界面物理化学习题

1、1 .在相同的温度及压力下，把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程，以下性质保持不变的是 (d)(a)总表面能(b)比表面(c)液面下的附加压力(d)表面张力0.025N?m-1) (d)2 .直径为1 M0-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为(a) 5 Pa(b) 10 Pa( c) 15 Pa(d) 20 Pa思路：因为肥皂泡有内、外两个表面，内面的附加压力是负值，外面的附加压力是正值,4ps ，答案选doR'3 .已知水溶解某物质以后，其表面张力丫与溶质白活度a呈如下关系:式中t为纯水的表面张力,A,B为常数，则溶液表面过剩 12为(c)(a)AaRT 1 B

2、a(b)ABaRT 1 Ba(c)ABaRT 1 Ba(d)BaRT 1 Ba思路:RT daaRTA-1BBaRT竿、答案选c4 . 298K时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等温式，在苯蒸汽压力为40Pa时，覆盖率0 =0.05当0 =0.5寸，苯蒸汽的平衡压力为(b)(a) 400 Pa(b) 760 Pa (c) 1000 Pa (d) 200 Pa思路：Langmuir公式p将已知条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a的值，然后根据新的覆盖度和a,计算出平衡压力。答案为bo (要求能够自己推导 Langmuir公式)5.在298K时，已知A液的表面张力是 B液的一半，其

3、密度是 B液的两倍。如果 A, B液分别用相同的 毛细管产生大小相同的气泡时，A液的最大气泡压力差等于B液的(a)(a) 0.5 倍(b) 1 倍(c) 2 倍 (d) 4 倍2思路：Ps 一，代入该公式计算比值，答案选a。R'6 .将一毛细管插入水中，毛细管中水面上升5cm,在3cm处将毛细管折断，这时毛细管上端(c)(a)水从上端溢出(b)水面呈凸面(c)水面呈凹形弯月面(d)水面呈水平面思路：液体具有流动性，Yang-Laplace公式中的半径是可以变化的，不可能出现井喷”的情况。7 .用同一滴管分别滴下 1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴数多少的次序为(c)(a

4、)三者一样多(b)水 乙醇水溶液NaOH水溶液(c)乙醇水溶液 水NaOH水溶液(d) NaOH水溶液 水乙醇水溶液思路：乙醇对水而言是表面活性剂，NaOH对水而言是非表面活性剂。8 .当水中加入表面活性剂后，将发生(a)(a) d /da 0正吸附(b) d /da 0负吸附(c) d /da 0正吸附(d) d /da 0负吸附a d思路：2,表面活性剂在水面富集，可以减小表面张力，为正吸附。答案选 a。RT da9 .把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许举例，小心地在中间滴一滴肥皂水，则两 纸条间距离将（a）（a）增大（b）缩小 （c）不变（d）以上三种都有可能思路：肥皂

5、是表面活性剂，中间的界面张力减小，因此在两侧的水的界面张力作用下，距离增大。答案选a。10 .水不能润湿荷叶表面，接触角大于90°,当水中加入皂素后，接触角将（b）（a）变大（b）变小 （c）不变（d）无法判断思路：接触角为锐角，表明是可以润湿。答案选bo11 .多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其表面Gibbs自由能将（b）（a）升高（b）降低 （c）不变（d）无法比较思路：自发过程，故吉布斯自由能减小。答案选bo12 .某气体A2在表面均匀白催化剂（K）表面发生解离反应，生成产物B+C,其反应机理为已知第二步为决速步，当 A2（g）压力较高时，反应表现的级数为（d）（a） 一级

6、（b）二级 （c） 0.5 级（d）零级思路：因为第二步是决速步，所以速率方程写为：r-d-AK k AK 22 dtAK是中间吸附态，根据稳态近似法，求解AK的平衡浓度，代入上面的速率方程表达式，得2当初始压强很大的时候，上式简化为r k K 0,反应速率为一恒定值，所以为0级反应。13 .恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的嫡值将（a）（a）增大（b）减小 （c）不变（d）无法判定思路：表面积增大，是混乱度增加的过程，所以嫡增。答案选 a。14 .微小晶体与普通晶体相比较，性质不正确的是（d）（a）微小晶体的饱和蒸汽压大（b）微小晶体的溶解度大（c）微小晶体的熔点较低（d）微

7、小晶体的溶解度较小思路：考察Kelvin公式。15 .气相中的大小相邻液泡相碰，两泡将发生的变化是（a）（a）大泡变大，小泡变小（b）大泡变小，小泡变大（c）大泡、小泡均不变（d）两泡将分离开思路：根据Yang-Laplace公式，气泡越小，所受的附加压力越大。小的变小，大的变大。答案选 a。16 .表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是（ c）（a）增溶作用可以是被溶物的化学势大大降低；（b）增溶作用是一个可逆的平衡过程；（c）增溶作用也就是溶解作用；（d）增溶作用与乳化作用不同思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在胶束内，该过程不是溶解过程，而是自发的包裹聚集。17 . Langmu

8、ir吸附等温式满足的条件下，下列不恰当的是（c）（a）固体表面是均匀的（b）吸附质分子之间相互作用可以忽略不计（c）吸附是多分子层的（d）吸附热不随吸附量改变思路：Langmuir吸附是单分子层吸附。18 .对于物理吸附的描述中，不正确的是（ d）（a）吸附力来源于 Van Der Waals力，其吸附一般不具有选择性(b)吸附层可以是单分子层或多分子层(c)吸附热较小(d)吸附速率较小思路：物理吸附，吸附的快，脱附也容易。19.已知H2的解离能为436kJ?mol-1,用气态若用1mol H 2在W表面上全部进行解离吸附,H原子在清洁的 W表面上进行化学吸附时放热293kJ?mol-1。(a

9、) -150kJ?mol-1(b) 586kJ?mol-1估计其吸附热约为(c) 150kJ?mol-1c)(d) -143kJ?mol-1思路：吸热取正号，放热取负号。d)(b)增加逆反应的速率(d)占据催化剂的活性中心20.称为催化剂毒物的主要行为是(a)和反应物之一发生化学反应(c)使产物变得不活泼思路：毒化的机理是催化剂表面的活性中心被毒物占领。二、 填空题1.20°C,101.325kPa下，把一半径R1=5mm的水珠分散成 R2=10-3mm的小水滴，则小水滴的数目为 1.25 C011 个，此过程系统 AG=0.1143Jq已知20oC时，水的表面张力丫 =7.275

10、X2N?m-1。-4 Q4 Q心路：V R V2R233V1nV2,计算得，n=1.25 1011。dG SdT VdPdAs,在恒温、恒压条件下，G A n4 R； 4 R2 ,计算得0.1143J。2 . 20°C, 101.325kPa的标准大气压力下，在液体水中距液面0.01m处形成半径为1mm的小气泡时，气泡内气体的压力为 p=1.0157M05Pa。思路：因为凹液面的附加压力是负值，所以当形成这个气泡时，为了抵消这个负的附加压力，其内部压强应该是3 .同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸汽压分别是p滴，p泡和p平，若将三者按大小顺序排列应为p滴p平

11、p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4 .液态汞的表面张力丫 =0.4636+8.32 -3T/K)3.13 10-7(T/K) 2N?m-1,在 400K 时，汞的 Uas T ,V0.5137J?m-2。S思路：dU TdS pdVdAs,As T,VT As,V将上述两个等式联立，有，T (参看教材316页)As T,VT As,V5. T=298K 时，水-空气表面张力 尸7.17 10-2N?m-1,1.57 10 4N m 1 K 1。在 T, p?时，T p,As可逆地增加2X10-4m2表面，对系统所做的功 W=1.434M0-5J,嫡变AS=3.14 10-8J。因

12、为T, p,nBAs,p,nB所以 S A 1.57 10 4N m 1 K 1 2 104m2 3.14 10 8J T As，P,nB6. 300K时，水的表面张力平0.0728N?m-1,密度 40.9965 X103kg?m-3。在该温度下，一个球形水滴的饱和蒸汽压是相同温度平面水饱和蒸汽压的2倍，这个小水滴的半径是1.52 M0-9m。思路：Kekin 公式：RT lnP02 MR'解得 R' 1.52 10 9m7. 从吸附的角度考虑，催化剂的活性取决于吸附强度，一个良好的催化剂应是中等吸附强度。8. 一般来说，物理吸附的吸附量随温度增高而降低，化学吸附的吸附量随温

13、度增高而先增加，后降低。 三、计算题1 .在一封闭容器底部钻一个小孔，将容器浸入水中至深度0.40m处，恰可使水不浸入孔中。已知 298K时水的表面张力为 7.2 X0-2N?m-1,密度为1.0 M03kg?m-3,求孔的半径。解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡时，其表面的附加压力应等于外面液体的压强， 即计算得，R' =3.6 x 15m。2 .室温时，将半径为1M0-4m的毛细管插入水与苯的两层液体之间， 水在毛细管内上升的高度为 0.04m, 玻璃-水-苯的接触角为40o,已知水和苯的密度分别为 1X103kg?m-3和8X102kg?m-3,求水与苯间的界面张

14、 力。解：根据公式：2水-苯8sghR计算得，水-苯=5.12 10-2N m 13 .已知水在293K时的表面张力为 0.072N?m-1,摩尔质量为0.018kg?mol-1,密度为1X103kg?m-3, 273K 时水的饱和蒸汽压为 610.5Pa,在273293K温度区间内的水的摩尔汽化热为 40.67kJ?mol-1,求在293K 时，半径为10-9m水滴的饱和蒸汽压。解：用Kelvin公式计算液滴的饱和蒸汽压，但是题目中没有告诉 298K时，液体平面对应的饱和蒸汽压。题目中给出了摩尔汽化热，所以可以用克-克方程来计算293K对应的液体平面上的饱和蒸汽压。解得，P293K2.074

15、 103Pa再代入 Kelvin 公式：RT ln -Pl 2MPo R'解得，293K下，半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为pr 6011Pa4 . 291K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力丫与其活度a的关系式可表示为0是纯水的表面张力，该温度下为0.07286N?m-1 ,常数A因酸不同而异，b=0.411,试求:(1)该脂肪酸的Gibbs吸附等温式；(2)当a>>A时，在表面的紧密层中，每个脂肪酸分子的截面积。RT da解：(1) Gibbs吸附等温式公式：先把表面张力的公式进行变换，得ab因此，表面超量为RTln10 a AbA9(2)当 a>>A

16、时， 0 5.38 10 mol mRTln10因此，单个脂肪酸分子的截面积为丫 ,即3.09M0-19m2。5,用活性炭吸附 CHCI3,符合Langmuir吸附等温式，在273K时饱和吸附量为 0.0938m3?kg-1。已知CHCI3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为 0.0825m3?kg-1。试求：(1) Langmuir吸附等温式中的常数a。(2)当CHCI3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。解：将已知条件代入公式，计算得a 5.448 10 4(1) Langmuir吸附等温式(2)根据上述a的值，计算得出分压为 6.67kPa时的覆盖度为0.7842。因为饱和吸附量已知，所以用饱和吸附量乘以覆盖度即得在该分压下的平