分离课后习题及答案

第一章 绪论

1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？

答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。

（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。

（3）场流分类法

2.分离富集的目的？

答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。

3.什么是直接分离和间接分离？

答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。

4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？

答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程。纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。

根据目标组分在原始溶液中的相对含量（摩尔分数）的不同进行区分：

（方法 被分离组分的摩尔分数）富集 <0.1；浓缩 0.1－0.9；纯化 >0.9。

5.回收因子、分离因子和富集倍数有什么区别和联系？

答：（1）被分离物质在分离过程中损失量的多少，某组分的回收程度，用回收率来表示。

待测组分A 的回收率，用RA 表示，QA °---为富集前待测物的量；QA---富集后待测物的量。%100⨯= A

A A Q Q R （2）分离因子：两组分的分离程度。用SA ，

B 表示。B

A B A B A B ,//R R Q Q Q Q S A =︒︒= A —待测组分；B —干扰组分。如果待测组分A 符合定量要求，即可认为QA ≈ Q ºA ，SA,B ≈ Q ºB/QB = 1/RB ，常量组分测定：SA,B ≈103；分离因子越大，分离效果越好。

（3）富集倍数：目标组分和基体组分的回收率之比，用F 表示，

M M T T M T Q Q Q Q R R F //== RT 为组分的回收率；RM 为基体的回收率； QT °为富集前待测物的量； QT 为富集后待测物的量；QM °为富集前基体的量；QM 为富集后基体的量。

第二章 分离过程中的热力学

2.气体分子吸附在固体吸附剂表面时，某吸附等温线可以由朗格缪尔吸附方程得到。试分析吸附物质的吸附平衡常数K 与该气体物质在气相的分压p 需满足什么条件才能使朗格缪尔吸附等温线近似为直线。

答：溶质吸附量q 与溶质气体分压p 的关系可以用朗格缪尔吸附方程表示：p

K p K q q A A +=1max ，式中qmax 为溶质在固相表面以单分子层覆盖的最大容量；KA 为溶质的吸附平衡常数。在低压时，p K q q p K A A max 1=，《。

第三章 分离过程中的动力学

1.简单讨论分子运动与宏观物体机械运动的差别和共同点。

答：机械运动是指宏观物体的运动，其运动规律可以用牛顿定律描述；分子迁移是指分子的运动，研究其运动规律不是研究单个分子的运动轨迹，而是研究大量分子（粒子）在统计学上的运动规律。其共同点在于它们对力的响应以及数学表达式相似：机械运动推动力=-dp/dx ，分子运动推动力=-d μ/dx ，式中p 为势能，μ为化学势，且二者具有相同的量纲。上述两式表明机械运动与分子迁移之间的确存在某种对应关系，但二者也存在重要的差

别，表现在μ比p 包含更多的内容，如可以将p 以外的场作用所转变的化学势μext 包含在μ中。μ还可包括RTlnC ，

即溶液富集与稀释对熵的影响，对宏观物体而言，RTlnC 项与p 相比可忽略不计；但对分子迁移而言，它意味着分离过程中溶质分子的迁移和扩散再分解路径上分子的统计分布。分子运动除了受使宏观物体运动的所有力的约束外，每一个分子还与临近分子发生激烈的碰撞作用。与宏观物体的机械运动相比，分子运动的摩擦阻力要大得多。

2.在无流和有流情况下，溶质分子的迁移分别用什么公式描述？对公式的物理意义做简单的阐述。 答：无流时：22dx c d D dx dc Y dt dc +-=，有流时：22)(dx

x d D dx dc v Y dt dc +'+-= 物理意义：（参考费克第一定律物理意义的形式自己描述）

3.费克扩散定律描述的是什么样的特殊条件下溶质分子的迁移？

答：费克第一定律dx

dy A x J dx dc D J -=-=)(或，是假设溶质浓度c 在扩散方向上不随时间变化，其物理意义为：扩散系数一定时，单位时间扩散通过截面积的物质的量（mol ）与浓度梯度成正比，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。其适用条件是：扩散物质处于稳态扩散条件下。

而费克第二定律为22dx

c d D dt dc =，为当既无外场梯度，也无内部化学势梯度时，Y=0，即存在扩散作用。物理意义：在非稳态扩散过程中，在距离x 处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。 其适用条件是：扩散物质可以处于非稳态扩散条件下。

第四章 分子间的相互作用及溶剂特性

1.分析溶剂萃取分离过程中可能涉及的分子间相互作用的种类。

答：静电作用力、氢键、电荷转移相互作用、范德华力

2.在蒸馏分离、离子交换分离和沉淀分离过程中，涉及的最主要的分子间相互作用是什么？

答：蒸馏分离中为范德华力和氢键、离子交换分离中为静电相互作用和范德华力和电荷相互作用、沉淀分离中电荷转移相互作用

4.举例说明范德华力在分离过程中的应用。

答：色谱：利用固体表面与分子间相互作用力（范德华力、氢键）的不同，使各组分在固定相中停留时间不同，从而将不同溶质分离开来，达到分离目的。

萃取：加速溶剂萃取中，提高的温度能极大地减弱由范德华力分子和样品基质的吸引所引起的相互作用力。

6.根据自己的理解阐述疏水相互作用的机理。

答：疏水水合过程中溶质表面水分子的有序化，使形成溶质水合物过程的熵减少。即不利于非极性分子溶于水； 但实验证明水合过程同时会产生较大的负生成焓（水化焓），即热力学上有利于非极性分子溶于水。水化焓的主要来源是溶质表面水分子排列成规则的笼形而有利于形成更多的氢键，与非极性分子的类型和大小无关。

由于熵变比水化焓负得更多，所以G （= H - T S ）大于零，即非极性溶质向水中迁移的过程的总自由能是增加的。因此，能量上不利，即烃难溶于水。

7.说明溶剂选择性三角形的作用和选择溶剂的一般步骤。

答：作用：当分别以n d e x x x 和、为三条边作一个等边三角形时，每种溶剂在三角形中的位置正好与其n

d e x x x 和、