗和电泳，下列说法正确的是( )A.电渗时，双电层的溶剂化层运动，扩散层中离子不动B.电渗时，扩散层中的溶剂化反离子运动，溶剂化层不动C.电泳时，胶粒不动，扩散层中的反离子运动D.电泳时，扩散层中反离子不动E.电泳和电渗都是外电场引起的运动9、丁达尔现象是光射到粒子上产生了( )A.折射光B.反射光C.散射光D.乳光E.透射光10、Langmuir气固吸附理论中，下列叙述中正确的是( )A.吸附是单分子层或多分子层B.吸附热是常数C.被吸附的分子之间有均匀的作用力D.在一定条件下吸、脱附之间可以达到平衡E.吸、脱附速率都与气体的压力成正比11、弯曲液面所产生的附加压力( )A.可正、可负、不等于零B.一定等于零C.一定大于零D.一定小于零E.一定不等于零12、根据吉布斯吸附等温式，在一定温度下，表面溶质的过剩吸附量Г决定于( )A.表面张力随浓度自然对数的变化率B.表面张力随浓度变化率(dσ/dc)C.溶液的表面张力σD.溶液的浓度cE.浓度及表面张力随农度的变化率13、当一束可见光照射溶胶发生散射时，则( )A.散射光是淡兰色B.散射光是淡红色C.透射光是淡红色D.透射光是淡兰色E.无法判断14、当水在一定温度下，由微小液滴聚集成大液滴时，则该体系( )A.表面自由能降低B.表面张力升高C.表面积增大D.体积增大E.蒸气压降低15、在完全能被液体润湿的毛细管中，液体上升的高度( )A.反比于毛细管半径B.反比于液体粘度C.反比于接触角D.正比于空气压力E.正比于液体表面张力四、简答题1、在护工生产中，固体原料的焙烧，目前很多采用沸腾焙烧，依表面现象分析有哪些优点？2、在进行蒸馏实验时要在蒸馏瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸，其道理何在？3、如果在一杯含有极微小蔗糖晶粒的蔗糖饱和溶液中，投入一块较大的蔗糖晶体，在恒温密闭的条件下，放置一段时间，这杯溶液有什么变化？4、水在玻璃管中呈凹形液面，但水银则呈凸形液面，为什么？5、亲水性固体表面，经过表面活性剂（如防水剂）处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？6、显微镜为何要用强的光源？7、如何理解溶胶是动力学上稳定而热力学上不稳定的系统，且有聚沉不稳定的特性？8、在三个烧杯中各装有20cm3的同种溶胶，加入电解质使其开始显著聚沉时，在第一个烧杯需加1mol·dm-3KCl溶液2.1 cm3，第二个烧杯需加12.5cm3的0.005mol·dm-3Na2SO4溶液，第三个烧杯需加7.5cm3的3.3×10-4mol·dm-3Na3PO4溶液。
试确定其聚沉值及该溶胶电荷符号。
9、何为过饱和蒸气，何为过热液体？解释它们存在的原因。
10、为什么在室温室压下，固体表面吸附过程是自发过程？11、为什么晴天的天空呈蓝色，晚霞呈红色？12、憎液溶胶是热力学上的不稳定系统，为什么它能在相当长的时间内存在？13、写出由FeCl3水解得到Fe(OH)3胶团的结构。
物质量浓度相同的NaCl、MgCl2、MgSO4、Na2SO4各溶液对Fe(OH)3溶胶聚沉能力强弱的次序如何？14、为什么在新生成的Fe(OH)3沉淀中加入少量的稀FeCl3溶液，沉淀会溶解？如再加入一定量的硫酸盐溶液，又会析出沉淀？15、两个充满了电解质溶液的容器，中间用一个由AgCl制成的多孔塞将两容器连通，在靠近多孔塞的两侧放入两只平行板电极并通直流电，问：（1）溶液为0.020mol·dm-3的NaCl稀溶液流向何方？17题图18题图19题图20题图五、判断题1、对同一液体，弯曲液面上的饱和蒸气压恒大于该液体的饱和蒸气压。