第十章界面现象.doc

物化第十章 界面现象习题一、名词解释1.表面活性剂2. 接触角3. 表面张力4. 临界胶束浓度5. 吸附6. 溶液的表面吸附二、简答题1 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么？在推导BET公式时，所作的基本假设是什么？二者的使用范围如何？2. 进行蒸馏实验时，通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸，试分析其原因。3. 为什么表面活性剂能大大地降低水的表面张力？4. 表面活性物质的增溶作用是什么？增溶作用与一般溶解有什么区别？5. 气-固、液-固、液-液界面分别以什么方式降低表面自由能？6. 简述人工降雨的科学道理。7. 加热液体时为什么会出现过热现象？怎样避免暴沸？请解释原因。8 为什么空气中会出现水蒸气过饱和的现象？人工降雨的道理何在？9. 在亲水固体表面，经过表面活性剂（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？三、判断题1. 比表面吉布斯自由能与表面张力符号相同，数值相等,所以两者的物理意义相同。2. 在液体中形成的小气泡，气泡的半径越小，泡内饱和蒸汽压越小。3. 若增加浓度能使表面张力增大时，则溶质在表面层发生正吸附。4.只有表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，才具有增溶作用。5. 在恒温下，液体的分散度越大，其饱和蒸气压也越大7只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。8对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。9比表面吉布斯函数是指恒温、桓压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。10恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。11过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。12液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。13单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附只能是物理吸附。14产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。15在吉布斯吸附等温式中，为溶质的吸附量，它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加，并且当溶质达饱和时，达到极大值。16由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。17表面活性物质是指那些加入到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。四、选择题1. 在吸附过程中，以下热力学量的变化正确的是（ ）。 A. DG0，DH0，DS0，DH0，DS0；C. DG0，DS0； D. DG0，DH0，DS0。3. 在100 ，大气压力为101.325kPa下的纯水中，如有一个半径为 r 的蒸气泡，则该蒸气泡内的水的饱和蒸气压pr（ ）大气压力p0；若不考虑重力的作用，则该蒸气泡受到的压力为（ ）。 A. 大于；p0- Dp； B. 大于；p0+ Dp； C. 小于；p0- Dp； D. 小于； p0+ Dp 。4一定体积的水，在同温度下分散为大水滴与分散为小水滴时的两种状态相比较，性质保持不变的是 （A）饱和蒸气压 （B）表面能 （C）表面张力5弯曲液面所产生的附加压力（ ）（A）一定大于零 （B）一定小于零 （C）一定不等于零6附加压力与液面曲率半径和表面张力的关系为（ ）()()()7. 在恒T、p下，于纯水中加入少量表面活性剂时，则表面活性剂在表面层中的浓度（ ）其在本体中的浓度，此时溶液的表面张力（ ）纯水的表面张力。 A. 大于；小于； B. 大于；大于； C. 小于；大于； D. 小于；小于。8下列叙述不正确的是：(A)比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量；(B)表面张力的物理意义是，在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力；(C)比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同 ；(D)比表面自由能单位为Jm2，表面张力单位为 Nm-1时，两者数值不同。9在液面上，某一小面积S周围表面对S有表面张力，下列叙述不正确的是（ ）(A)表面张力与液面垂直 ； (B)表面张力与S的周边垂直 ；(C)表面张力沿周边与表面相切 ；(D)表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心)，在凹液面指向液体外部 。10同一体系，比表面自由能和表面张力都用表示，它们（ ）(A) 物理意义相同，数值相同 ； (B) 量纲和单位完全相同；(C) 物理意义相同，单位不同 ； (D) 前者是标量，后者是矢量。11一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（ ）(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 。12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 。13水的相图中s、l、g分别表示固、液、气三态，a、b、c、d是四种不同的状态，则在这四种状态中没有界面张力、只有一种界面张力、有两种以上界面张力的状态依次是（ ）(A) d、a、b ； (B) d、a、c ；(C) a、c、b ； (D) b、d、c 。14某温度压力下，有大小相同的水滴、水泡和气泡，其气相部分组成相同，见图。它们三者表面自由能大小为（ ）(A) Ga = Gc Gc ； (C) Ga Gb 0 ；(B) HS 0 ；(C) SS 0 ； (D) Qr 0.5 ； (B) 1.25 ； (D) 1.25 。30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 ； (D) 分子远未排满溶液表面。31在空间轨道站中，飘浮着一个足够大的水滴，当用一内壁干净，外壁油污的毛细管接触水滴时（ ）。(A) 水不进入毛细管 ；(B) 水进入毛细管并达到一定高度 ；(C) 水进入直到毛细管另一端 ；(D) 水部分进入并从另一端出来，形成两端有水球 。32如图所示，一支玻璃毛细管插入水中，有一段水柱，水柱内b处的压力pb为（ ）。(A) pb = p0 ；(B) pb = p0 + gh ；(C) pb = p0-gh ；(D) pb = gh 。33水对玻璃润湿，汞对玻璃不润湿，将一玻璃毛细管分别插入水和汞中，下列叙述不正确的是（ ）。(A) 管内水面为凹球面 ； (B) 管内汞面为凸球面 ；(C) 管内水面高于水平面 ； (D) 管内汞面与汞平面一致 。34如图所示，a、b、c为内径相同的玻璃毛细管。a中水柱升高至h，b中间有扩大部分，d为内径相同的石蜡毛细管(水不润湿石蜡)，则下列叙述不正确的是（ ）。(A) b管中水柱自动升至h，若将水吸至高于h，去掉吸力，水面保持在h ；(B) c管中水柱自动升至h 并向下滴水 ；(C) c管中水柱自动升至h ，不向下滴水 ；(D) d管中水面低于槽中水平面 。35矿石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 。36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 。37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。38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 。39多孔固体表面易吸附水蒸气，而不易吸附氧气、氮气，主要原因是（ ）。(A) 水蒸气分子量比O2、N2小 ； (B) 水蒸气分子的极性比O2、N2要大 ；(C) 水蒸气的凝聚温度比O2、N2高； (D) 水蒸气在空气中含量比O2、N2要少 。40. 已知在25下，水与汞、乙醚与汞和乙醚与水的界面张力和分别为g(H2O/Hg)、 g(C2H5)2O/Hg、(C2H5)2O/H2O分别为375、379和10.7 mN.m-1 ，则当水滴在乙醚与汞的界面上时的铺展系数S= ( ) N.m-1。A. 743.310-3； B. 6.710-3； C. 14.710-3； D. -6.710-3。41. 朗格缪尔所提出的吸附理论及所推导出的吸附等温式（ ）。A. 只能用于化学吸附； B. 只能用于物理吸附； C. 适用于与单分子层吸附； D. 适用于任何物理吸附和化学吸附 。五、填空题1. 弯曲液面的附加压力P与液体的表面张力及曲率半径的关系为P=_。 2. 通常以接触角值的大小来衡量液体对固体表面的润湿程度,若小于90,称为_ 。 3. 在25下，于100kPa的大气中，当某溶液形成半径为 r 之液滴时，液滴内的压力为150kPa。若在同温、同压下的空气中，将该溶液吹成一半径为 r 的气泡时，则该气泡内气体的压力为 。（不考虑重力的影响）4. 如下图所示，管中液体对毛细管完全润湿，当在毛细管的右端加热时，则液体向 移动。（左或右）5. 兰格缪尔( Langmuir)的吸附理论只适用于 吸附。7. 分散在大气中的小液滴和小气泡，或者毛细管中的凸液面和凹液面，所产生的附加压力的方向均指向于 。8. 如下图所示，该U型管的粗、细两管的半径分别为0.05cm和0.01cm。若将密度r=0.80 g.cm-3的液体注入U型管中，测得细管液面比粗管的液面高Dh=2.2cm，利用上述数据便可求得该液体的表面张力gl = 。设该液体能与管壁很好的润湿，即q=0。9. 将同样量的两小水滴中之一灌在玻璃毛细管中，该水滴能很好的润湿管壁，而另一小水滴则放在荷叶上，若两者均放在同温度的大气中，则最先蒸发掉的是 。10. 固体对气体的吸附有物理吸附和化学吸附之分，原因是 。11. 同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸气压分别为、和，若将三者按大小顺序排列应为 。12. 将一玻璃毛细管垂直插入某液体中，若该液体对毛细管不润湿，则管内液面呈 形，产生的附加压力的方向指向 ，管内液面 管外平液面。13. 一般物质当温度升高时，表面张力 ，达到 温度时，表面张力为零。14. 室温下，水、汞的的表面张力分别为g(H2O)= 73 mN.m-1， g(Hg)= 485 mN.m-1，水-汞的界面张力g(H2O/Hg)=375 mN.m-1，则水在Hg表面上的铺展系数 S = ，表明水 在Hg表面上铺展。15. 273K时，已知某气体在固体吸附剂上的吸附服从Langmuir吸附规律，实验测得该气体在不同压力下的吸附量V(STP)，以P/V对P作图，所得的直线斜率为610-3m-3，截距为1.2109Pa.m-3。则该气体在固体吸附剂上的吸附系数b= 。16. 在溶剂中加入某溶质B，能使该溶液的表面张力增大，则该物质的表面浓度 体相浓度，发生负吸附，该溶质为表面 物质。17. 液体的液滴愈小，饱和蒸气压愈 ；液体中的气泡愈小，气泡内的液体饱和蒸气压愈 。18. 兰格缪尔单分子层吸附理论的基本假设是 ， ， ， 。19. 某气体在固体吸附剂上的吸附服从兰格缪尔吸附规律，若在一定温度下已知该气体的吸附速率常数ka=510-2 Pa-1.s-1，脱附速率常数kd=104 s-1，则吸附系数b应是 。20. 汞在玻璃上的接触角为q，则表面张力gg-s与gl-g，gs-l间的关系为 。21. 气体在固体表面吸附的BET公式是在兰格缪尔理论的基础上发展而得的，它与兰格缪尔理论的最主要区别是认为 。22. 已知乙醇和玻璃的接触角q90，将玻璃毛细管下端插入乙醇中，平衡时管内液面呈 形，管中液面 管外液面，附加压力指向 。23. 往液体的表面滴加一滴与其不相溶的液体，两种液体对空气的表面张力分别为g1-3和g2-3，两种液体间的界面张力为g1-2，则液体在液体上铺展的条件是 。六、计算题1. 20 时汞的表面张力 =4.85 10 -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 =10-5 mm 的微小液滴时，请计算环境所做的最小功。2. 某烧杯深0.1m，杯中盛满水，底部有一直径d=210-6m的球形汞滴，若已知298K时汞-水的界面张力为0.375Nm-1 ，水的密度=103 kgm-3 ，试计算该温度，101.325kPa下汞滴所受到的压力。3. 25 半径为1 mm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71.9710 -3 Nm-1 ，体积质量(密度)为0.9971 gcm- 3，蒸气压为 3.168 kPa, 摩尔质量为18.02 gmol -1。4. 20时汞的表面张力为 48310 -3 Nm -1，密度为13.55103 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 s -2。 5. 373K时，水的表面张力g=0.0589Nm-1，密度r=958.4kgm-3，问直径为110-7m的凹形液面上的水蒸气压力为多少