表面物理化学简答和论述

1、1. 什么是表面自憎现象？某种低能液体在高能表面铺展形成单分子铺展层后，多余低能液体在固体表面不能铺展而形成液滴的现象叫做表面自憎现象。2什么是毛细凝结？在亲液毛细体系中，液体在毛细管中能够形成凹液面，毛细体系中液体的饱和蒸汽压远小于正常饱和蒸汽压，使饱和蒸汽压在该体系中易于凝结的现象。3表面现象有着广泛的应用吸附:如用活性炭脱除有机物；用硅胶或活性氧化铝脱除水蒸汽；用分子筛分离氮气和氧气；泡沫浮选等。催化作用:在多相催化中使用固体催化剂以加速反应。如石油工业的催化裂化和催化加氢、胶束催化等。表面膜:如微电子集成电路块中有重要应用的LB膜；在生物学和医学研究中有重要意义的BL膜和人工膜；能延缓

2、湖泊水库水分蒸发的天然糖蛋白膜等。新相生成：晶核生成或晶体生长是典型的新相生成，过冷、过热、过饱和等亚稳现象产生的主要原因也是由于新相生成。泡沫乳状液：如油品乳化、破乳；泡沫灭火等。润润现象：喷洒农药、感光乳液配制、电镀工件的润湿及利用润湿作用 进行浮选等。洗涤工业。4. 影响表面张力的因素分子间相互作用力的影响：对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。(金属键)>(离子键)>(极性共价键)>(非极性共价键)温度的影响 ：温度升高，表面张力下降。压力的影响：表面张力一般随压力的增加

3、而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降5. 接触角的测定角度测量法: 一类应用最广、较方便简单、最直接的方法；长度测量法垂片法；透过测量法：主要用于固体粉末接触角测量影响接触角测定的因素除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的因素还有接触角滞后和吸附作用。造成接触角滞后的主要原因有三：不平衡状态，固体表面的粗糙性和不均匀性。接触角与固液气二相物质的性质密切有关此外，接触角也受温度的影响，但影响不是很大。一般随温度升高，接触角略有下降6. 固体表面上的电荷来源有以下途径：电离、吸附、

4、摩擦接触和晶格取代扩散双电层模型的假设：1）固体表面是一个无限大的、带有均匀电荷密度的平面；2）反离子作为点电荷处理，在溶液中的分布服从波尔兹曼能量分布规律；3）溶剂对双电层的影响仅通过介电常数起作用，而溶液中 各部分的介电常数又处处相等，不随反离子的分布而异。4）溶液中电解质是由简单对称型盐组成，而且相同价数的离子影响不大。7. 影响气固界面吸附的因素温度：气体吸附一般是放热过程，因此无论物理吸附还是化学吸附(有例外)温度升高时，吸附量是减少的。在实际体系中，可根据需要确定最适宜的温度，并不是越低越好。压力无论是物理吸附还是化学吸附，增加吸附质平衡分压，吸附速率和吸附量都是增加的。吸附剂和吸

5、附质的性质多孔性吸附剂的孔结构上述反映的是吸附剂表面性质对吸附的影响。实际上多孔性吸附剂的孔隙大小不但影响吸附速率，还直接影响吸附量的大小8. 固体自溶液中吸附的影响因素温度与固气吸附一样，固体自溶液中的吸附是放热过程，因此，一般温度升高吸附量减少.溶解度溶解度越小的溶质越易被吸附。吸附一般也服从相似相吸的规则：极性吸附剂易吸附极性溶质，非极性吸附剂易吸附非极性溶质。极性的吸附剂易于从非极性溶剂中吸附极性的溶质：非极性的吸附剂易于从极性溶剂中吸附非极性的溶质。界面张力界面张力越低的物质越易在界面上吸附.吸附剂孔的大小多孔吸附剂孔的大小影响吸附速率，也影响吸附平衡的规律。多种溶质溶液中的吸附若溶

6、液中有多种溶质，且都能被吸附，除非有特殊相互作用，通常各溶质的吸附要比其在同条件下单独存在时吸附量小盐的影响盐的存在可影响固体自溶液中的吸附。研究结果表明，若盐的加入能使溶质的活度系数增大，或溶解度减小，则溶质的吸附量将因盐的加入而增加影响大分子化合物吸附的因素1）大分子物分子量在孔性固体上，一般分子量增加吸附量减少，这可能是孔的屏蔽效应引起的。（2）溶剂大分子物在良溶剂中溶解度大，分子伸展，吸附量减小。此外，与固体表面性质相近的溶剂与大分子强烈竞争吸附，可使其吸附量减小。（3）吸附剂性质吸附剂的表面化学性质、比表面和孔的大小对大分子物的吸附有重要影响。孔性固体吸附剂孔的大小对大分子物的吸附影

7、响很大。有时分子量较低的大分子可以进入的孔，而分子量大的进不去，所以表现出随分子量减小而吸附量增加的现象。如炭自乙酮中吸附聚苯乙烯，自丙酮中吸附硝化纤维，自水中吸附葡聚糖等均属此种情况。吸附质在吸附剂上吸附大都遵循相似相吸的规则，故非极性大分子化合物易被炭质等非极性吸附剂吸附，极性大分子化合物易被极性吸附剂吸附。9. 影响胶束聚集数大小的因素有表面活性剂同系物中，随疏水基碳原子数增加，聚集数增加；非离子型表面活性剂疏水基相同时，亲水的聚氧乙烯链长度增加，聚集数降低；加入无机盐对非离子型的聚集数影响不大、而使离子型表面活性剂的聚集数增加，其原因是电解质的反离子进入紧密层，压缩了扩散层，使胶束离子

8、头基电荷得到中和，电斥力减小，促使更多表面活性剂进入胶束；温度升高对离子型表面活性剂的胶束聚集数影响不大，只是略有降低，但对非离子型的影响很大，温度升高总是使其聚集数增加，特别在接近其浊点时增加更快。10. 试从力学和能量角度解释溶液表面张力的含义，并给出实验室测定的方法。力学角度：处于表面的粒子受力不均匀，在某一方向上有合力产生，这是导致表面张力产生的力学观点；能量角度：处于表面的粒子能量较高，因此在表面的粒子具有过剩自由能，从而导致比表面过剩自由能的产生，这是能量方面的观点。测定方法：滴体积法、滴重法、吊环法、最大气泡压力法。11. 请根据Kelvin 公式说明等温蒸馏的基本原理。(4分)

9、 由Kelvin公式知，亲液毛细体系中的饱和蒸汽压,使饱和蒸汽在该毛细体系中易于凝结，利用此原理，宏观上可使某液体在等温条件下在毛细体系中纯化或富集的过程叫做等温蒸馏。12.选B 13. 兰缪尔吸附等温式所基于的一个假设是： C A理想的气体行为 B平整的固体表面 C吸附热为一常数，不随吸附过程变化 D吸附与脱附的活化能均为零14. 往水中加入表面活性剂以后 CAddc>0，产生正吸附 Bddc>0，产生负吸附 Cddc<0，产生正吸附 Dddc<0，产生负吸附15. 在用最大气泡法测定液体表面张力的实验中，下述哪一条操作规定是错误的? dA毛细管壁必须清洗干净 B毛细

10、管口必须平整 C毛细管必须垂直放置 D毛细管插入液体内部一定深度16. 一个玻璃毛细管分别插入 25 和 75 的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度： c(A) 相同 ； (B) 无法确定 ； (C) 25 水中高于 75 水中 ； (D) 75 水中高于 25 水中17. 纯水的表面张力是指恒温恒压组成时水与哪类相接触时的界面张力： (A) 饱和水蒸气 ； (B) 饱和了水蒸气的空气 ； (C) 空气 ； (D) 含有水蒸气的空气 。18. 对处于平衡状态的液体，下列叙述不正确的是： (A) 凸液面内部分子所受压力大于外部压力 ； (B) 凹液面内部分子所受压力小于外部压力 ；

11、(C) 水平液面内部分子所受压力大于外部压力 ； (D) 水平液面内部分子所受压力等于外部压力 。19. 微小固体颗粒在水中的溶解度应： (A) 与颗粒大小成正比 ； (B) 与颗粒大小无关 ； (C) 随表面张力增大而增大 ； (D) 与固体密度成正比20. 一根毛细管插入水中，液面上升的高度为 h，当在水中加入少量的 NaCl，这时毛细管中液面的高度为： (A) 等于 h ； (B) 大于 h ；(C) 小于 h ； (D) 无法确定 21. 胶束的出现标志着表面活性剂的： (A) 降低表面张力的作用下降 ； (B) 溶解已达到饱和 ； (C) 分子间作用超过它与溶剂的作用 ；22. 矿石

12、浮选法的原理是根据表面活性剂的： (A) 乳化作用(B) 增溶作用；(C) 去污作用 ； (D) 润湿作用 23. 有机液体与水形成 W/O 型还是 O/W 型乳状液与乳化剂的 HLB 值有关，一般是： (A) HLB 值大，易形成 W/O 型 ； (B) HLB 值小，易形成 O/W 型 ； (C) HLB 值大，易形成 O/W 型 ； (D) HLB 值小，不易形成 W/O 型 。24. 下列叙述不正确的是： (A) 农药中加入润湿剂可使(l-g)和(l-s)减小，药液在植物 表面易于铺展； (B)防水布上涂表面活性剂使(s-g)减小，水珠在其上不易铺展； (C)泡沫浮选法中捕集剂极性基吸

13、附在矿石表面，非极性基向外易被吸附在泡沫上；(D) 起泡剂的主要作用是增大液体表面张力。 25. 对于增溶作用，下列叙述不正确的是： (A) 增溶作用使被溶物质化学势降低(B)增溶系统是热力学稳定系统，而乳状液或溶胶是热力学不稳定系统 (C)增溶作用与真正的溶解作用一样，均使溶剂依数性有很大变化 ； (D)增溶作用发生在有大量胶束形成的离子型表面活性剂溶液中26. 27. 在溶胶的下列几种现象中，不是基于其动力性质的为： A渗透 B电泳 C.扩散 D沉降平衡28. 对电动电势()描述错误的是 A它是指胶粒的相对运动边界与液体内部的电位差 B其值随外加电解质而变化 C其值一般高于热力学电势 D有

14、可能因外加电解质而改变符号29. 有两种利用光学性质测定胶体溶液浓度的仪器；比色计和比浊计，它们分别观察胶体溶液的 A透射光，折射光 B透射光，散射光 C透射光，反射光 D折射光，散射光30. 在固体表面上，吸附溶液中两种相同类型离子时，易被优先吸附的是（）浓度大的离子 （）多电荷的离子 （）离子的大小与晶格离子的大小差不多的离子 （）与晶格相同的离子，能生成溶解度最低的化合物的离子 31. 溶胶电动现象主要决定于:(A)热力学电位 (B)电动电位 (C)分散层电位 (D)紧密层电位32. 有关溶液表面吸附，下列说法中正确的是 （A）表面活性物质，在表面层的浓度小于本体溶液 （B）发生正吸附时

15、，d/dc>0（C）发生负吸附时，表面张力降低 （D）任何溶液，其表面层浓度与本体的浓度都不会相同33. 液体的内压力和表面张力的联系与区别在于 （A）产生的原因相同而力的作用点不同 （B）产生的原因相同而力的作用方向不同（C力作用点相同而方向不同 D）产生的原因不同 34. BET 吸附理论最基本的假定是 （A）固体表面各处不均匀的，吸附能力不相同（B）同层被吸附分子间有作用（C）固体表面是多分子层吸附（D）固体表面只有物理吸附 35. 表面活性剂在结构上的特征是 （A） 一定具有亲水基和亲油基（B）一定具有脂肪酸基或氨基（C）一定具有磺酸基或高级脂肪烃基 （D）一定具有羟基和高级脂肪

16、酸基 36. 对理想的水平液面，其值为零的表面物理量是： （A）表面功（B）比表面吉布斯自由能（C） 正压力 （D） 附加压力37.胶束的出现标志着（A）表面活性剂降低表面张力的作用下降38. 影响表面张力的因素很多，但它与 （A） 温度无关 （B） 外压力无关 （C） 组成无关 （D） 实际表面大小无关39. 使用表面活性剂时应特别注意的问题是:（A）两性型和非离子型表面活性剂不可混用 （B阴离子型表面活性剂不能在酸性介质中使用 （C）非离子型表面活性剂不能在碱性介质中使用 （D） 阴离子型和阳离子型表面活性剂不可混用40. 润湿可分为四个等级，即浸没润湿、毛细润湿、铺展润湿和粘附润湿，它们

17、的程度是: （A） 浸没润湿>铺展润湿>毛细润湿>粘附润湿 41. Langmuir 吸附理论最基本的假定是: （A）固体表面是均匀的，各处的吸附能力相同 （B）是单分子层吸附 （C）被吸附分子间无作用 （D） 吸附和解吸之间存在动态平衡42. BET 公式在实验技术上的重要意义在于建立了 （D） 测定固体比表面的标准方法43. 当水中加入表面活性剂后，将发生 A d/da0 正吸附44. 小肠能直接吸收脂肪，主要是胆汁的 A 增溶作用 B 润湿作用 C 分散作用 D 乳化作用45. 有两根半径相同的玻璃毛细管插入水中，水面上升高度为 h，其中一根在 1/3 h 处使其弯曲向

18、下，试问水在此毛细管端的行为 A 水从毛细管端滴下； B 毛细管端水面呈凸形弯月面； C 毛细管端水面呈凹形弯月面； D 毛细管端水面呈水平面46. 除了被吸附气体的气压须适当之外，下列因素中哪个对气体在固体表面发生多层吸附起主要影响？ (A) 气体须是理想气体 (B) 固体表面要完全均匀 (C) 气体温度须接近正常沸点47. 用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多? (A) 水的多(B) 苯的多 (C) 一样多 (D) 随温度而改变48. 兰缪尔吸附等温式所基于的一个假定是 ： (A) 吸附热是个常数 49.BET 吸附等温式中 Vm为： (A) 饱和吸附量 (B) 平衡吸附量

19、(C) 铺满第一层的吸附量 50. 油在水面的铺展往往进行到一定程度便不再扩展，为什么？ 液体在固体表面，或一种液体在另一种与其不相溶的液体表面的铺展过程，可用铺展系数 S 来描述，当 S0 时，铺展过程便可自动进行。对于液（1）-液（2）铺展体系液（2）为底液 在温度不变且不受环境污染的前提下，如果两个液体完全不互溶，则铺展过程中界面张力 不变，S 为定值，只要铺展开始能够进行，就应当持续进行下去，直到形成表面单分子膜；然而，多数“油”与水之间并非完全不互溶，在铺展过程中，随着“油”、水分子在一定程度上的相互渗入，界面张力逐渐改变，当导致S<0，铺展便不能进行。 51. 两块平板玻璃在

20、干燥时叠在一起很容易分开，如果在其中间放些水再叠在一起，要想在垂直于玻璃平面的方向上拉开它们，很费劲，这是什么道理？ 水能润湿玻璃。在两板间可形成四周向内凹的液面。在凹液面内液体受到的压力将比大气压小，（PP0）。P= PP0= r4。如图，产生向外的附加压力，因此使得玻璃板在垂直于附加压力的方向所受到的大气的压力相对对比水凹面处所受压力为大，把两玻璃板压紧，因此不易拉开。但平行于玻璃板，使它们相对错开却很容易。52.人工降雨答：主要是因为细小水珠的水汽压力（P）大，根据公式：ln0'pp= RTrM2可知，水滴半径越小（r），则P P0，所以，高空中虽然水汽压力已超过饱和蒸汽压（P0

21、），对水平液面下的水来说已过饱和了，但是，对细小水滴来说尚未饱和。因此，稍大水滴就难形成，不能降雨。若撒入一些固体粉末做凝聚中心 , 则使凝结水滴的初始半径加大, 其对应的饱和蒸汽压可小于高空中已有的P，这时，可迅速凝成雨滴，这就是人工降雨原理。 类似上述过程，可以解释细小晶体的溶解度为何较大；过饱和溶液中为何可不析出溶质；过热液体为何不汽化等现象8. 同一支滴管，滴出 1ml 纯水大约是 17 滴，而滴出 1ml 纯苯需 40 滴，滴出 1ml正丁醇需 24 滴，如何解释？答：液滴在管口将滴落时，重力与附加压力平衡：·g·V= r2，可得：r= gv2，即液滴半径与成正比

22、，与成反比。苯的密度虽小于水，但苯的表面张力更小于水，即：苯水；苯 水，这样，就使苯滴的半径（r）显著变小，所以，滴出 1ml苯时，滴数就多于水。而正丁醇的密度（）与水相似，表面张力（）却小于水，所以，滴数也就多于水。9. 如何根据热力学原理去解释胶体体系的聚结不稳定性和一定条件下的相对稳定性？答：胶体粒子半径在 10-910-7m之间，介于分子分散系的真溶液与粗分散系的悬浊（乳浊）液之间。从数据看，胶粒的体积很小，它的比表面积却很大。因此，它的表面自由焓很高，体系处于热力学不稳定状态。小颗粒能自动地相互聚结成大颗粒，以降低其表面自由焓，这就是胶粒易聚沉的原因。 然而，也正由于有较高表面自由焓

23、，胶粒在一定条件下，也可自发地、选择性地吸附某种离子或溶剂分子，以降低它的表面自由焓，形成了相对稳定的溶剂化粒子；因而保护了相互碰撞的粒子，使其不聚沉。 总之，我们可以根据需要，控制一定的条件，使胶粒聚沉或使其稳定存在。两种情况都有热力学的根据。10. 高分子化合物，如蛋白质、淀粉等，分散相的大小与胶粒差不多，两者有什么异同处？高分子化合物，又称亲液溶胶。根据其分散相的大小与憎液胶粒相仿，所以，性质有相似处，如：扩散速度都较慢，不能通过半透膜等。但是，两者有更多不同处，如：（1）高分子体系中分散相与分散介质之间亲和力强，能自动分散为溶液，而憎液胶粒却不行；（2）高分子体系很稳定，溶剂化强，而溶

24、胶不稳定；（3）高分子体系对电解质稳定性大，而溶胶粒子对电解质很敏感；（4）高分子是一个分子分散的平衡的均相体系，其性质与小分子溶液相似，可用热力学函数来描述，而溶胶是不平衡体系，只能作动力学研究。14. 表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念？相同否?：总的说来四者都是描述表面的过剩能量，但概念上有区别，表面能为物质表面较其内部多余的能量；若在 T，p 恒定时，这部分能量称为表面自由能（表面吉布斯自由能）；若在T，p恒定时，单位表面的自由能，便称为比表面自由能，其单位为J·m2，因 JN·m，故 J·m2也可化为 N·m1，这样表面自

25、由能又转变为另一概念，成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力，称为表面张力。虽然比表面自由能和表面张力的数值相同，也可混用，但概念有差别，前者是标量，后者是矢量。15. 若在容器内只是油与水在一起，虽然用力振荡，但静止后仍自动分层，这是为什么？油与水是互不相溶的，当二者剧烈振荡时，可以相互分散成小液滴，这样一来，表面能增大，这时又没有能降低表面能的第三种物质存在，因此这时为不稳定体系，体系有自动降低能量的倾向，分层后，体系能量降低，因此会自动分层。19. 在进行蒸馏实验时要在蒸馏烧瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸其道理何在？若无碎磁片或沸石，由于液体内部不易形成新相( 气相 )，

26、因若形成新相的刹那间，该新气泡相的凹形表面的曲率很大，则根据开尔文公式，这样微小的气泡便自发消失，因此体系便不能在正常情况下沸腾，便会升高温度形成局部过热的介稳定状态，导至暴沸。如果在液体内加上沸石，则在沸石表面的尖端有较大的凸端，此处 pr( 气泡内压强)p*(液体饱和蒸气压)，因而容易沸腾，并且沸石内部吸附的空气，也因受热而脱附，成为形成气泡气核，又因沸石与瓶底紧密相接，而成为局部过热处，两者相接处的液膜在瞬间过热，prp*，便成为微泡，使沸石跳动，结果便成为一新气泡上升。22. 表面活性剂在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上，还是以胶束的形式存在于溶液中？为什么？：表面活性剂在溶液表面

27、形成定向排列，以降低水的表面张力，使体系趋向稳定，但在溶液内部，表面活性剂也能把增水基团靠在一起，形成胶束，一般来说，浓度较稀时以定向排列吸附在表面为主，但溶液内部也可能有简单的胶束形成；随着表面活性剂的浓度增加，表面定向排列增加的同时，内部胶束数量也增多，一旦表面形成单分子膜，这时便达到临界胶束浓度，以后再增加表面活性剂浓度，只增加胶束数量，表面张力不再改变。24. 水在玻璃管中呈凹形夜面，但水银则呈凸形。为什么？因水与玻璃的接触小于 90°，水的表面的附加压力为负值，这样就使水在玻璃管中呈凹面。而水银与玻璃的接触为大于 90，水银表面的附加力为正值，因而水银在玻璃管内呈凸形液面。

28、26. 在亲水固体表面，经适当表面活性剂(如防水剂)处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？由于表面活性剂在亲水表面上的定向排列，亲水基团与固体表面接触，憎水基团向外这样就使固体表面形成一层憎水层，从而改变了固体表面结构与性质，使其具有憎水性。33. 分散度很高的细小固体颗粒的熔点比普通晶体熔点要高些、低些、还是一样？为什么会有过冷液体不凝固的现象？因为细小晶体颗粒比大颗粒具有更高的表面能，在较低的温度下即可达到晶体熔化所需的能量，故细小的熔点比普通晶体熔点要低些。 液体在凝固时首先形成极细小的晶核，而小晶核的熔点低于正常熔点。故在正常凝固点时，不能形成小晶核，必须在更低的温度下才能形成，这就是过冷液体不凝固的现象。36. 人工降雨的原理是什么？为什么会发生毛细凝聚现象？为什么有机蒸馏时要加沸石？定量分析中的"陈化"过程的目的是什么？答：都可用 Kelvin 公式进行解释，因为小液滴的蒸气压比大液滴大，凹面上的蒸气压比平面上小（因曲率半径为负值），小颗粒的溶解度比大颗粒大等等。38. 为什么泉水，井水都有比较大的表面张力？将