中国石油大学(华东)化学原理2 应用物理化学 实验报告 无机电解质的聚沉作用与高分子的絮凝作用+21

无机电解质的聚沉作用与高分子的絮凝作用

一、实验目的

1.掌握溶胶的聚沉原理与方法；

2.验证电解质聚沉的符号和价数法则；

3.了解水溶性高分子对溶胶的絮凝作用。

二、实验原理

1.无机电解质的聚沉作用

溶胶由于失去聚结稳定性进而失去动力稳定性的整个过程叫聚沉。电解质可以使溶胶发生聚沉。原因是电解质能使溶胶的§电势下降，且电解质的浓度越高§电势下降幅度越大。当§电势下降至某一数值时，溶胶就会失去聚结稳定性，进而发生聚沉。

不同电解质对溶胶有不同的聚沉能力，常用聚沉值来表示。聚沉值是指一定时间内，能使溶胶发生明显聚沉的电解质的最低浓度。聚沉值越大，电解质对溶胶的聚沉能力越小。

聚沉值的大小与电解质中与溶胶所带电荷符号相反的离子的价数有关。这种相反符号离子的价数越高，电解质的聚沉能力越大。叔采－哈迪(SchlZe--Hardy)分别研究了电解质对不同溶胶的聚沉值，并归纳得出了聚沉离子的价数与聚沉值的关系：

M+:M2+:M3+＝（25～150）：（0.5～2）：（0.01～0.1）

这个规律称为叔采－哈迪规则。

2.相互聚沉现象

两种具有相反电荷的溶胶相互混合也能产生聚沉，这种现象称为相互聚沉现象。通常认为有两种作用机理。

（1）电荷相反的两种胶粒电性中和；

（2）一种溶胶是具有相反电荷溶胶的高价反离子。

3.高分子的絮凝作用

当高分子的浓度很低时，高分子主要表现为对溶胶的絮凝作用。絮凝作用是由于高分子对溶胶胶粒的“桥联”作用产生的。“桥联”理论认为：在高分子浓度很低时，高分子的链可以同时吸附在几个胶体粒子上，通过“架桥”的方式将几个胶粒连在一起，由于高分子链段的旋转和振动，将胶体粒子聚集在一起而产生

沉降。

三、仪器与药品

1.仪器

722分光光度计，20mL具塞试管6支，100mL锥形瓶3个，50mL具塞量筒3个，10mL移液管一只，胶头滴管，吸耳球，秒表等。

2.药品

0.01mol/L KCL，0.001mol/L K2SO4，0.001mol/L K3(COO)3C3H4OH，0.025%部分水解聚丙烯氨溶液，Fe(OH)3 溶胶，粘土溶胶。

四、实验步骤

1.电解质对溶胶的聚沉作用

（1）依次用移液管移取Fe(OH)3溶胶10毫升，分别加到在3个清洁、干燥的100ml锥形瓶内。注意，移液管将液体移入锥形瓶中时，使其出口尖端接触器壁，锥形瓶倾斜45度，而使移液管直立，然后放松食指，使溶液自由地顺壁流下，待溶液停止流出后，移液管在壁上旋转15-30秒，此时移液管尖端仍残留一滴液体，残留液体不可吹出。

（2）用胶头滴管向第一个锥形瓶中滴加0.01mol/L硫酸钾溶液，每加入一滴要充分振荡，至少一分钟内溶胶不会出现浑浊才可以加入第二滴电解质溶液，当溶液和氢氧化铁溶胶相比颜色变浅，记下刚刚产生浑浊时电解质的滴数，按每毫升20滴计算聚沉值。

（3）按照上述操作方法，分别向另外两个盛有氢氧化铁溶胶的锥形瓶中滴加柠檬酸钾溶液和氯化钾溶液，记录刚刚产生浑浊时的电解质滴数。

2.粘土溶胶和氢氧化铁溶胶的相互聚沉作用

（1）取6只20ml具塞试管，在第一支试管中滴加2滴（即0.lml）氢氧化铁溶胶，然后摇晃电性中和粘土溶胶使之均匀，用胶头滴管向具塞试管中加入摇晃均匀的粘土溶胶，使两种溶胶的总体积为6ml。最后，将配好溶液的具塞试管放在试管架上。

（2）分别向其余5只具塞试管中滴加氢氧化铁溶胶0.5、1.0、3.0、5.0、5.5m1；和电性中和粘土溶胶5.5、5.0、3.0、1.0、0.5ml。注意，在向这5个具塞试管中滴加溶胶时，先加入量多的溶胶，然后再加入量少的溶胶，最后，使具塞试管中溶

胶总体积为6.0ml。

（3）将配好溶胶的6只具塞试管放在试管架上。然后，两手拿起试管，同时上下摇晃10次后，放在试管架上静置。启动秒表，10min 观察溶胶体系的聚沉量、分层快慢及体积变化规律。

3.高分子的絮凝作用

（1）将高分子絮凝粘土溶胶摇晃均匀，然后，取3个50ml具塞量筒，分别倒入30ml高分子絮凝粘土溶胶。向三个具塞量筒中分别加入分子量为2×106，质量分数为0.02%的部分水解聚丙烯酰胺溶液2滴、10滴、40滴，盖上瓶后，同时将三只具塞量筒来回摇晃10次，摇晃结束后，静置2分钟，观察三个具塞量筒中溶液的絮凝现象。

（2）将胶头滴管胶头中的空气排出，然后用胶头滴管在沉淀液面下2cm处取5ml溶液，滴加到比色皿中。将比色皿加满溶液后，用擦镜纸将比色皿四周擦拭干净。

（3）将比色皿放到722分光光度计里面第二格中（第1格中放置盛有蒸馏水的比色皿），轻轻合上仪器盖，按100%T这个按钮，当仪器示数变为100.0以后，将拉杆向外拉动两次，记下此时的读数。然后，将拉杆向里推动两次打开盖子，取出比色皿。

（4）将液体倒掉，把比色皿洗干净放回原处。

本实验中所加HPAM的体积是不固定的，仅供参考。因为高分子的最佳絮凝浓度，随所用HPAM的分子量、水解度及溶胶浓度和制备条件而变化。所以HPAM 的加量可根据实际情况作适当变动。

五、结果处理

1.详细观察实验中的各种现象，记录这些现象数据，把数据填入有关的表格中

表1 无机电解质的聚沉作用

通过表1我们可以看出随阴离子的电荷增加，其浓度逐渐降低。

表2 Fe(OH)3与粘土溶胶的聚沉值

通过表2我们可以看出，当不同电性的溶胶所用量越接近，其所聚沉的时间越短。分清体积更大，聚沉越明显。

表3 HPAM 对粘土溶胶的絮凝作用

通过表3可以看出，随着HPAM 加入量的增加，絮凝作用的速度越快。颗粒越大，分层越明显。

2.根据实验结果判断Fe(OH)3溶胶和粘土溶胶的带电性

(1)计算在Fe(OH)3溶胶中各电解质的加入量，并计算其浓度，将结果记录于表4

表4 加入电解质的聚沉值

(2)聚沉值计算：

226/20

()0.23/1026/20C KCl mol L ?=

=+

240.018/20

()0.000385/108/20

C K SO mol L ?==+

33340.0014/20

(())0.0000196/104/20

C K COO C H OH mol L ?==+

据以上所测聚沉值可知，阴离子比值几近符合叔采—哈迪规则，则: Fe(OH)3溶胶所带电性为正电，那么粘土溶胶所带电性为负电 3.比较各电解质的聚沉值，验证叔采——哈迪规则 由第2问所得表4，可得各阴离子的比值为：

-2-3-4334()()()=11734.6919.64:1C Cl C SO C COO C H OH ：：（）：其比值基本符合叔

采—哈迪规则，即M +:M 2+:M 3+＝（25～150）：（0.5～2）：（0.01～0.1）。但是

-2-4()()C Cl C SO ：的结果却稍有偏离，分析其原因，可能是所用K 2SO 4的浓度比标

定值偏大，亦或KCl 浓度值偏小所致。

六、思考题

1.为什么Fe(OH)3溶胶必须透析后才能作絮凝实验？

通过透析，可以滤掉Fe(OH)3溶胶中的电解质，只保留Fe(OH)3溶胶。如果不进行渗析，那么所得的溶胶中将含有电解质，导致所计算的聚沉值不准确，将不能真实反映实验结果，不能验证叔采—哈迪规则。

2.不同的电解质对同一溶胶的聚沉值是否一样？为什么？ 不一样。

不同电解质中电荷多少不同，而对于不同电荷的电解质，其对同一溶胶的聚沉作用不同。电解质所带电荷越多，其聚沉能力越强，聚沉值越小；反正，其聚沉能力弱，聚沉值大。因此不同电解质对同一溶胶的聚沉值不完全相同。

3.当高分子在溶胶的浓度较高时会出现什么现象，为什么？ 将导致絮凝现象不明显。

因为随着高分子浓度的增加，其对胶粒的包裹程度变大，高分子的桥联作用作用不明显，使胶粒间吸引力变小，导致胶粒间无法通过进行絮凝。