材料物理化学第四章1

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高中化学第四章第一节第1课时单质硅与半导体材料　二氧化硅与光导纤维课件鲁科版必修1

与碳
与水化学与酸性与质 NaO
H溶液与 CaO
用途
二氧化碳 CO2＋C==高=温==2CO CO2＋H2O
H2CO3 不反应
CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O
CO2＋CaO===CaCO3
饮料、制碱
二氧化硅 SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑ SiO2＋3C==高=温==SiC＋2CO↑
【思路点拨】解答此题要注意以下两点: (1)熟悉硅及其化合物的化学性质。 (2)找准特殊条件作突破口。
【解析】由图分析：A 与 O2 反应生成 B，而 B 与碳在高温下反应生成 A 可推知 A 是单质， B 是氧化物，而 A、B 均能与 NaOH 溶液反应，应确认 A 是硅，B 是二氧化硅，则 D 是硅酸钠， C 是硅酸。
化学方程式为：_S_iO__2＋__2_C__=_=高_=温_=_=_S_i_＋__2_C_O_↑___。
想一想 1．具有金属光泽的物质是否一定是金属单质？【提示】不一定。如晶体硅具有金属光泽，却是非金属单质。
二、二氧化硅和光导纤维
1．二氧化硅的结构
SiO2 晶体是由硅原子和氧原子按 1∶2 的比例构成的，每个硅原子结合__4__个氧原子，每个氧原子结合__2___个硅原子。
1．Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si： SiO2＋2C==高=温==Si＋2CO↑。 2．非金属单质跟碱液的反应一般无 H2 放出，但 Si 与碱液(如 NaOH 溶液)反应放出 H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 3．非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但
C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制 D．自然界中存在大量单质硅

物理化学第四章课件

§4.3
1．纯理想气体的化学势
气体组分的化学势
纯理想气体：μ =GB =Gm (g) B ▲标准状态下的化学势： ▲任意压力下的化学势：μ
*
T
2．理想气体混合物中任一组分的化学势
3．纯真实气体的化学势
▲标准态规定：该温度及标准压பைடு நூலகம்下的假想的纯态理想气体 ▲纯真实气体的化学势：可设计下面途径
结论：在恒温恒压下，当混合物的组成发生微小变化时，若一组分的偏摩尔量增大，则另一组分的偏摩尔量必然减小，且增大与减小的比例与混合物中两组分的摩尔分数（或物质的量）成反比。
6、偏摩尔量之间的函数关系热力学函数之间存在有一定的函数关系：
H =U＋pV， A =U－TS， G =U＋pV－TS=H－TS=A＋pV 将这些公式对混合物中任一组分B 取偏导数，各偏摩尔量之间也有着同样的关系
★化学势判据（恒温恒压） ★气体的化学势 ●理想气体

B

B
dnB

<0 自发过程 =0 平衡状态 >0 非自发过程
总结2
纯
混合物纯
●真实气体混合物 ★拉乌尔定律适用条件：理想液态混合物或理想稀溶液中的溶剂 pA（溶剂）～ xA ★亨利定律适用条件：稀溶液中的挥发性溶质 pB（溶质）～ xB
dG dG dG
dn B dnB B B
B B
dn B B

B
<0 自发过程 =0 平衡状态
恒温恒压下非体积功等于零的条件下： dG
★
dn B B

B
<0 自发过程 =0 平衡状态 >0 非自发过程

物理化学(第4章)

2009、2、24
湖南工程职业技术学院
汤瑞湖
物理化学第4章物质分离提纯基础
4.2.2相图分析图
在p、T平面上，OA、OB、OC三条线相交于O点，将整个平面分成三个区域。O
点称为三相点，在该点三相平衡共存，F = 0，表示T、p皆由体系自定，是物质的根本
属性。OA线表示液-气平衡线，OB线表示固-气平衡线，OC线表示固-液平衡线，在这
物理化学第4章物质分离提纯基础第4章物质分离提纯基础
学习目的与要求
⑴ 掌握组分数、相数、自由度数的确定，掌握相律及其应用。 ⑵ 掌握单组分体系相图及其应用，掌握纯物质的克拉贝龙方程、克劳修斯--克拉贝龙方程及其应用。 ⑶ 掌握完全互溶双液系的各类p-x、t-x图的特点、分析与应用；掌握精馏原理及其应用。 ⑷ 掌握拉乌尔（Raoult）定律、亨利（Henry）定律、分配定律、水蒸气蒸馏及其应用。 ⑸ 掌握二组分简单凝聚系金属相图和水盐系相图的绘制、分析、应用及步冷曲线绘制； ⑹了解液--液部分互溶的温度--溶解度图。 ⑺ 掌握杠杆规则及其应用。
水呈液态单相存在；在100℃、101325Pa下，是水蒸气与液态水两相平衡共存；在110℃、
101325Pa下呈气态单相存在等。但是在生产及科研工作中所遇到的体系中所包含的物质
种类较多，共存的相数较多时，体系所涉及的相平衡问题就必须依靠相律的理论知识来
进行专门的讨论。例如体系在一定条件下有几相共存？要维持体系的相数可以有几个可
相图是用来描述体系的相态如何随T、、i等变量的改变而变化的几何图形，又称状态图。单组分体系相图即--T图，表示体系的相态如何随T、的变化而变化。以常压下水的相图为例，来讨论单组分体系相图：
4.2.1相图的绘制

物理化学第四章课后答案完整版

第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20℃时的密度。

求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。

解：质量分数的定义为4.3在25℃，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积求：（1）把水（A ）和醋酸（B ）的偏摩尔体积分别表示成b B 的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.4 60℃时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa ，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa 。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60℃时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：甲醇的摩尔分数为58980049465004232500423250....x B =+=4.5 80℃时纯苯的蒸气压为100 kPa ，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa 。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80℃时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：4.6在18℃，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。

现将1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18℃下的体积及其组成。

设空气为理想气体混合物。

其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的亨利常数。

4.7 20℃下HCl 溶于苯中达平衡，气相中HCl 的分压为101.325 kPa 时，溶液中HCl 的摩尔分数为0.0425。

04-物理化学课程讲义-第四章1解析

杠杆规则（Lever rule）
液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算，即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量，这就是可用于任意两相平衡区的杠杆规则。即
nl CD ng CE
或 ml CD mg CE
可以用来计算两相的相对量（总量未知）或绝对量（总量已知）。
p-x图和 T-x图
对于二组分体系， C 2, f 4 F
F 至少为1，则 f 最多为3。这三个变量通
常是T，p 和组成 x。
所以要表示二组分体系状态图，需用三个坐标的立体图表示。
（1）保持温度不变，得 p-x 图较常用（2）保持压力不变，得 T-x 图常用（3）保持组成不变，得 T-p 图不常用。
xA
pB
p* B
xB
p pA pB
理想的完全互溶双液系
（2） p-x-y 图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画
在同一张图上。A和B的气相组成 yA和 yB的求法如下：
yA
pA p
yB 1 yA
p pA pB pA* xA pB* xB
p* A
xA
p* B
(1
引言
气体，不论有多少种气体放在一起，只有一个气相。因为气体分子混合很均匀，分子之间没有界面。
多种气体混合物
液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。
固体，一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。
引言
自由度（degree of freedom）
在单相区，物系点与相点重合；在两相区中，只有物系点，它对应的两个相的组成由对应的相点表示。

物理化学第四章

rHm= fHm （CO，g，298.15K）
对一定相态的物质B, 其标准摩尔生成焓 fHB (,T) 仅是温度的函数, 298.15K时的值可以从手册查出, 是基础热数据之一. 固体单质常有多种晶型(相态), 如碳的各晶型中石墨是稳定态, 由其它晶型参与的生成反应的焓变就不是含碳化合物B的标准摩尔生成焓. 稳定态单质自身的标准摩尔生成焓为零
重点回顾:dT
QV V U
T2
T2
T1
nCV ,mdT
U nCV ,m dT
T1
H nC p ,m dT
T1
T2
C p,m CV ,m R
或
Cp－CV = nR
可逆过程的 p = f(V)关系称为可逆过程方程, 随具体途径而异; 对理想气体可逆恒温过程 p = nRT/V. TVγ－1 = 常数
气体的标准态: 标准压力p 下的纯理想气体.
液, 固体的标准态: p 下的纯液体或纯固体.
• 标准态时的三种卤素氯气 — 黄绿色气体液溴 — 微红色挥发性液体, 为常温常压下两种液态单质之一碘 — 黑紫色固体
p＝100 kPa
4. 化学反应的标准摩尔焓
标准摩尔反应焓: 任意化学反应 aA + bB = lL + mM 中各物质均处于温度T的标准态时的摩尔反应焓, 以rHm(T)表示.
H B H r H m nB
一定状态时系统的焓和内能随反应进度的变化率. 每一状态下都有一个确定的rHm(T, p, yC), 并随状态(反应进度)而变. rHm也与反应计量式的写法有关.
3. 物质的标准态为建立一系列基础热数据以供计算之需, 必须规定物质的标准状态.

物理化学第四章PPT

C
B K (C RT / P )
二、平衡常数的各种表示法（2）用摩尔分数表示的平衡常数 K y
PB PyB K

( PyB / P )
B
B
B B (P / P ) yB
B
令 K y yB
B
B

K

B K y (P / P )
' g ' h (P / P ) ( P / P ) G H JP ' ( PA / P )a ( PB' / P )b
r Gm RT ln J P RT ln K

范特霍夫等温方程
一、理想气体反应的标准平衡常数
r Gm
JP RT ln K
K Jp
$ p
r Gm 0 r Gm 0
CaCO3 (s) CaO(s) CO2 ( g )
三、有纯态凝聚相参加的理想气体反应的 K
r Gm B B 0
B
r Gm CO2 CaO CaCO3 0
B B RT ln( PB / P )
RT ln( P / P )
反应向右自发进行反应向左自发进行反应达平衡
K$ p Jp
K Jp
$ p
r Gm 0
一、理想气体反应的标准平衡常数
例题有理想气体反应 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),在2000K 时，已知 K=1.55×107。
（1）计算H2和O2分压各为1.00 ×104 Pa，水蒸气分压为1.00 ×105 Pa的混合气中，计算上述反应的△rGm，并判断反应自发进行的方向；（2）当H2和O2的分压仍然分别为1.00 ×104 Pa时，欲使反应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大？

物理化学-第四章(1)

1 cB
n 1

1 cB ,0
n -1
(1 n ) k n B t
t
1 2
2
n 1
1
n 1
(1 n ) k n B c B , 0
K ncB ,0
1 n
中南大学
4.2 动力学方程式
4.2.1 n 级反应的动力学特征
二、若反应物初始浓度：
c A ,0 a c E ,0 e
中南大学
4.1.1 化学动力学的任务 H2(g) + 0.5O2(g) ==== H2O(l)
r G m ,1 ( 2 9 8 K ) 2 3 7 .1 9 k J m o l
1
2NO2(g) ==== N2O4 (g)
r G m , 2 ( 2 9 8 K ) 5 .3 9 k J m o l
注意：r 的单位是mol· -3·-1。 dm s
中南大学
[例] 某气相反应在400K时的kp= 10-3(kPa)-1· -1，反应为几级？ s 同温下kc= ？解： pV=nRT
rc 1 dcB
p=(n/V)RT=cRT
2
B dt
kccB
rp
1
B

dpB dt

RT
B

dcB dt
＞0
中南大学
4.1.3 基本概念
2.（基）元反应
构成化学反应的最基本反应步骤称为元反应；即：由作用物粒子直接反应生成产物粒子的反应。两个以上的元反应构成的总（包）反应为非元反应或复杂反应。
总（包）反应： H2+ I2 →2HI 元反应：① I2 → 2I ② 2I → I2 ③ H2 + 2I → 2HI

物理化学电子教案第四章

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2021/3/2
4.1 引言
溶液（solution）广义地说，两种或两种以上物质彼此以分子或
离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。
溶液根据物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。
本章主要讨论液态的非电解质溶液。
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2021/3/2
4.2 溶液组成的表示法
2.质量摩尔浓度mB（molality）
mB def
nB mA
溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为溶质B的质量摩尔浓度，单位是 mol kg-1 。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液，不受温度影响，电化学中用的很多。
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2021/3/2
单组分体系的摩尔热力学函数值
体系的状态函数中V，U，H，S，A，G等是广度性
质，与物质的量有关。设由物质B组成的单组分体系的物质的量为 nB，则各摩尔热力学函数值的定义式分别为：
摩尔体积（molar volume）
V* m,B
V nB
摩尔热力学能（molar thermodynamic energy）
Z + ( nk )T , p,n1,,nk-1 dnk
k Z
= B=1 ( nB )T , p,nc (cB)
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2021/3/2
偏摩尔量的集合公式
按偏摩尔量定义,
Z ZB ( nB )T , p,nc (cB)
则
dZ Z1dn1 Z2dn2 Zk dnk
2021/3/2
4.2 溶液组成的表示法

物理化学答案——第四章_化学平衡习题解答[1]

第四章化学平衡一、基本公式和内容提要 1. 化学反应的方向和限度（1）反应系统的吉布斯自由能和反应进度反应进行过程中，A 和B 均各以纯态存在而没有相互混合，则在反应进度为ξ时反应体系的总吉布斯自由能G *为：G * = n A μA * + n B μB * = （1－ξ）μA * +ξμB * = μA * +ξ（μB * －μA *）对于封闭体系在定温定压下在反应实际进行过程中，A 和B 是不可能以纯态存在的。

它们是混合在一起的，因此还存在混合吉布斯自由能△mix G 。

△mix G = RT （n A lnX A + n B lnX B ） = RT [(1－ξ)ln(1－ξ) + ξlnξ]（2）化学反应标准平衡常数理想气体的化学反应()()()()aA g bB g gG g hH g −−→++←−− bB a A hH gG P P P P P P P P )/()/()/()/(θθθθ= e )－－(1θθθθμμμμB A H G b a h g RT－+= 常数 = K θK θ称为标准平衡常数。

（3）化学反应的等温方程式（a ）对任意反应达平衡时：△r G m θ = －RTlnK θ△r G m θ是指产物和反应物均处于标准态时，产物的吉布斯自由能和反应物的吉布斯自由能总和之差，称为反应的“标准吉布斯自由能变化”。

（b ）反应在定温定压条件下△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p上式称为范特霍夫(Vait Hoff) 等温方程。

（c ）依据吉布斯自由能函数可判断反应进行的方向，在温度、压力一定的条件下：RT ln Q a ＜ RTlnK θ Q a ＜K θ △r G m ＜0 反应正向自发进行若 RT ln Q a ＞RTlnK θ Q a ＞K θ △r G m ＞0 反应逆向自发进行若 RT ln Q a = RTlnK θ Q a = K θ △r G m =0 反应达平衡 2. 反应的标准吉布斯自由能变化（1）化学反应的△r G m 与△r G m θ（a ）在一定温度和压力为p θ下，任何物质的标准态化学势μi θ都有确定值，所以任何化学反应的△r G m θ都是常数；（b ）△r G m 不是常数，在一定T ，p 下，它与各物质的活度（分压、浓度）等有关，即与Q a 有关；（c ）在定温定压条件下0W '=时，△r G m 的正负可以指示化学反应自发进行的方向，在定温下△r G m θ的正负通常不能指示反应进行的方向，根据公式△r G m = △r G m θ+ RT ln Q p ，但当△r G m θ的数值很大时，也可用其值估计反应的方向。

物化物理化学物理化学第四章课件

标态：纯A。接近实际。
（2）溶质B的化学势应用亨利定律
pB = kx ,B xB
标态：纯B。远离实际。
* µ B (T , p ) = µ B (T ) + RT ln xB
应用亨利定律
pB = kb ,BbB
bB µ B (T , p ) = µ B (T ) + RT ln b
标态：bB = b = 1mol ⋅ kg -1
4.2多组分系统的组成表示方法
4.2.1.多组分系统的分类单相多组分系统和多相多组分系统混合物与溶液混合物：各组分都服从拉乌尔定律。溶液：溶质服从亨利定律，溶剂服从拉乌尔定律。
4.2.2多组分系统的组成表示方法
（1）物质的量浓度（体积摩尔浓度）
每立方米（或每升）混合物中有多少摩尔溶质。
nB cB = V
p p p p+Π
h
溶剂
溶液
Байду номын сангаас
溶剂
溶液
半透膜 (a) (b)
半透膜
经多步近似计算得
Π = cB RT
cB:体积摩尔浓度，单位：mol·m-3 。
稀溶液
cB ≈ bB × 103 (mol ⋅ m -3 )
请看156页例4.8。印刷错误纠正如下：
bB = 0.001mol ⋅ kg -3改为bB = 0.001mol ⋅ kg -1
p
∗ pB
p
直线
∗ pA
pB = p x
∗ B B
pB
直线
A
pA
∗ ∗ p = pA + pB = pA xA + pB xB ∗ ∗ = pA (1 − xB ) + pB xB ∗ ∗ ∗ = pA + ( pB − pA ) xB

材料化学基本第四章

1.实际溶液中溶剂的化学势及活度
2.实际溶液中溶质的化学势及活度
3.活度及活度系数的测定与计算
(1)蒸气压法 (2)凝固点降低法
(1)蒸气压法
(2)凝固点降低法
三、渗透系数
在本节讨论实际溶液时讲到，活度系数γ可以表示实际溶液与理想溶液的偏差程度，它是一无量纲量。在实际中，用γ能够适当地表示溶质偏差的大小；但对于溶剂，用γ来表示实际溶液与理想溶液的偏差时往往不很理想(偏差不显著)。为此，贝耶伦建议用渗透系数ϕ来代替溶剂的活度系数，即用ϕ来表示溶剂的非理想程度。所以在国家标准中没有列入溶剂的活度系数γ，而列出的是渗透系数ϕ。
材料化学
朱光明秦华宇主编
第四章溶液与固溶体
第一节第二节第三节第四节第五节
拉乌尔定律和亨利定律理想液体混合物和稀溶液实际溶液溶液中化学反应的平衡常数固溶体
第一节拉乌尔定律和亨利定律
一、拉乌尔定律二、亨利定律
一、拉乌尔定律
1987年拉乌尔根据大量的实验结果总结出一个重要定律：溶液中溶剂的蒸气压，等于纯溶剂在同一温度下的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数，此定律称为拉乌尔定律。
图4-5 稀水溶液中凝固点下降和沸点上升示意图
4.渗透压
一定温度下，在一个U形容器内用半透膜a a′将纯溶剂和溶液分开，半透膜只允许溶剂分子通过，而不允许溶液中溶质分子通过.溶剂分子会自纯溶剂一方透过半透膜而进入溶液的一方，致使溶液体积增大。这种溶剂分子由纯溶剂一方通过半透膜向溶液中迁移的现象称为渗透现象。可以想象为溶液对膜另一侧的纯溶剂分子表现出“负压”，好像是把它们“吸”入了溶液一样。为了阻止纯溶剂一方的溶剂分子进入溶液，需要在溶液上方施加额外的压力，以增加其蒸气压，使半透膜双方溶剂的化学势相等而达到平衡。这个额外的压力就定义为渗透压，用Π表示。

第四章表面活性剂(一)

3. 硅化合物类：如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出
H3C
CH3 CH3
C Si
(O
CH3 CH3
CH3
Si )4
CH3
非极性基团：
1. 最常见的是8－18碳的直链烷烃，或环烃等
如 C17H35－，R－
等
2. 全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液表面张力可低至20mN/m以下
能溶解相当量的不溶（或不易溶）于水的有机物质。如果是无机盐水溶液，一般由于“盐析”作用，浓度增加易使其溶解有机物的能力减小，而表面活性剂电解质则相反，溶解有机物的能力随浓度上升。
图4-7 (CH3)2N— —N=N—
图4-8 染料“AB黄”在表面活性剂 C12H25SO3H水溶液中的溶量 S(25℃)
第四章（Ⅰ）表面活性剂
曲线1是表面张力随浓度增
加而稍有上升。（NaCl、
1
KNO3、HCl等）
曲线2是表面张力随浓度增
加而缓慢下降。（乙醇、丁
2
醇、醋酸等）
曲线3是表面张力在稀溶液
3
范围内随浓度的增加而积剧
下降，表面张力降至一定程
度后便下降很慢，或基本不
浓度
下降.（表面活性剂）
图4-1 水溶液浓度与表面张力的关系
这一概念上世纪初由ＭcBain提出，1925年当ＭcBain在伦敦的一个学术会议上提出肥皂这类物质的溶液含有导电的胶体电解质，并且是严格的热力学稳定体系时，当时的会议主席竟然以“胡说”的无理言辞代替了讨论。当然科学的历史证明了McBain的正确。
临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration)

物理化学第四章习题解答

思考题3. 注：题目为反应对该反应物分别是一级、二级2A ——>P+...、三级3A ——>P+...。

而A+B ——>P+...这个反应若为如书P141所示的二级反应，则对反应物A 和B 都分别是一级的。

所以本题应该套用简单n 级反应的公式进行计算。

设反应物A 的初始浓度为a ，t 时刻生成物P 的浓度为x ，则对于简单的n 级反应我们有：n=1时1lnak t a x =-n>1时()111111()n n kt n n a a nx --⎡⎤-=⎢⎥--⎣⎦代入n=2得22xk ta(a -x)=代入n=3得()32211163k t a a x ⎛⎫-= ⎪ ⎪-⎝⎭将x=0.5a 和x=0.75a 分别代入n=1对应的反应速率方程，可得1234123411ln 2ln 4:1:2t t t t k k ===将x=0.25a 和x=0.375a 分别代入n=1对应的反应速率方程，可得123412342213:1:322t t t t ak ak === 将x=1/6a 和x=1/4a 分别代入n=1对应的反应速率方程，可得12341234223315:1:522t t t t a k a k ===.4. 根据阿伦尼乌斯公式的微分形式，我们有()()12a a1a22212a1a22d ln ln d ln d d dln d k k E E E kT RT T RT k k E E T RT --=⇒=-⇒=根据平行反应反应速率与生成物浓度之间的关系，我们有()12a1a22dln 0d x x E E T RT -=>即随着温度增加()12ln x x 增大，所以温度升高时更利于反应1的进行。

习题解答1、解：（1）dt A d ][= ―k 1[A]―k 4[A] dt B d ][= k 1[A]―k 2[B] + k 3[C]dt C d ][= k 2[B]―k 3[C]dt D d ][= k 4[A]（2）dt A d ][= ―k 1[A] + k 2[B]dt B d ][= k 1[A]―k 2[B]―k 3[B][C]dt C d ][=―k 3[B][C]dt D d ][= k 3[B][C]（3）dt A d ][= ―k 1[A] + k 2[B]2dt B d ][= 2(k 1[A]―k 2[B])2（4）dt A d ][= ―2k 1[A]2 +2k 2[B]dt B d ][= k 1[A]2―k 2[B]―k 3[B]dtC d ][= k 3[B]2、解（1）以lnc 对t 作图得一直线，说明该反应是一级反应。

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从而产生剩余负电荷
棱边与板面：在层状结构硅酸盐中，以共价键联结的原子层层面称为板面 ( 垂直
于 C 轴 ) ，而原子层面中断的边沿称
为棱边
层状硅酸盐结构的板面和边面
高龄石
蒙脱石
电荷分布：
大部分负电荷分布在层状硅酸盐
的板面(垂直于C轴) 板面上的负电荷可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子以平衡
或辅助原料
粘土－水系统在无机材料，尤其是硅酸盐工业中，具有非常重要的地位
第一节流变学基础
流变学是研究外力作用下物体流动及变形的科学
本节仅介绍流变学中最基本
的知识－－流体流型
一、理想流体：
当在物体上施加剪切应力 τ 时，物体开始流动，流体产生的剪切速度梯度（D＝dv/dx）与剪切应力成正比：
F > fN 时，F－fB＝ηD 实例：油漆、油墨、泥浆等
D 塑流型
f1
fB fN
F
15
3、假塑性流体：
类似于塑性流体，但无屈服值
流动特点：表观粘度随切变速率增加而降低
实例：高聚物溶液、淀粉浆等
D
假塑流型
F
4、膨胀型流体
与假塑性流体相反。搅拌时变得占稠，而停止搅拌后又恢复原来的流动状态
小→吸附水量少
例：以100gNa－土和Ca－土为例，其吸
附容量分别为23.7和18.0
60
离子价效应
175水分子/Na＋
Na+ Ca2+
Clay
Na+
Na+
Clay Ca2+
76.2水分子/Ca2＋
离子半径 Clay 效应
Li+
Ca＋
1.2nm
水化
Ca＋1.7nmCa蒙石：晶格膨胀Na＋E
Clay
向于破坏水分子的结构。
+
-
粘土蒙脱石表面水化示意图
干蒙脱石暴露在水蒸汽中时，水在晶层间凝结，引起晶格膨胀，第一层吸附能很高，以后的水层吸附能迅速降低。表面水为多层的，水分子与粘土表面O以H键相连，水分子彼此也通过H键连接为六角环，以后的水层照此继续，H键强度逐渐减弱，直至被热运动抵消。
吸附介质中的阳离子以达到电中性
2、阳离子交换：
粘土上被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大，电价高的阳离子交换下来
Na Na

Clay Ca 2 Ca 2 Clay 2 Na
35
对Ca2＋而言是由溶液转移到胶体上，是
离子的吸附过程。
对被粘土吸附的Na＋转入溶液而言是解
流动特点：表观粘度随切
变速率增加而增加
D
膨胀型
F
实例：一些非塑性原料，
如氧化铝、石英粉的浆料
第二节粘土－水系统的荷电性
粘土胶体并非指干粘土，而指粘土－水两相系统
粘土粒子一般为片状；粘土中的水：吸附水＋结构水 [吸附水：吸附在粘土矿物层之间，约 100～200 ℃可脱去，对粘土－水系统很重要；
Li＋＞ Na＋＞ K＋
同价离子，定向排列水分子量相同，体积效应
异价离子，离子价因素：
高价离子表面电荷密度更高，静电引力越大，水化分子数越大
2015-1-2 52
交换阳离子影响粘土表面水化的方式 1.本身的水化，即本身具有
水分子的外壳。
2.与水分子竞争，键接
到粘土晶体的表面，并倾
不同电价： M3＋>M2＋>M＋
相同电价：
(H＋例外)
R 小 → 水膜厚 → 距离增大 ( 水化半径大)→吸引力下降吸附顺序为：（离子价效应、离子水化半径） H＋>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+ [H＋：容积小，电荷密度高]
6、吸附发生位置：阳离子吸附在板面及棱边上进行
C、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影响的水。
Clay
牢固结合水疏松结合水自由水
r增大，水分子定向程度越差
6、结合水量的影响因素：
(1)、矿物组成：影响粘土电荷而影响所
形成的电场及水化作用强弱。
矿物
蒙脱石高龄石伊犁石
阳离子交换容量
最高低较低
水化程度
最好差差
其他
分散度也好分散度也低，颗粒粗，非膨胀型矿物晶层K＋的特殊作用，非膨胀型矿物
二、粘土的阴离子吸附与交换由于粘土棱边带两性电
荷，一定条件下可以发生阴离子吸附及交换。
阴离子吸附的特点：
(1)、阴离子吸附在棱边上进行 (2)、吸附量随PH增加而降低
(3)、若阴离子形状与粘土棱边结构相适
应则吸附牢固
45
阴离子吸附顺序： OH－>CO32－>P2O74－>I－ > >Br－>Cl－>NO3－>F－>SO42－
D,
or
D /
比例系数 η 为粘度。符合此规律的流体称
为理想流体，又称为牛顿型流体。
D
牛顿型
0
F
理想流体的实例：水、甘油、低分子量化合物溶液
二、非牛顿型流体
1、宾汉型流体：应力必须大于流动极限f后才开始
流动，一旦流动后又与牛顿型相同
F－f＝ηD，F > f，
10
F f D 0, D F f , F f
故：以上原因使粘土表面吸附着层
层定向排列的水分子，极性分子依次重叠，直至水分子热运动足以克服上述引力作用
粘土粒子与阳离子水分子共同构成
粘土胶团
粘土矿物中水分子的存在形式：
1.结晶水：矿物晶体构造的一部分
例：铝氧八面体中的OH－层。
2.吸附水（结合水）：
极性水分子带电粘土表面分子间力，静电引力水化膜
第四章表面与界面
材料学院
胶体概述
1、胶体的定义： (1) 胶体：胶体是由物质的三种状
态所组成的高度分散的物系
(2) 高度分散物系：一种或几种物质以极微小的粒子分散在另一种物
质中所组成的物系
(3) 分散相与连续相：分散物系中被分散
的物质称为分散相 ( 分散物质、分散内相、
分散质 ) ，分散其它物质的介质称为连续
3.自由水：存在于粘土颗粒的孔隙、孔道
中，不受粘土束缚，自由运动。
55
吸附水（结合水）类型： A、牢固结合水：吸附水膜，3－10水分
子厚。牢固结合水
E
水分子层 Clay 完全定向排列
+
-
这部分水与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质(电场中）中移动
B、疏松结合水：扩散水膜
吸附水膜外定向程度较差的水
第四节黏土－水系统的电动性质
粘土粒子的水化：起源◆水为极性
分子◆粘土粒子带电
O H H C O
1.板面同晶置换带负电； 2.吸附腐殖质的分解； 3.边面：破键、悬键。
O
非极性分子
故：粘粒电场范围内水分子与纯水不同。
一、粘土与水的作用
1、氢键联结：粘土晶粒表面上 O/OH 与 H2O 以
胶体化学主要是研究溶胶及悬浮液
3、浆体：
性质介于溶胶－悬浮液－粗分散系统之间
包括：黏土－水构成的泥浆系统：粘土为分散相、
水为连续相，粒度在0.1μm－10μm；非黏土固
体颗粒形成的具有流动性的泥浆体
实例：陶瓷注浆成形用泥浆、陶瓷施釉用釉浆等
5
本章着重介绍粘土－水系统
粘土为许多无机非金属材料的原料，在陶瓷原料中，粘土是重要的组成原料
Na＋
0.88nm
Na＋
1.7nm
Na＋
Na＋
Na＋
4nm
Na＋
Na＋
Na蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离
因此，为了提高粘土（如膨
润土）的水化性能，一般需将其水化，使钙膨润土变为钠膨润土
极性水分子定向排列
Clay
E
自由水无定向 r增大、定向程度减小
50
3、阳离子水化：粘土颗粒表面的交
换性阳离子发生水化
带负电的Clay表面吸附阳离子交换性阳离子带电，因此必然与水分子发生作用
Clay
水化阳离子 E
r 水分子与粘粒或阳离子的作用
水化阳离子水化膜厚度：同价离子，离子半径因素：
变化，呈两性电荷
30
3、净电荷（综合电性）
粘土的正负电荷的代数和为粘土
的净电荷。
板面上电荷通常被其它正离子抵
销，但在溶液中易发生离解而显现出
板面的负电荷，棱边局部的正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷
粘土颗粒的荷电性是其具有
一系列胶体化学性质的主要
原因之一
第三节粘土的离子吸附与交换
F－f＝ηD，F > f，ηa＝η＋f/D＝F/D，
D→∞时ηa→η 其中ηa称为表观粘度实例为：新拌的混凝土
D
宾汉型
f
F
2、塑性流体：
应力超过某一最低值才开始
流动。随剪切应力增加，粘度相应增加；直至剪切应力达一定值
后，物料发生牛顿型流动
(1) 特点：
低剪切速度下高粘度；高剪切速度下低粘度
(2)、粘土分散度：粘土颗粒的棱边面积及比表面积
比如：高岭石：粒度越细，边面
越多，结合水量越大；而蒙脱石、蛭
石的结合水量与粒度关系不大。
(3)、吸附的阳离子种类：
1.粘土结合水量与粘土阳离子交换量成正比 2.对于相同阳离子：离子价＋离子半径因素