物理化学知识点chap 10

1、第十章第十章 界面现象界面现象一、概念一、概念 ：即表面张力，看作是引起表面收缩的单位长度上的力，：即表面张力，看作是引起表面收缩的单位长度上的力，单位：单位：Nm-1。（1） 液体的表面张力液体的表面张力2 2F Fl l ：使系统增加单位表面所需的可逆功使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。，称为表面功。 单位：单位：Jm-2。（2）表面功）表面功r rs sd dW WA A （3）表面吉布斯函数）表面吉布斯函数s sT ,pT ,pG GA A ：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的：恒温恒压下，增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数函数。 单位：单位：Jm-2。三者物理意

2、义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：三者物理意义不同，但量值和量纲等同，单位均可化为：Nm-1表面张力的作用方向表面张力的作用方向:L dl 平液面平液面: 沿着液面并与液面沿着液面并与液面平行平行弯曲液面弯曲液面: 与液面与液面相切(c) 附加压力方向示意图附加压力方向示意图 气p pgpl(a)气液 p plpg(b) p=0液气pl（4）弯曲液面的附加压力）弯曲液面的附加压力 p = p内内p外外 p内内-凹液面一侧压力，凹液面一侧压力，p外外-凸液面一侧压力。凸液面一侧压力。 p总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。总是一个正值，方向指向凹面曲率半径中心。（5）在固体表面，某物质

3、的浓度与体相浓度不同的现象）在固体表面，某物质的浓度与体相浓度不同的现象称为称为吸附吸附。 被吸附的物质被吸附的物质 有吸附能力的物质有吸附能力的物质 吸附量吸附量：当吸附平衡时，：当吸附平衡时，单位重量吸附剂单位重量吸附剂吸附的吸附质吸附的吸附质V: 被吸附的气体在被吸附的气体在0 oC，101.325kPa下的体积下的体积即：即：单位：单位：mol kg-1a an nn nm m= =或：或：单位：单位： m3 kg-1a aV VV Vm m= =7物理吸附与化学吸附：物理吸附与化学吸附：性质性质物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力化学键力化学键力吸附层数吸附层

4、数单层或多层单层或多层单层单层吸附热吸附热小（近于液化热）小（近于液化热） 大（近于反应热）大（近于反应热）选择性选择性无或很差无或很差较强较强可逆性可逆性可逆可逆不可逆不可逆吸附平衡吸附平衡易达到易达到不易达到不易达到8（6 6）溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓）溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液本体中浓度不同的现象度不同的现象 溶液表面的吸咐溶液表面的吸咐 表面层浓度高于本体浓度表面层浓度高于本体浓度正吸附正吸附 表面层浓度低于本体浓度表面层浓度低于本体浓度-负吸附负吸附表面过剩表面过剩或或表面吸附量表面吸附量 ：s=nA 单位为单位为mol m-2二、方程及等温式二、方程及等温式1

5、. 拉普拉斯（拉普拉斯（Laplace)方程方程弯曲液面的曲率半径为弯曲液面的曲率半径为rrp2液体表面液体表面（2）对）对空气中的气泡空气中的气泡，如肥皂泡，有两个气，如肥皂泡，有两个气-液界面，液界面， p=4 /r。（1）该形式的）该形式的Laplace方程方程只适用于球形液面只适用于球形液面，如，如小液滴或液体小液滴或液体中的小气泡中的小气泡。11m m2222l n l nr rMVMVp pR TR Tprrprrggggr r= =2. 开尔文（开尔文（Kelvin）公式）公式p，pr平液面平液面及及曲率半径为曲率半径为r的的液滴液滴的饱和蒸气压的饱和蒸气压M， 液体的摩尔质量及

6、密度液体的摩尔质量及密度曲率半径为曲率半径为r的的液滴液滴液滴越小，液滴越小，r 越小，越小，pr 越大越大 毛细管中曲率半径为毛细管中曲率半径为r的的凹液面凹液面以水为例以水为例： pr(凸液面凸液面) pr(平液面平液面) pr(毛细管中凹液面毛细管中凹液面)， 且曲率半径且曲率半径r 越小，偏离程度越大。越小，偏离程度越大。m m2 2l n l nr rV Vp pR TR Tprpr- -g g凹液面的曲率半径越小，凹液面的曲率半径越小，pr 越越小小 固体表面固体表面1. 朗缪尔吸附等温式朗缪尔吸附等温式1bpbp1-1kbk或：或：1aambpVVbp对于对于理想稀溶液理想稀溶液

7、1. 吉布斯吸附等温式吉布斯吸附等温式d dd dc cR TcR Tcg gG G= -= -：溶质溶质在在单位面积单位面积的表面层中的的表面层中的吸附量吸附量(mol m-2)c: 溶质在溶液本体中的平衡浓度溶质在溶液本体中的平衡浓度溶液表面溶液表面2. 表面活性物质在吸附层的定向排列表面活性物质在吸附层的定向排列 一般情况下，表面活性物质的一般情况下，表面活性物质的 - c 曲线曲线m m1 1kckckckcGGGG= =+ +1. 表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象并不密切相关，例如并不密切相关，例如(A) 气体在固体

8、上的吸附气体在固体上的吸附 (B) 微小固体在溶剂中溶解微小固体在溶剂中溶解(C) 微小液滴自动呈球形微小液滴自动呈球形 (D) 不同浓度的蔗糖水溶液混合不同浓度的蔗糖水溶液混合 答案：答案：D2. 液体的附加压力和表面张力的联系与区别在于液体的附加压力和表面张力的联系与区别在于 (A) 产生的原因和方向相同而大小不同产生的原因和方向相同而大小不同 (B) 作用点相同而方向和大小不同作用点相同而方向和大小不同 (C) 作用点相同而产生的原因不同作用点相同而产生的原因不同 (D) 产生的原因相同而方向不同产生的原因相同而方向不同 答案：答案：D1. 表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面

9、现象表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象并不密切相关，例如并不密切相关，例如(A) 气体在固体上的吸附气体在固体上的吸附 (B) 微小固体在溶剂中溶解微小固体在溶剂中溶解(C) 微小液滴自动呈球形微小液滴自动呈球形 (D) 不同浓度的蔗糖水溶液混合不同浓度的蔗糖水溶液混合(E) 疏松土壤防止水份蒸发疏松土壤防止水份蒸发 答案：答案：D3. 对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是 (A) 表面功表面功 (B) 表面吉布斯函数表面吉布斯函数 (C) 表面张力表面张力 (D) 附加压力附加压力 答案：答案：D 4. 表面张力是物质的表面性质

10、，其值与很多因素有关，但表面张力是物质的表面性质，其值与很多因素有关，但是它与下列因素无关是它与下列因素无关 (A) 温度温度 (B) 压力压力 (C) 组成组成 (D) 表面积表面积 答案：答案：D 5. 若多孔性物质能被水润湿，则当水蒸气含量较大时，可首若多孔性物质能被水润湿，则当水蒸气含量较大时，可首先在该多孔性物质的孔隙中凝结，这是因为先在该多孔性物质的孔隙中凝结，这是因为(A) 平液面的蒸气压小于凸液面的蒸气压平液面的蒸气压小于凸液面的蒸气压(B) 平液面的蒸气压大于凸液面的蒸气压平液面的蒸气压大于凸液面的蒸气压(C) 平液面的蒸气压大于凹液面的蒸气压平液面的蒸气压大于凹液面的蒸气压

11、(D) 平液面的蒸气压小于凹液面的蒸气压平液面的蒸气压小于凹液面的蒸气压 答案：答案：C6. 对弯曲液面上的蒸气压的描述正确的是对弯曲液面上的蒸气压的描述正确的是(A) 大于平面液体的蒸气压大于平面液体的蒸气压(B) 小于平面液体的蒸气压小于平面液体的蒸气压(C) 大于或小于平面液体的蒸气压大于或小于平面液体的蒸气压(D) 都不对都不对 答案：答案：C8. 若天空云层中小水滴的大小发生变化时，一定是若天空云层中小水滴的大小发生变化时，一定是 (A) 大水滴变大，小水滴变小大水滴变大，小水滴变小 (B) 大水滴变小，小水滴变大大水滴变小，小水滴变大 (C) 大小水滴都变大大小水滴都变大 (D)

12、大小水滴都变小大小水滴都变小 答案：答案：A。因小水滴的蒸气压大于大水滴的蒸气压。因小水滴的蒸气压大于大水滴的蒸气压。7. 溶液表面的吸附现象和固体表面的吸附现象的明显区别是溶液表面的吸附现象和固体表面的吸附现象的明显区别是(A) 固体表面的吸附量大，溶液表面的吸附量小固体表面的吸附量大，溶液表面的吸附量小(B) 溶液表面的吸附量大，固体表面的吸附量小溶液表面的吸附量大，固体表面的吸附量小(C) 溶液表面可以产生负吸附，固体表面不产生负吸附溶液表面可以产生负吸附，固体表面不产生负吸附(D) 固体表面的吸附与压力有关，溶液表面的吸附与压力无关固体表面的吸附与压力有关，溶液表面的吸附与压力无关 答

13、案：答案：C10. 对物理吸附的描述中，哪一条是不正确的？对物理吸附的描述中，哪一条是不正确的？(A) 吸附速度较快吸附速度较快(B) 吸附层可以是单分子层或多分子层吸附层可以是单分子层或多分子层(C) 吸附热较小吸附热较小(D) 吸附力来源于化学键力，吸附一般不具选择性吸附力来源于化学键力，吸附一般不具选择性 答案：答案：D9. 一定条件下液体在毛细管中上升的高度与毛细管的半径一定条件下液体在毛细管中上升的高度与毛细管的半径(A) 无关无关 (B) 成正比成正比 (C) 成反比成反比 (D)不确定不确定 答案：答案：C12. 表面活性剂是针对某种特定的液体或溶液而言的，表表面活性剂是针对某种

14、特定的液体或溶液而言的，表面活性剂的实质性作用是面活性剂的实质性作用是(A) 乳化作用乳化作用 (B) 增溶作用增溶作用(C) 降低表面张力降低表面张力 (D) 增加表面张力增加表面张力 答案：答案：C 11、防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气，这是因为、防毒面具吸附毒气而基本上不吸附氧气，这是因为 (A) 毒气通常比氧气密度大毒气通常比氧气密度大 (B) 毒气分子不如氧气分子活泼毒气分子不如氧气分子活泼 (C) 一般毒气都易液化，氧气难液化一般毒气都易液化，氧气难液化 (D) 毒气是物理吸附，氧气是化学吸附毒气是物理吸附，氧气是化学吸附 答案：答案：C【10.3】计算计算373.15K时，下

15、列情况下弯曲液面承受的附加压时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知力。已知373.15K时水的表面张力为时水的表面张力为58.9110-3N m-1。（1）水中存在的半径为）水中存在的半径为0.1um的小气泡的小气泡（2）空气中存在的半径为）空气中存在的半径为0.1um的小液滴的小液滴（3）空气中存在的半径为）空气中存在的半径为0.1um的小气泡的小气泡分析：分析： 利用拉普拉斯方程利用拉普拉斯方程rp2解解： （1）和（）和（2）两种情况下均只存在一个气）两种情况下均只存在一个气-液界面，液界面，其附加压力相同。根据其附加压力相同。根据拉普拉斯方程拉普拉斯方程3362258.91 101

16、.178 100.1 10pPakPar （3）空气中存在的气泡，有两个气）空气中存在的气泡，有两个气-液界面，其附加压力液界面，其附加压力为为3364458.91 102.356 100.1 10pPakPar 【10.5】水蒸气迅速冷却至水蒸气迅速冷却至298.15K时可达到过饱和状态。已时可达到过饱和状态。已知该温度下知该温度下水的表面张力为水的表面张力为71.9710-3 Nm -1 ，密度为，密度为997 kgm-3。 当过饱和水蒸气当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸气压的压力为平液面水的饱和蒸气压的4倍时，计算倍时，计算： （1）开始形成水滴的半径；（）开始形成水滴的半径；（2）

17、每个水滴中）每个水滴中所含水分子的个数。所含水分子的个数。分析：分析： 利用开尔文公式利用开尔文公式2 2l n l nr rM Mp pR TR Tprprg gr r= =3 34 4= =3 3VrVrp p水水滴滴= =M MV VL Lr r水水分分子子= =V VN NV V水水滴滴水水分分子子解：解： （1）利用开尔文公式）利用开尔文公式2 2l n l nr rM Mp pR TR Tprprg gr r= =得得-3-310102 2= =l n l n271. 97100. 018271. 97100. 018= =9978. 314298. 15l n 49978. 314298. 15l n 47. 569107. 56910r rM Mr rp pR TR Tp pm mm mg gr r- -骣骣创创琪琪琪琪琪琪琪琪创创桫桫=（2）每个水滴的体积）每个水滴的体积( () )3 3310327331032734444=3. 147. 569101. 81510=3. 147. 569101. 815103333VrmmVrmmp