合肥工业大学-物理化学习题-第十章、界面现象合并

1、00-7-15,1,1 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性质? _ A. 粘度 B. 界面张力 C. 密度,B,2 纯组分系统的表面Gibbs函数值 _. A. 大于零 B. 小于零 C. 等于零 D. 不一定,A,3 表面张力与下述哪些因素无关? _ A. 物质本身性质 B. 物质总表面积 C. 温度 D. 压力 E. 与此物质相接触的其它物质,B,第十章、界面现象,00-7-15,2,4 润湿角 sl l B. sl s + l C. sl s + l cos D. s sl,D,5 纯液体实际凝固温度比正常凝固点低, 其原因是 _. A. 新生微晶的化学势高 B.

2、新生微晶的蒸气压低 C. 冷却速度不能无限慢 D. 相变热散失速度恒较快,A,6 为测定催化剂比表面, 常用低温N2吸附法, 此条件下N2在催化剂表面上是_. A. 物理吸附 B. 单分子层吸附 C. 发生毛细凝结 D. 铺满单分子层的饱和吸附,A,00-7-15,3,7 表面活性物质最重要的一个特征是_ . A. 表面张力大 B. 分子量很大, 易被吸附 C. 吉布斯吸附量为大的正值 D. 吉布斯吸附量为大的负值,C,8 气固相反应 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)已达平衡. 在其它条件不变情况下, 把CaCO3(s)的颗粒变得极小, 则平衡_. A. 向左移动 B. 向

3、右移动 C. 不移动,B,B,00-7-15,4,10 天空中有大小不等的小水滴, 在运动中, 这些水滴的变化趋势是_ . A. 大水滴分散成小水滴, 半径趋于相等 B. 大水滴变大, 小水滴缩小至消失 C. 大小水滴的变化没有规律 D. 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, 含_的溶液表面张力最大, 而_是其中较好的表面活性剂. A. 硫酸 B. 硬脂酸 C.甲酸 D. 苯甲酸,A,12 适宜于作油水型(O/W)乳化剂的HLB值的范围是_ ; 适宜作水油型(W/O)乳化剂的HLB值的范围是_ . A. 26 B. 810 C. 612 D. 1218,D,A,B,B,

4、00-7-15,5,14 固体表面上对某种气体发生单分子层吸附, 吸附量将随气体压力增大而 _ . A. 成比例增加 B. 成倍增加 C. 逐渐趋于饱和 D. 恒定不变,C,15 BET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 B. 吸附为多分子层 C. 吸附为动态平衡 D. 吸附剂表面均匀,B,13 微小晶体与普通晶体相比较, 下列结论中_ 是错误的. A. 微小晶体的蒸气压较大 B. 微小晶体的熔点较低 C. 微小晶体的溶解度较大 D. 微小晶体的溶解度较小,D,00-7-15,6,1 比表面Gibbs函数的定义式为 _.,2 引起各种过饱和现象(例如蒸气的过饱和,

5、 液体的过冷或过热, 溶液的过饱和等)的原因是 _ _ .,3 将一根毛细管插入液体中, 从毛细管上端吹气, 由下端缓慢 逸出, 对气体施加的最大压力为 _ .,生成的新相是高度分散的, 表面积大, 表面Gibbs函数大,00-7-15,7,4 已知某溶质溶于水后, 溶液表面张力 与浓度c的关系为 = 0aln(1 + bc), 其中0为纯水表面张力, a,b为常数, 则此溶 液中溶质的表面超量与浓度c的关系为 _ .,5 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石, 其目的是: _.,6 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, _板会更费劲, 这是因为 _ _

6、 .,使微小气泡易于生成, 降低液体过热程度.,玻璃,水能润湿玻璃, 分开玻璃板时新产生大面积的水-空气界面, 因为水的比表面Gibbs函数较大,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自动缩成球滴, 新产生的水的表面小,00-7-15,8,9 实践表明, 水磨米粉比干磨米粉细得多或省劲得多, 这是因为 _ _ _.,8 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粉|水界面, 干磨形成的是粉|空气界面, 前者的界面Gibbs函数比后者小很多, 故在外界做等量功的情况下, 湿磨能获得更多的粉|水界面, 即得到的米粉细得多; 而要获得相同粒度的米粉

7、, 湿磨需要的功小得多, 即省劲得多.,两泡的曲率半径相等为止, 此时小泡缩至玻璃管口处, 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,00-7-15,9,11 已知20时, 水|空气界面张力为7.28102 Nm1, 当在20 和常压下可逆地增大水的表面积4cm2, 需做功_J.,2.91105,10 在某盐的过饱和溶液中, 不慎落入一小尘埃, 结果使溶液很快析出结晶盐. 可以推断界面张力尘|盐_ 尘| 液, 理由是_.,在相变开始的瞬间, 主要是界面Gibbs函数的减小而不是相变本身引起的Gibbs函数的减小起作用, 亦即新形成的尘|盐界面和

8、盐|液界面的总界面张力应小于同步消失的尘|液界面张力.,毛细上升的动力在于凹液面下的附加压力, 而在液滴脱离管口的过程中, 凹液面曲率半径增大, 附加压力随之减小, 当减小到与静压差相等时就达平衡,本章完,计算表面功,例 20 时汞的表面张力 = 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:,毛细高度,例 20时

9、, 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.,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.,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

10、公式可知:,实验使用同一根毛细管, r为定值, 故,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, 密度为0.9971gcm-3, 蒸气压为 3.168 kPa, 摩尔质量为18.02 gmol 1.,分散度对分解压力的影响, 开尔文公式,例 已知CaCO3在773.15K时的密度为3900kgm-3, 表面张力为 1210 103 Nm-1, 分解压力101.325Pa. 若将CaCO3研磨成半径为30nm的粉末, 求其在773.15K时的分解压力.,一定温度下的分解压力是指分解产物CO2

11、的平衡压力. 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公式表示, 即,朗缪尔吸附等温式,例 已知在273.15K时, 用活性碳吸附CHCl3, 其饱和吸附量为93.8 dm3kg-1, 若CHCl3的分压为13.375kPa, 其平衡吸附量为82.5 dm3kg-1. 求: (1)朗缪尔吸附等温式中的 b 值; (2) CHCl3的分压为6.6672kPa时, 平衡吸附量为若干?,(1) Va = Vam bp / (1 + bp) Vam = 93.8 dm3kg1; p =13.375kPa, Va = 82.5 dm3kg-1 得 b = 82.5/13.375 (93.

12、882.5) kPa-1 0.5459 kPa-1,(2) 当p = 6.6672kPa时, Va = Vam bp / (1+bp) = 93.8 0.54596.6672/(1+0.54596.6672) dm3kg-1 = 73.58dm3kg1,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分子的截面积 Am = 1.318 10-1

13、9 m2 ),将 Va /cm3g-1 = 1.36p / (0.5Pa + p) 变为:,朗缪尔吸附等温式,例 在291.15K的恒温条件下, 用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸, 在不同的平衡浓度下, 每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下: 103c/(moldm-3) 2.02 2.46 3.05 4.10 5.81 12.8 100 200 500 na /(molkg-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, 并求出式中常数nam 及 b.,以 1/ na 对 1/c 作图, 应得一条直线, 由

14、直线的截距和斜率可求得 nam 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 0.219,由图可得: 截距 = nam -1/(mol-1kg) = 0.19 斜率 = (nam b)-1/(dm3kg-1) = 9.60 10-3 求得 nam = 5.26 molkg1 b =19.8 dm3mol1,朗缪尔吸附等温式为,BET公式,例 假设某气体在固体表面上吸附平衡时的压力

15、p 远小于该吸附质在相同温度下的饱和蒸气压p*. 试由BET吸附等温式: 导出朗缪尔吸附等温式 :,因pp*, 平衡压力很小, 固体表面被覆盖的程度很低, 被吸附分子之间的距离较远, 相互之间的作用力可忽略不计, 气体分子碰撞到被吸附分子上的几率很小, 只能发生单层吸附, 符合朗缪尔吸附等温式的基本假设.,弗罗因德利希经验式, 固体在溶液中的吸附,例 在291.15K时, 用血炭从含苯甲酸的苯溶液中吸附苯甲酸, 实验测得每千克血炭吸附苯甲酸的物质的量 na与苯甲酸的平衡浓度 c 的数据如下: c /(moldm-3) 2.82 10-3 6.1710-3 2.57 10-2 5.0110-2

16、0.121 0.282 0.742 na /(molkg1) 0.269 0.355 0.631 0.776 1.21 1.55 2.19 试用图解法求na =k cn 吸附等温式中常数项 n 及 k 各为若干?,对na =k cn 吸附等温式取对数 lgna /(molkg-1) = lg(k/molkg-1) + n lgc/(moldm-3) 以lgna /(molkg-1) 对lgc/(moldm-3)作图, 应得一条直线。,-lg(c/moldm-3) 2.55 2.21 1.59 1.30 0.971 0.550 0.130 lgna/(molkg1) 0.570 0.450 0.

17、200 0.110 0.0828 0.190 0.340,由图可得: 斜率n = 0.38; 截距 = lg(k/molkg-1) = 0.40 得k = 2.51 molkg-1,吸附等温式为 na = 2.51molkg-1 c/(moldm-3)0.38,求接触角,例 293.15K时, 乙醇-水, 乙醚-汞及水-汞的界面张力分别为0.0107, 0.379及0.375Nm-1, 若在乙醚与汞的界面上滴一滴水, 试求其接触角.,由杨氏方程知 (乙醚-汞) = (水-汞) + (水-乙醚)cos cos = (乙醚-汞) (水-汞) / (水-乙醚) = (0.3790.375) / 0.0107 = 0.3738 = 68.05,吉布斯溶液表面吸附,例 25时乙醇水溶液的表面张力随乙醇浓度的变化关系为: /103Nm1 = 720.5(c /c)0.2 (c/c)2 试分别计算乙醇浓度为0.1moldm-3和 0.5moldm-3时, 乙醇的表面吸附量(c = 1.0 moldm3),由吉布斯溶液等温吸附理论, 表面吸附量为:,= 0.5 + 0.4( c/c)103Nm1/mol dm3,c = 0.1 moldm-3时,c = 0.5 moldm-3时, 2