你知道牛奶是怎么杀菌和提纯的吗？——胶体知识的简介

张宁梅

（南京市金陵中学 江苏 南京 210005）

教学目的：

1．了解分散系的分类方法；

2．理解过滤、渗析的原理；

3．理解胶体的制备的基本思路和主要方法；

4．理解丁达尔现象的原理；

5．理解电泳的原理；

6．理解胶体的介稳性原理并应用该原理解释胶体的聚沉。

教学重点：宏微观概念的建立

引课：“一杯牛奶振兴一个民族” 牛奶作为一种营养均衡、 丰富的食品倍受大家的喜爱，今年三鹿毒奶粉事件让我们大家更加关注食品的安全和健康。牛奶是一种复杂的混合物，其中包含多种营养成分， 今年央视科普节目介绍了一种叫“极致奶”的优质奶与普通奶的区别：优质奶去除了牛奶中过多的脂肪， 并且分离出了一定量的细菌和巴氏消毒后残留在奶中的细菌残体。由此可见， 牛奶中过多的脂肪和细菌及细菌的残体是影响牛奶质量和口味两个重要方面。

设问：同学们，根据你的生活经验和第一章化学实验基本方法的内容， 你能不能推测一下， 悬浮于奶中的淡黄色的脂肪颗粒和一些杂质固体颗粒应该如何分离？ 牛奶中大量的肉眼无法看见的细菌和细菌残体又该用什么样的过滤器才得以分离呢？

学生回答：略

总结： 茶水中的茶叶可用孔径比茶叶小的金属网滤去， 奶茶中的茶粉就必须用孔径更小的纱布滤去， 这一生活事例告诉我们随着需要分离的粒子越来越小，过滤器的孔径也要越变越小，牛奶的分离净化就利用了这样的原理： 用颗粒过滤器除去其中过多的脂肪粒和固体颗粒， 用超滤膜去除其中的细菌和细菌残体。

下面我们利用实验室的仪器来模拟上述过程， 切身感受一下不同种类混合物的分离方法：有三个试剂瓶，它们分别盛放着：泥水、淀粉溶液和食盐水。

设问：假如将这三种混合物相互混合在一起，我们可用怎样的方法证明相应的各种物质的存在？

学生回答：泥水，用眼睛观察。

淀粉溶液——加入碘水。

食盐水——加入AgNO3／HNO3溶液。

设问：我们能否用什么方法将它们重新分离开？学生回答： 泥水与淀粉、 氯化钠溶液通过滤纸过滤，溶液变澄清，设问：溶液澄清说明泥水的固体颗粒被滤纸分离出来， 那么淀粉和食盐水都通过滤纸了吗，如何证明？

演示实验1：

1．过滤一份样品，并事先准备一份试样，两份试样分别检验。

2．取少量的滤液

（由电荷守恒原理可知，滤液中同时含有Na＋离子）

设问： 怎样才能将淀粉大分子与溶液中的Na＋离子和Cl－离子分离开来？

引导设问： 让学生取出在家里做好的用醋酸浸泡的蛋壳观察。 醋酸明明装在鸡蛋内部， 还隔着一层蛋膜，为什么外面的蛋壳变薄了、变得很容易剥离了？ 这说明了什么？

学生回答：醋酸中的氢离子、水分子等微小粒子透过了蛋膜与蛋壳碳酸钙接触反应。

引导设问： 那么原鸡蛋中的蛋白质大分子有没有通过蛋膜？ 这说明了什么？ 因此蛋膜有什么用途？

学生回答：蛋膜可让小分子、离子通过，而无法让大分子通过； 可利用蛋膜分离滤液中的淀粉大分子和氯离子、钠离子。

演示实验2：

3．加入如图悬挂在蒸馏水中的蛋膜中，浸泡后，从烧杯中取约5mL 试样三份，第一份试样放在试管架上备用，另两份试样分别做以下实验：

4．溶液

总结：（分散系的分类——实验小结）

请大家根据上述实验的结果分析：

设问：上述物质有哪些相同点？（从物质类别、组成的角度看）

学生回答： 物质类别都属于以水为溶剂与其他物质所形成的混合物。

定义： 在此我们对原有的有关溶液概念加以延伸， 一种物质分散在另一种物质中所形成的混合物——分散系。

它们又有哪些不同点？（由实验体会这三种不同混合物的分类依据）

学生回答：分散质的粒子大小不一。 （分散系的分类—微观过程）

幻灯片演示： 一、分散系的分类及胶体的定义

设问： 这种分散质粒子大小介于浊液和溶液之间的分散系——胶体， 该如何由浊液或溶液制备呢？

学生回答：把浊液分散质粒子变小或把溶液分散质粒子变大。

介绍：和大家设想的一样，我们把这种将悬浊液或乳浊液中的分散质分散成1～100nm 的胶体方法叫分散法。

幻灯片演示：二、胶体的制备

1．分散法

①研磨法，如：金溶胶：用纳米微粒的胶体金可用于固定DNA 粒子、墨汁（磨墨）、碳素墨水。

②溶解法，如：淀粉溶液、蛋白质溶液、血液。

学生实验1： 1．①1mol／L 盐酸1／5 试管→加5～6 滴1mol／L 水玻璃→用力振荡；

②1mol／L 盐酸1／5 试管→加1mol／L 水玻璃1／5 试管→用力振荡。

2．①1／4 试管蒸馏水→加5～6 滴饱和氯化铁溶液→用力振荡；

②1／4 试管蒸馏水→加热煮沸→加5～6 滴饱和氯化铁溶液→用力振荡。

引导设问：实验中你分别观察到什么现象？

学生描述1：实验1 步骤一没有明显现象，步骤二产生沉淀。

学生回答：实验2 步骤一没有明显现象，步骤二溶液由黄色变为红棕色。

引导学生： 试写出两个具有明显实验现象变化的化学方程式：

①FeCl3＋3H2O＝Fe（OH）3（胶体）＋3HCl

②Na2SiO3（水玻璃）＋2HCl＝H2SiO3（胶体）＋2NaCl

③Na2SiO3（水玻璃）＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl

设问：实验要想成功需要注意哪些操作？

学生回答：浓度不可过大，否则粒子过大不再是胶体变为浊液，并须不断振荡。

幻灯片演示：2． 化学结合法： 所有的化学反应， 只要能生成难溶物， 就可以通过控制反应条件，用来制备溶胶。

（1）水解反应；

（2）复分解反应。

设问：如何证明你制备的是胶体而不是溶液？

那么胶体到底有哪些有别于溶液和浊液的特殊性质呢？

展示图片：洁净的空气可被归类为气态溶液，但含有灰尘和水蒸气粒子的空气属于胶体，这样的胶体中的粒子可以通过肉眼观察到（这一生活现象大家应该很熟悉）：当阳光照射上去可以看到明显的光路。 按分散剂的种类我们可以把胶体分为：气溶胶、溶胶、固溶胶，这三类胶体都有这个共同的性质， 那就是在光束的照射下它们都会形成光亮的“通路”。

演示实验2： 用一束光分别通过盛放在试管中的泥水、 淀粉溶液和饱和食盐水， 观察实验现象。

设问：为什么浊液不透光，溶液透光而只有胶体表现丁达尔现象？

学生回答：浊液分散质粒子太大、溶液分散质粒子太小。

介绍：①浊液粒子太大，大于入射光波长很多倍， 发生光的反射而无散射， 故光线不能完全通过。

②溶质粒子太小，小于入射光波长太多倍，入射光发生衍射，散射很微弱，表现为透光。

③胶体粒子直径小于入射光波长， 发生光的散射，每一个微粒相当于一个发光体，无数发光体散射结果就形成了光的通路。

（展示幻灯片微观原理图）

幻灯片演示：三、胶体的性质

1．丁达尔现象——胶体的光学性质，用于区别溶液和胶体。

当一束光线透过胶体， 从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现一条光亮的“通路”。

设问： 为什么氢氧化铁胶体较长时间放置均匀稳定而氢氧化铁悬浊液静置沉淀？ 用来制备氢氧化铁胶体的原氯化铁溶液和氢氧化铁胶体谁更稳定呢？ 为什么？

学生回答：悬浊液粒子太大，因重力沉降，胶体和溶液粒子较小因微粒永不停息的运动混合均匀相对稳定，其中溶液粒子更小更稳定。

那么是什么原因阻止胶体粒子相互聚集变大凝聚沉降？

2．胶体的稳定性——介稳性

稳定性：溶液＞胶体＞浊液

介绍： 胶体稳定的一个重要原因可以从电泳实验中找到答案。

展示实验图：（引导学生做答） 阴极区颜色逐渐变深→阴极区胶粒浓度增大→Fe（OH）3胶粒向阴极移动→Fe（OH）3胶粒带正电荷→Fe（OH）3胶粒吸附阳离子→胶粒吸附能力强，可吸附离子→胶粒直径小， 表面积大 （类比碳块、碳粉、活性炭）。

解释：（1） 电泳——胶体的电学性质

①在外加电场的作用下，胶体的微粒在分散剂里向阴极（或阳极）作定向移动的现象，叫做电泳。

②电泳现象证明了胶体微粒带有电荷， 利用电泳可以确定胶体微粒的带电性质。

③各种胶体微粒的本质不同， 它们吸附的离子不同，所以带有不同的电荷。

氢氧化铁胶体的电泳

一般来讲，金属氢氧化物、金属氧化物等胶体微粒吸附阳离子，带正电荷；非金属氧化物、非金属硫化物等胶体微粒吸附阴离子，带负电荷；有些胶粒如淀粉、蛋白质大分子一般不吸附各种离子不带电， 因形成水膜而稳定存在。

学生总结：胶粒一般是带电荷的、胶体都是呈电中性的、同种胶体的胶粒带相同的电荷。

幻灯片演示：（2）胶体比较稳定的主要：同种胶体微粒带同种电荷，互相排斥。

引导设问：根据胶体稳定存在的原因，你能推测出哪些手段可以破坏胶体的稳定性吗？

学生实验2：

①1mLFe（OH）3胶体→MgSO4（aq） →振荡

②1mLFe（OH）3胶体→1mLH2SiO3胶体→振荡

③1mLFe（OH）3胶体→加热

④1mLH2SiO3胶体→加热

总结：3．胶体的聚沉：在一定条件下胶体微粒聚集成沉淀而析出的过程。

（1） 胶体稳定存在的原因：布朗运动、胶粒带电

（2）胶体的聚沉

①加入合适电解质：破坏胶粒的带电结构

②与带有相异电荷的胶体微粒的胶体混合

③静电除尘

④长时间加热：增加碰撞机会，并破坏双电层结构

★日常生活：制豆腐原理（胶体的聚沉）和明矾净水。

★自然地理：江河入海口处形成三角洲，其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉。

趣味实验思考： 氢氧化铁胶体中逐滴滴加盐酸会产生什么现象，为什么？

家庭小实验： 哪些方式可以让一杯牛奶中的胶体聚沉？

资料查找： 现代分离技术依次如何从牛奶里分离得到：脱脂乳、除菌乳、乳清蛋白、乳糖？