合肥工业大学-物理化学习题-第十章、界面现象合并

1、00-7-151 1 液体在玻璃毛细管中是上升还是下降液体在玻璃毛细管中是上升还是下降, 取决于该液体的什么取决于该液体的什么性质性质? _ A. 粘度粘度 B. 界面张力界面张力 C. 密度密度B 2 纯组分系统的表面纯组分系统的表面Gibbs函数值函数值 _. A. 大于零大于零 B. 小于零小于零 C. 等于零等于零 D. 不一定不一定A 3 表面张力与下述哪些因素无关表面张力与下述哪些因素无关? _ A. 物质本身性质物质本身性质 B. 物质总表面积物质总表面积 C. 温度温度 D. 压力压力 E. 与此物质相接触的其它物质与此物质相接触的其它物质B第十章、界面现象00-7-152lg

2、ls 90 s sl 4 润湿角润湿角 sl l B. sl s + l C. sl s + l cos D. s slD 5 纯液体实际凝固温度比正常凝固点低纯液体实际凝固温度比正常凝固点低, 其原因是其原因是 _. A. 新生微晶的化学势高新生微晶的化学势高 B. 新生微晶的蒸气压低新生微晶的蒸气压低 C. 冷却速度不能无限慢冷却速度不能无限慢 D. 相变热散失速度恒较快相变热散失速度恒较快A 6 为测定催化剂比表面为测定催化剂比表面, 常用低温常用低温N2吸附法吸附法, 此条件下此条件下N2在催在催化剂表面上是化剂表面上是_. A. 物理吸附物理吸附 B. 单分子层吸附单分子层吸附 C.

3、 发生毛细凝结发生毛细凝结 D. 铺满单分子层的饱和吸附铺满单分子层的饱和吸附A00-7-153 9 如图在毛细管中装入润湿性液体如图在毛细管中装入润湿性液体, 当在毛细管左端加热时当在毛细管左端加热时, 则管内液体将则管内液体将 _. A. 向左移动向左移动 B. 向右移动向右移动 C. 不发生移动不发生移动 D. 来回移动来回移动加热加热 7 表面活性物质最重要的一个特征是表面活性物质最重要的一个特征是_ . A. 表面张力大表面张力大 B. 分子量很大分子量很大, 易被吸附易被吸附 C. 吉布斯吸附量为大的正值吉布斯吸附量为大的正值 D. 吉布斯吸附量为大的负值吉布斯吸附量为大的负值 C

4、 8 气固相反应气固相反应 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)已达平衡已达平衡. 在其它在其它条件不变情况下条件不变情况下, 把把CaCO3(s)的颗粒变得极小的颗粒变得极小, 则平衡则平衡_. A. 向左移动向左移动 B. 向右移动向右移动 C. 不移动不移动BB , 2Trp00-7-154 10 天空中有大小不等的小水滴天空中有大小不等的小水滴, 在运动中在运动中, 这些水滴的变化趋这些水滴的变化趋势是势是_ . A. 大水滴分散成小水滴大水滴分散成小水滴, 半径趋于相等半径趋于相等 B. 大水滴变大大水滴变大, 小水滴缩小至消失小水滴缩小至消失 C. 大小水滴的变化没

5、有规律大小水滴的变化没有规律 D. 不会有什么变化不会有什么变化 11 摩尔浓度相同的下列各物质的稀水溶液中摩尔浓度相同的下列各物质的稀水溶液中, 含含_的溶液的溶液表面张力最大表面张力最大, 而而_是其中较好的表面活性剂是其中较好的表面活性剂. A. 硫酸硫酸 B. 硬脂酸硬脂酸 C.甲酸甲酸 D. 苯甲酸苯甲酸A 12 适宜于作油水型适宜于作油水型(O/W)乳化剂的乳化剂的HLB值的范围是值的范围是_ ; 适适宜作水油型宜作水油型(W/O)乳化剂的乳化剂的HLB值的范围是值的范围是_ . A. 26 B. 810 C. 612 D. 1218DABB00-7-155 14 固体表面上对某种

6、气体发生单分子层吸附固体表面上对某种气体发生单分子层吸附, 吸附量将随气吸附量将随气体压力增大而体压力增大而 _ . A. 成比例增加成比例增加 B. 成倍增加成倍增加 C. 逐渐趋于饱和逐渐趋于饱和 D. 恒定不变恒定不变C 15 BET公式区别于朗格缪尔公式的主要之处是公式区别于朗格缪尔公式的主要之处是 _ . A. 吸附为单分子层吸附为单分子层 B. 吸附为多分子层吸附为多分子层 C. 吸附为动态平衡吸附为动态平衡 D. 吸附剂表面均匀吸附剂表面均匀B 13 微小晶体与普通晶体相比较微小晶体与普通晶体相比较, 下列结论中下列结论中_ 是错误的是错误的. A. 微小晶体的蒸气压较大微小晶体

7、的蒸气压较大 B. 微小晶体的熔点较低微小晶体的熔点较低 C. 微小晶体的溶解度较大微小晶体的溶解度较大 D. 微小晶体的溶解度较小微小晶体的溶解度较小D00-7-156 1 比表面比表面Gibbs函数的定义式为函数的定义式为 _. 2 引起各种过饱和现象引起各种过饱和现象(例如蒸气的过饱和例如蒸气的过饱和, 液体的过冷或过液体的过冷或过热热, 溶液的过饱和等溶液的过饱和等)的原因是的原因是 _ . 3 将一根毛细管插入液体中将一根毛细管插入液体中, 从毛细管上端吹气从毛细管上端吹气, 由下端缓慢由下端缓慢逸出逸出, 对气体施加的最大压力为对气体施加的最大压力为 _ .生成的新相是高度分散的生

8、成的新相是高度分散的, 表表面积大面积大, 表面表面Gibbs函数大函数大NpTG, A rghpp 2(0max 大气压）大气压）00-7-157 4 已知某溶质溶于水后已知某溶质溶于水后, 溶液表面张力溶液表面张力 与浓度与浓度c的关系为的关系为 = 0aln(1 + bc), 其中其中 0为纯水表面张力为纯水表面张力, a,b为常数为常数, 则此溶则此溶液中溶质的表面超量液中溶质的表面超量 与浓度与浓度c的关系为的关系为 _ . 5 在有机物溶液的分馏或蒸馏实验中在有机物溶液的分馏或蒸馏实验中, 常要往液体里加一些沸常要往液体里加一些沸石石, 其目的是其目的是: _. 6 有两块玻璃板和

9、两块石腊板当中均夹有水有两块玻璃板和两块石腊板当中均夹有水, 欲将两种板分开欲将两种板分开, _板会更费劲板会更费劲, 这是因为这是因为 _ .使微小气泡易于生成使微小气泡易于生成, 降低液体过热程度降低液体过热程度. )1(bcRTabc 玻璃玻璃 水能润湿玻璃水能润湿玻璃, 分开玻璃板时分开玻璃板时新产生大面积的水新产生大面积的水-空气界面空气界面, 因为水的比表面因为水的比表面Gibbs函数较大函数较大,所以外界须提供较大的功所以外界须提供较大的功; 而分开石腊板时水因不能润湿石腊而分开石腊板时水因不能润湿石腊而自动缩成球滴而自动缩成球滴, 新产生的水的表面小新产生的水的表面小 00-7

10、-158 7 图示一带活塞的玻璃管两端分别图示一带活塞的玻璃管两端分别有一大一小的肥皂泡有一大一小的肥皂泡. 现将活塞打开现将活塞打开, 若肥皂泡不会马上破裂若肥皂泡不会马上破裂, 将会出现将会出现 _的现象的现象, 这是因为这是因为 _ . 9 实践表明实践表明, 水磨米粉比干磨米粉细得多或省劲得多水磨米粉比干磨米粉细得多或省劲得多, 这是因这是因为为 _ _. 8 上题中的变化将进行到上题中的变化将进行到 _ .大泡变大, 小泡变小湿磨产生的新表面是湿磨产生的新表面是粉粉|水水界面界面, 干磨形成的是干磨形成的是粉粉|空气空气界面界面, 前者的界面前者的界面Gibbs函数比后者小很多函数比

11、后者小很多, 故在外界做等量功的情故在外界做等量功的情况下况下, 湿磨能获得更多的湿磨能获得更多的粉粉|水水界面界面, 即得到的米粉细得多即得到的米粉细得多; 而而要获得相同粒度的米粉要获得相同粒度的米粉, 湿磨需要的功小得多湿磨需要的功小得多, 即省劲得多即省劲得多.两泡的曲率半径相等为止两泡的曲率半径相等为止, 此时此时小泡缩至玻璃管口处小泡缩至玻璃管口处, 其曲面不足半个球面但不至于消失其曲面不足半个球面但不至于消失小泡曲率半径较小, 泡内气体受到较大的附加压力而向大泡迁移00-7-159 12 有人设计如图所示的有人设计如图所示的“永动机永动机”, 不断不断上升的液体在未达最高点之前就

12、折回并滴下上升的液体在未达最高点之前就折回并滴下, 推动小涡轮转动推动小涡轮转动. 这种这种“永动机永动机”不可能造不可能造成的原因是成的原因是 _. 11 已知已知20时时, 水水|空气界面张力为空气界面张力为7.28 102 N m1, 当在当在20 和常压下可逆地增大水的表面积和常压下可逆地增大水的表面积4cm2, 需做功需做功_J.2.91 105 10 在某盐的过饱和溶液中在某盐的过饱和溶液中, 不慎落入一小尘埃不慎落入一小尘埃, 结果使溶液很结果使溶液很快析出结晶盐快析出结晶盐. 可以推断界面张力可以推断界面张力 尘尘|盐盐_ 尘尘| 液液, 理由是理由是_.在相变开始的瞬间在相变

13、开始的瞬间, 主要是界面主要是界面Gibbs函数的减小而不是相变函数的减小而不是相变本身引起的本身引起的Gibbs函数的减小起作用函数的减小起作用, 亦即新形成的尘亦即新形成的尘|盐界面盐界面和盐和盐|液界面的总界面张力应小于同步消失的尘液界面的总界面张力应小于同步消失的尘|液界面张力液界面张力.毛细上升的动力在于凹液面下的附毛细上升的动力在于凹液面下的附加压力加压力, 而在液滴脱离管口的过程中而在液滴脱离管口的过程中, 凹液面凹液面曲率半径增大曲率半径增大, 附加压力随之减小附加压力随之减小, 当减小到当减小到与静压差相等时就达平衡与静压差相等时就达平衡本章完本章完计算表面功例 20 时汞的

14、表面张力 = 4.8510-1 Nm-1, 若在此温度及101.325 kPa 时, 将半径 r1 = 1 mm的汞滴分散成半径为 r2 =105 mm 的微小液滴时, 请计算环境所做的最小功. 因为T, p 恒定, 所以为常数, 环境所做的最小功为可逆过程表面功W, 设 A1, A2分别为汞滴分散前后的总面积, N为分散后的汞的滴数, 则: )d1221AAAWAA- - ( 2114rA 231223231222/443/43/44rrrrrrNA J609. 0m)101 (10)101 (14. 34mJ1085. 4)/(42238332121231 - - - - - - - -

15、- -rrrW 毛细高度例 20时, 汞的表面张力为 48310-3 Nm-1, 密度为13.5510 3 kgm-3. 把内直径为 10-3 m的玻璃管垂直插入汞中, 管内汞液面会降低多少? 已知汞与玻璃的接触角为 180, 重力加速度 g = 9.81 m s2. m0145.0sm81.9mkg1055.13m105)1(mN104832cos2233413- - - - - - - - - -grh ghr cos2管内汞面会降低管内汞面会降低 0.0145 m.最大泡压法测表面张力，附加压力例 泡压法测定丁醇水溶液的表面张力. 20实测最大泡压力为 0.4217kPa, 20时测的水

16、的最大泡压力为0.5472 kPa, 已知20时水的表面张力为72.75103 Nm1, 请计算丁醇溶液的表面张力. p(最大最大)压入空气压入空气设p1, p2, 1, 2 分别为丁醇溶液及水的最大泡压力与表面张力. 根据拉普拉斯公式可知: rp112 rp222 实验使用同一根毛细管实验使用同一根毛细管, r为定值为定值, 故故 221122pp 112121mN1 .56kPa5472. 0kPa4217. 0mN75.72- - - pp 开尔文方程例 25 半径为1 m的水滴与蒸气达到平衡, 试求水滴的内外压力差及水滴的饱和蒸气压. 已知25时水的表面张力为71.97103 Nm1,

17、 密度为0.9971gcm-3, 蒸气压为 3.168 kPa, 摩尔质量为18.02 gmol 1. kPa1439m101mN1097.7122613 - - - -rp 2733111313r10049. 1m10cmkg109971. 0K298molKJ314. 8molkg1002.18mN1097.7122ln- - - - - - - - - - - rRTMpp kPa201. 3 01. 1rr ppp分散度对分解压力的影响, 开尔文公式例例 已知已知CaCO3在在773.15K时的密度为时的密度为3900kg m- -3, 表面张力为表面张力为 1210 103 N m-

18、 -1, 分解压力分解压力101.325Pa. 若将若将CaCO3研磨成半径为研磨成半径为30nm的粉末的粉末, 求其在求其在773.15K时的分解压力时的分解压力. 一定温度下的分解压力是指分解产物一定温度下的分解压力是指分解产物CO2的平衡压力的平衡压力. 此此分解压力与反应物的分散度即颗粒半径之间的关系可用开尔文分解压力与反应物的分散度即颗粒半径之间的关系可用开尔文公式表示公式表示, 即即139.8PaPa380. 1325.101Pa380. 132206. 0103390015.773314. 81009.10021. 122ln83 - - -pprRTMpprr 朗缪尔吸附等温式

19、例例 已知在已知在273.15K时时, 用活性碳吸附用活性碳吸附CHCl3, 其饱和吸附量为其饱和吸附量为93.8 dm3 kg- -1, 若若CHCl3的分压为的分压为13.375kPa, 其平衡吸附量为其平衡吸附量为82.5 dm3 kg- -1. 求求: (1)朗缪尔吸附等温式中的朗缪尔吸附等温式中的 b 值值;(2) CHCl3的分压为的分压为6.6672kPa时时, 平衡吸附量为若干平衡吸附量为若干?(1) Va = Vam bp / (1 + bp) Vam = 93.8 dm3 kg1; p =13.375kPa, Va = 82.5 dm3 kg- -1得得 b = 82.5/

20、13.375 (93.882.5) kPa- -1 0.5459 kPa- -1 (2) 当当p = 6.6672kPa时时, Va = Vam bp / (1+bp) = 93.8 0.5459 6.6672/(1+0.5459 6.6672) dm3 kg- -1 = 73.58dm3 kg1 朗缪尔吸附等温式例 在某温度下, 铜粉对氢气的吸附为单分子层吸附, 其具体形式为 Va /cm3(STP)g-1 = 1.36p / (0.5Pa + p), 式中Va 是氢在铜粉上的吸附量, p 是氢气的压力(Pa). 求在该温度下, 表面上吸满单分子层时的吸附量及1 g 铜粉的表面积. ( H2

21、分子的截面积 Am = 1.318 10-19 m2 )将 Va /cm3g-1 = 1.36p / (0.5Pa + p) 变为:Pa/21Pa/2gcm36. 113appV - -13amamagcm36. 1 ,1- - VbpbpVV得得比比较较与与式式 12219123133136sgm82. 4m101.318mol106.023molm1022.4gm101.36- - - - - - - - A朗缪尔吸附等温式例例 在在291.15K的恒温条件下的恒温条件下, 用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸, 在不同的平衡浓度下在不同的平衡浓度下, 每千克骨炭吸

22、附醋酸的物质的量如下每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下:103c/(mol dm- -3) 2.02 2.46 3.05 4.10 5.81 12.8 100 200 500 na /(mol kg- -1) 0.202 0.244 0.299 0.394 0.541 1.05 3.38 4.03 4.57将上述数据关系用朗缪尔等温式表示将上述数据关系用朗缪尔等温式表示, 并求出式中常数并求出式中常数nam 及及 b. cbnnnamama111 成成朗缪尔吸附等温式可写朗缪尔吸附等温式可写以以 1/ na 对对 1/c 作图作图, 应得一条直线应得一条直线, 由直线的截距和斜率可由直线的截距和斜率可求得求得 nam 和和 b.c-1/(mol-1dm3) 495.0 406.5 327.9 243.9 172.1 78.13 10.0 5.0 2.0 na-1/(mol-1kg) 4.950 4.098 3.344 2.538 1.848 0.952 0.296 0.248 0.2193.05.04.02.01.00 100 200 300 400 500c1/(mol1dm3)na -1/(mol-1 kg)由图可得由图可得:截距截距 = nam - -1/(mol- -1 kg