冥王哈迪斯与雅典娜:胶体为什么整体不带电

一、教学目的要求

　　1.了解胶体的重要性质和应用。

　　2.认识物质的性质与物质的聚集状态有关。

　　二、教材分析和教学建议

　　第一节介绍胶体和分散系概念时，已涉及胶体的一些性质，如丁达尔效应，但只是从胶体与溶液的区别这一角度介绍了现象，没有点明是丁达尔效应。因此这一节介绍胶体性质时，首先从介绍胶体性质的角度对前一节中的丁达尔效应作了说明，继而介绍布朗运动和电泳现象。在介绍电泳现象时，结合这一性质介绍了一些电泳的应用，这是本单元教材所介绍的胶体应用中与胶体性质结合较紧的一部分，与后面有关应用的一般性概述相互呼应，相互配合，以较少的笔墨由点到面地逐渐向学生展示胶体的应用价值和范围，有利于学生对胶体性质及应用知识的了解。

　　教学建议如下：

　　1.本节侧重介绍了胶体的布朗运动、电泳两种性质，并在上一节实验的基础上进一步解释丁达尔现象发生的原因。在介绍这三种性质时，注意联系胶体粒子的大小，突出胶体的特性。

　　2.从性质的角度本节教材只提了胶体的上述三种性质，但是从溶液与胶体的区别、胶体的净化、胶体的稳定性等角度，教材分别在第一节和第二节后的阅读中介绍的渗析和聚沉也是胶体的重要性质，学完本节后可从性质的角度作一归纳、小结。对聚沉的有关知识不要作硬性要求，视学生的兴趣和可能而定。

　　3.胶体的应用涉及的知识和技术大多较复杂，只要求学生对其有个大致的了解。这部分内容的教学可以采用阅读、讨论的方式。有关胶体应用的内容教材中也是分散介绍的，如除应用标题下的概要性介绍外，第一节后的阅读、第二节电泳性质介绍之后及第二节阅读后一部分都结合胶体的某一性质具体介绍了一些应用，可以提示学生对相关内容作个大致的归纳。

　　4.本节后的选学内容纳米材料，并非胶体内容，放在这里只是由于其性质也是与物质粒子的大小相关，且粒径范围与胶体相同。可以围绕此选学内容展开一些课外活动，如讨论会、演讲会、墙报等，鼓励学生关心、了解新科学和新技术的发展情况。

　　本节教学重点：胶体的性质。

　　三、演示实验说明和建议

　　建议增加电泳现象的实验，这里提供两种方法。

　　方法一：

　　1.制备Fe(OH)3溶胶将60 mL蒸馏水煮沸后移去酒精灯，立即加入0.2 g FeCl3晶体，搅拌均匀后即得红褐色Fe(OH)3溶胶。

　　2.向溶胶中加入3.2 g尿素，以增加溶胶的密度，使其容易与导电介质KNO3溶液分层。

　　3.把U形管固定在铁架台上，在U形管后衬一白纸板，在白纸板适当位置处标注“＋”、“－”号和一水平线，以示阴、阳极及通电前U形管两管口处Fe(OH)3溶胶的液面位置。

　　4.向U形管中加入Fe(OH)3溶胶，使其液面与白纸板上的水平线相齐。再用滴管小心、缓慢地向两管端的Fe(OH)3溶胶液面上轮流交替加入0.01 mol/L KNO3溶液，使其液高各约40 mm，保持KNO3溶液与红褐色Fe(OH)3溶胶之间有一清晰界面。

　　5.将两根碳棒电极分别插入两端的KNO3溶液里，使其距溶胶液面约15 mm。

　　6.接通电压为24 V～30 V的直流电源，10 min后可看到阴极一端Fe(OH)3溶胶液面明显上升，阳极一端Fe(OH)3溶胶液面下降。20 min左右时两端溶胶液面高度差可达5 mm以上。

　　方法二：

　　1.制备Fe(OH)3溶胶向100 mL左右煮沸的蒸馏水中滴加2～3滴饱和FeCl3溶液，所得Fe(OH)3溶胶的颜色以呈橙黄色为好。

　　2.制玻璃管电极取两根比U形管稍长的玻璃管，将管口烧圆，把预先剥取好的蛋膜(取法如实验2?1所述)用棉线扎紧密封在管口的一端，另一端插入一根末端绕成螺旋状的铜丝，使之与蛋膜接触(注意不要刺破蛋膜)，即成玻璃管电极。

　　3.取一20×200 mm的U形管，加入50 mm～60 mm左右的Fe(OH)3溶胶，在U形管两端各插入一玻璃管电极，使阳极上的蛋膜恰好与Fe(OH)3溶胶相接触，阴极电极则直插到U形管的内弯处。然后在阴阳极管内分别各滴入10滴左右稀盐酸(1∶5)和10滴左右稀KNO3溶液。

　　4.接通24 V～36 V的直流电源，约2 min～3 min之内U形管两端溶胶液面可逐渐相差5 mm～10 mm。

　　四、部分习题参考答案

　　习题一：

　　1.A 2.D 3.C

　　五、资料

　　1.胶体的稳定性

　　胶体分散系一方面因胶体粒子较小，强烈的布朗运动使其具有一定的稳定性，不会很快沉降；另一方面，胶体粒子有聚集长大的趋势，胶体粒子一旦长大，胶体分散系就不再稳定。因此胶体粒子的聚集与否，是胶体稳定性的关键。

　　对于憎液胶体，特别是水溶胶，常因带电而稳定。但它对电解质十分敏感，在电解质作用下，溶胶很易聚沉，这是胶体不稳定的主要表现。在指定条件下使溶胶聚沉所需电解质的最低浓度称为聚沉值。起聚沉作用的主要是电荷与胶粒相反的离子(称为反离子)，反离子的价数越高，聚沉效率越高，聚沉值越低；同价反离子的聚沉值与离子大小也有关。电荷与胶粒相同的二价或高价离子，对胶体有一定的稳定作用。

　　向溶胶中加入一定量的高分子化合物常常能显著提高胶体的稳定性，这称为高分子的保护作用或空间稳定作用。产生这种作用的原因是高分子化合物可以吸附在胶体粒子的表面，形成一定厚度的吸附层，吸附层之间有排斥作用，可有效地阻止粒子的接近和聚集。高分子稳定剂的用量要足以在胶粒表面形成饱和的吸附层，如果浓度过低，不但起不到保护作用，还会降低胶体的稳定性。高分子稳定剂的稳定作用受电解质浓度影响很小，可以稳定高盐含量的分散体系。高分子的保护作用，在许多方面都有重要应用，如：古代制造墨汁就是利用动物胶使炭黑粒子稳定地悬浮在水中；现代制造照相底片用的感光乳剂，是用明胶保护的卤化银悬浮体；油漆、油墨、磁浆等是利用保护作用稳定的非水胶体；血液中的钙、镁碳酸盐含量远高于它们在水中的溶解度，它们之所以不聚集沉淀就是因为血液中的蛋白质对其有保护作用。

　　胶体有着广泛而重要的应用，但在某些情况下，胶体又是有害甚至危险的，如污染环境的污水、烟雾和粉尘(气溶胶)是胶体；粉尘还可引起爆炸(见表2-4)。另外在工业生产上，有时需要形成胶体，有时又需要破坏胶体。因此，研究如何破坏胶体，与研究如何稳定胶体一样，在理论上和生产实际中，都具有重要意义。

　　表2-4 某些胶体粉尘的最低爆炸限度

　　物质名称
　　最低爆炸限度/g·L-1
　　物质名称
　　最低爆炸限度/g·L-1

　　铝箔
　　活性炭
　　褐煤
　　37%挥发物
　　43%挥发物
　　短棉纤维
　　玉米淀粉
　　尼龙
　　纸
　　聚乙烯 0.045
　　0.100

　　0.055
　　0.050
　　0.050
　　0.040
　　0.030
　　0.055
　　0.020 大米
　　粗制硬橡胶
　　蔗糖
　　硫
　　钍
　　锡
　　面粉
　　锯末
　　锌
　　锆 0.050
　　0.025
　　0.045
　　0.035
　　0.075
　　0.19
　　0.050
　　0.050
　　0.500
　　0.045

　　采用聚沉剂将胶粒聚集沉降，是破坏溶胶的常用方法。无机聚沉剂多为铝盐或铁盐，如硫酸铝、明矾、铝酸盐、硫酸铁、氯化铁等，它们的高价阳离子在水中部分水解。这些水解产物对很多固体表面产生强烈吸附，有效地减小了粒子的表面电荷并造成聚沉。

　　气溶胶的破坏，如工业上消尘除烟，常利用惯性沉降(改变气溶胶的流动方向与速度使胶体沉降)、过滤、超声或电场处理、引入种核等方法。

　　此外，悬浮液的絮凝、乳状液的破乳、泡沫的消泡等也属胶体破坏的研究范畴，在工业生产中和科研中它们都有重要应用价值。

　　2.几种重要的胶体体系及用途

　　表2-5 几种重要的胶体体系及用途

　　胶体体系
　　主要用途

　　氧化物和氢氧化物
　　用作油漆和药物产品中的增稠剂及涂料中的耐磨剂(如SiO2溶胶)；研磨剂及牙膏、纸张、塑料和橡胶中的填料(如Al2O3)；吸附剂和催化剂载体(如SiO2溶胶和Al2O3)；颜料和增白剂(如TiO2)；磁记录材料(γ－Fe2O3)等

　　胶态金属(金属超细粉和金属溶胶)
　　金属超细粉可作具有高催化活性和选择性的催化剂；金属溶胶常作导电浆用于制作印刷电路
　　粘土胶体
　　用作动植物油脱色和脱臭的吸附剂；炼油时的催化剂；造纸、油漆等工业的填料
　　聚合物胶乳
　　用于气球、海棉、医用胶管、手套等胶乳制品；建筑材料、纸张、木材、纺织品、皮革等的表面涂布、上光及作为粘合剂

　　【附】教案示例

　　第二节 胶体的性质及其用途

　　教学目标：

　　1.认知目标：

　　(1)通过学习，使学生掌握胶体的重要性质，了解胶体的一些用途。

　　(2)初步认识物质聚集状态对性质的影响。

　　2.能力目标：

　　培养学生分析、探索、归纳的能力。

　　3.情感目标：

　　通过胶体性质的知识与我们周围生活紧密联系，使学生产生感情共鸣，增强求知欲。

　　教学重点：胶体的性质

　　教学难点：胶体粒子的大小与胶体性质的关系。

　　教学思路：

　　1.以分散质粒子大小为主线，串讲胶体的性质，以性质联系用途。

　　2.通过多媒体、录像、演示实验等多种手段，把抽象的微观世界变成生动形象的动画，增强知识的直观性；利用所学知识，揭开自然界和周围生活中某些现象神秘的面纱，突出知识的价值。

　　3.正文板书突出教学重点，副板体现教学思路和学生探索思路。

　　教学方法：诱导、探索法。

　　教学用具：多媒体动画课积件、录像资料、投影仪、蒸馏水、氯化钠溶液、淀粉溶液、小烧杯(3个)、激光教鞭

　　教学过程：

　　〔引入〕上节课讲到，胶体的本质特征是分散质粒子的直径为1 nm～100 nm，介于溶液和浊液之间，溶液和胶体外观上都是澄清透明，没有什么区别，但我们若用强光照射，区别很明显，胶体会出现明亮的“光路”，这是什么原因呢?

　　〔学生阅读〕第20页第一段

　　〔副板〕学生归纳胶体分散质粒子大→发生光散射→光亮通路

　　溶液分散质粒子小→不易发生光散射→无光亮通路

　　〔板书〕一、胶体的性质

　　1.丁达尔效应：光束通过胶体，形成光亮的“通路”的现象叫丁达尔效应。

　　〔展示〕三瓶无色液体：蒸馏水、氯化钠溶液、淀粉溶液，激光教鞭

　　〔提问〕能否检出哪一瓶是淀粉溶液?

　　〔学生活动〕学生代表演示实验，全班学生观察现象并得出结论。

　　〔过渡〕胶体分散质粒子直径在1 nm～100 nm之间，比溶质大得多，以致使光波传播改变原来的方向。但终究它还是很小，我们的眼睛观察不到它的存在，若用高倍电子显微镜观察，则胶体粒子就显示出来，而且能观察到它的活动情况。

　　〔多媒体演示〕布朗运动动画演示。

　　〔学生讨论〕投影讨论题

　　1.运动原因？→水(分散剂)分子撞击

　　2.运动方向?→无秩序（瞬间改变）

　　〔板书〕2.布朗运动：胶体分散质粒子作不停的、无秩序的运动，这种现象叫布朗运动。

　　〔指明〕布朗运动是胶体稳定的一个因素。

　　〔设疑〕若向Fe(OH)3胶体中通直流电，胶体粒子运动情况又如何呢?

　　〔播放录像〕Fe(OH)3胶体电泳实验

　　〔讨论〕投影讨论题

　　1.Fe(OH)3胶体的分散质粒子是否带电?带什么电?

　　2.胶体是否带电?

　　学生汇报讨论结果，老师评价、分析。

　　〔分析〕胶体粒子小→表面积大→吸附能力强→可吸附溶液中离子→Fe(OH)3胶粒只吸附阳离子(Fe3+)，带正电→向阴极移动→阴极区溶液颜色加深。

　　〔讲述〕一般说来，在同一胶体中，由于胶粒吸附相同的离子因而带同种电荷。金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子带正电荷，非金属氢氧化物、金属硫化物的胶体粒子带负电荷，但胶体整体不带电。在直流电作用下，胶体粒子一般作定向移动，我们把这种现象叫做电泳。

　　〔板书〕3.电泳：在外加电场作用下，胶体粒子在分散剂里向电极作定向移动的现象，叫电泳现象。

　　〔过渡〕由于胶体粒子小，又带电荷，使得胶体具备这些重要性质，掌握了胶体的这些性质，有着重要的意义。

　　〔板书〕二、胶体的应用

　　〔学生阅读〕教师指导学生阅读课本相关内容，有些用途联系胶体相应的性质，加深学生的理解。

　　〔设疑〕我们使用的钢笔墨水也是胶体，不同牌号的墨水不能混用，否则可能会堵塞笔，什么原因呢?也可以运用胶体的性质来解释，请阅读第21页第一段。

　　〔讨论〕(投影讨论题)

　　1.胶体粒子为什么不聚集?

　　2.采取哪些措施可使胶体粒子聚集?

　　3.简述明矾净水原理

　　〔指明〕胶体粒子带电是胶体稳定的重要因素。简单介绍凝胶，指出它与一般胶体聚集变成沉淀的区别，列举生活中实例：蒸蛋、卤水点豆腐、动物血冻等。

　　〔小结〕老师引导、学生归纳

　　1.胶体粒子直径较溶质大

　　2.胶体粒子直径较浊液粒子小

　　将小结板书设计投影，引出结论。

　　〔板书〕结论：物质的性质不仅与物质本身属性有关，还与聚集状态有关。

　　〔作业〕

　　1.家庭小实验：自制豆腐。

因为胶体内部的正电荷和负电荷刚好抵消 所以整体不带电 老师说的太复杂了 简单点好

因为胶体内部的正电荷和负电荷刚好抵消 所以整体不带电 老师说的太复杂了 简单点好

胶体胶粒吸附离子显电性

其实原理就跟溶液的差不多。你就这样理解就好了