2025年大学《化学》专业题库- 化学物质的表面张力特性

2025年大学《化学》专业题库——化学物质的表面张力特性考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题只有一个正确答案，将正确答案的字母标号填在题后的括号内。每小题2分，共20分）1.下列现象中，直接由液体表面张力引起的是（）。A.水在玻璃管中呈柱状上升B.布料能够吸附液体而不湿透C.荷叶上的水珠呈球形D.气球容易被吹胀2.关于表面张力，下列叙述正确的是（）。A.表面张力是液体表面层分子间作用力的宏观表现B.表面张力总是使液面收缩C.表面张力的大小与液面面积成正比D.液体内部不存在分子间作用力，只有表面张力3.温度升高，液体的表面张力通常会（）。A.升高B.降低C.不变D.先升高后降低4.将一滴体积不变的油滴入水中，油滴会（）。A.膨胀成球形B.破裂成更小的油滴C.静止不动D.沉入水底5.某物质加入水中后，显著降低了水的表面张力，该物质最可能是（）。A.酒精B.蔗糖C.食盐D.硬脂酸钠6.下列物质中，最易溶于水且能显著降低水的表面张力的是（）。A.苯B.油酸C.聚乙烯醇D.氯化钠7.在液体表面，垂直于液面的单位长度上所受到的力定义为（）。A.表面张力B.表面能C.吸附功D.毛细现象8.毛细管插入浸润液体中，液体在管内会（）。A.下降B.上升C.静止不动D.无法判断9.测量表面张力常用的毛细管上升法，其原理基于（）。A.液体静力学平衡B.表面张力与毛细管半径的关系C.朗缪尔吸附等温线D.吉布斯吸附方程10.表面活性剂分子通常具有（）结构。A.非极性-非极性B.极性-极性C.非极性-极性D.离子-离子二、填空题（将正确答案填在题中的横线上。每空1分，共15分）1.液体表面层的分子比液体内部的分子具有更高的______，这是表面张力产生的根本原因。2.表面张力是______的宏观表现，其方向总是沿着液面切线方向。3.表面吉布斯自由能是描述液体表面______的物理量，其变化趋势与表面张力变化趋势一致。4.温度升高，液体分子热运动加剧，分子间距______，使液体内部分子间的吸引力相对减弱，导致表面张力______。5.能显著降低液体表面张力的物质称为______剂，它们通常具有两亲结构，一端是______基团，另一端是______基团。6.当气体分子被吸附在液体表面时，会使得液体表面吉布斯自由能______，这种现象称为______。7.根据朗缪尔吸附理论，当吸附达到平衡时，吸附量与______成正比，与______成反比。三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述表面张力产生的原因。2.解释为什么水黾可以轻松地站在水面上？3.比较肥皂水与纯水润湿玻璃的难易程度，并解释原因。4.简述表面活性剂在水中的主要作用。四、计算题（每小题10分，共20分）1.将内径为0.5mm的毛细管插入某水溶液中，观察到液面在管内上升了4mm。已知水的表面张力为72mN/m，水的密度为1000kg/m³，重力加速度为9.8m/s²。请计算该水溶液的表面张力。（假设接触角为0°）2.20℃时，将0.01mol的硬脂酸钠溶解在1kg水中，测得溶液的表面张力从72mN/m降低到50mN/m。已知此时溶液的表面吸附量γ₂=4.33×10⁻⁶mol/m²。请根据吉布斯吸附方程计算该硬脂酸钠溶液的表面超额Γ₂。(吉布斯吸附方程：γ-γ₀=-RTΓ₂ln(1+(C/γ₂)))注：此处方程形式为简化形式，实际考试可能给出标准吉布斯吸附方程。---试卷答案一、选择题1.C2.A3.B4.A5.D6.D7.A8.B9.B10.C二、填空题1.熵/自由能2.液体表面层分子/液体表面3.自由能/稳定性4.增大/降低5.表面活性/亲水/疏水6.降低/吸附7.平衡蒸汽压/溶液浓度三、简答题1.解析思路：阐述液体表面分子受力不平衡。表面分子受液体内部分子吸引力方向向内，合力指向液体内部，形成拉力，表现为表面张力。或从能量角度解释，表面分子处于比内部分子更高的能量状态，有向内移动、减少表面积的倾向。2.解析思路：解释表面张力使液面收缩到最小面积。水黾足部接触面积小，产生的表面张力足以支撑其体重。需强调水的表面张力较大且水与空气接触角较小。3.解析思路：润湿性取决于附着力与内聚力之比。肥皂水中的表面活性剂降低了水的内聚力，使得水对玻璃的附着力大于剩余的内聚力，因此更容易润湿玻璃。4.解析思路：列举表面活性剂的主要作用：降低表面张力（核心特性）；改变表面形态（如形成胶束）；在气液界面或液液界面吸附，形成保护膜（如洗涤、乳化、发泡、消泡）。四、计算题1.解析思路：应用毛细管公式γ=ρghr，其中γ是表面张力，ρ是液体密度，g是重力加速度，h是液面上升高度，r是毛细管内径。代入数值计算。计算过程：γ=1000kg/m³×9.8m/s²×0.004m×0.0005m=0.0196N/m=19.6mN/m。答案：该水溶液的表面张力为19.6mN/m。2.解析思路：应用吉布斯吸附方程的简化形式γ-γ₀=-RTΓ₂ln(1+(C/γ₂))或标准形式Γ₂=-C/RT*(γ-γ₀)/ln(γ/γ₀)。已知γ₀,γ,C,γ₂，可直接代入计算表面超额Γ₂。需注意单位换算和常数使用（R=8.314J/(mol·K)，T=293.15K）。计算过程（使用标准形式）：Γ₂=-0.01mol/kg/(8.314J/(mol·K)×293.15K)*(50mN/m-72mN/m)