第十章界面現(xiàn)象概念題

1、第十章 界面現(xiàn)象10.2 概 念 題 10.2.1 填空題1.液體表面層中的分子總受到一個(gè)指向（液體內(nèi)部的拉力）力，而表面張力則是（沿液體表面的切線）方向上的力。2.在恒T,P下，純液體是通過(guò)（收縮其表面積）來(lái)降低其表面吉布斯函數(shù)的，例如荷葉上的水滴呈球狀是因?yàn)椋ㄍ瑯芋w積的水，以球形的表面積為最小，亦即在同樣條件下，球形水滴其表面吉布斯函數(shù)相對(duì)為最?。?。3.在25下，于100KPa的大氣中，當(dāng)某溶液形成半徑為r之液滴時(shí)，液滴內(nèi)液體的壓力為150KPa.若在同溫、同壓下的空氣中，將該溶液吹成一半徑為r的氣泡時(shí)，則該氣泡內(nèi)氣體的壓力為（ ）（填入具體數(shù)值）。不考慮重力的影響。解：根據(jù)拉普拉斯方程，

2、對(duì)于小于液滴內(nèi)液體受到的附加壓力為 （滴）=2而 =即 =（滴）KPa對(duì)于氣泡，則因液體膜有內(nèi)外兩個(gè)表面，故在空氣中的氣泡其泡內(nèi)氣體所受到的附加壓力（泡） （泡）= 4 =425=100氣泡內(nèi)氣體的壓力4.分散在大氣中的小液滴和小氣泡，或者毛細(xì)血管中的凸液面和凹液面，所產(chǎn)生的附加壓力的方向均指向于(彎曲液面曲率半徑的中心）。 圖1015.如圖10-1所示，設(shè)管中液體對(duì)毛細(xì)血管完全潤(rùn)濕，當(dāng)加熱管中水柱的右端時(shí)，則水柱將向（ ）移動(dòng)。解：處在管右端的液體受熱而溫度升高，使液體的表面張力變小，同時(shí)毛細(xì)管本身被加熱而發(fā)生膨脹而使彎曲液面曲率半徑稍為變大，兩者均導(dǎo)致附加壓力減小，因而原有平衡被破壞，再有

3、，附加壓力的方向指向氣體，當(dāng)右端附加壓力減小，對(duì)水柱而言，便是水柱右端的壓力大而左端壓力小，于是水柱向左移動(dòng)。6.將同樣量的兩小水滴中之一灌在玻璃毛細(xì)血管中該水滴能很好地潤(rùn)濕管壁，而另一小水滴則放在荷葉上，若兩者均放在溫度的大氣中，則最先蒸發(fā)掉的是（ ）。解：放在荷葉上的小水滴先蒸發(fā)完。根據(jù)開(kāi)爾文方程可知，小液滴為凸面液體，其蒸氣壓大于平面液體的的飽和蒸汽壓；相反，毛細(xì)管中液體因潤(rùn)濕而為凹面，而凹面液體的飽和蒸汽壓小于平面液體的飽和蒸汽壓，因飽和蒸汽壓大的液體易蒸發(fā)，所以小液滴的水較毛細(xì)管中的先蒸發(fā)完。7.產(chǎn)生過(guò)冷、過(guò)熱和過(guò)飽和等亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象之原因是（是新相種子難以生成）。8.固體對(duì)氣體的吸附有

4、放在荷葉上的小水滴先蒸發(fā)完。根據(jù)開(kāi)爾文方程可知，小液滴為凸面液體，其蒸氣壓大于平面液體的的飽和蒸汽壓；相反，毛細(xì)管中液體因潤(rùn)濕而為凹面，而凹面液體的飽和蒸汽壓小于平面液體的飽和蒸汽壓，因飽和蒸汽壓大的液體易蒸發(fā)，所以小液滴的水較毛細(xì)管中的先蒸發(fā)完。物理吸附和化學(xué)吸附之分，原因是（固體與氣體之間的吸附作用力不同?；瘜W(xué)吸附是固體表面上的分子與氣體分子間的作用力為化學(xué)鍵力，而物理吸附則是該作用力為范德華力）9.朗繆爾的吸附理論只適用于（ ）吸附，根據(jù)朗繆爾理論導(dǎo)出的吸附等溫式所描繪的吸附等溫線的形狀為（ ）（畫(huà)出圖形）。解：根據(jù)朗繆爾理論的四點(diǎn)假設(shè)，該理論及其所導(dǎo)得的吸附等溫式只能適用于單分子層吸附

5、。從朗繆爾吸附等溫式當(dāng)壓力低或弱吸附時(shí)，即bp1,則上式可寫(xiě)成 bp,即吸附量與壓力成正比，如圖當(dāng)壓力低或弱吸附時(shí)，即bp1，則上式改寫(xiě)為，表示吸附達(dá)飽和，為圖10-5中曲線上的線段3.當(dāng)壓力大小與吸附強(qiáng)弱適中時(shí)，吸附量與壓力的關(guān)系呈曲線，為圖10-5中曲線上的線段2.10.如圖10-2所示，在固體表面上附著一氣泡，氣泡被液體所包圍，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出接觸角的位置。圖10一2 圖10一3解：接觸角為液體表面張力與固液界面張力之間夾角（含液體在內(nèi)），所以，本題的接觸角位置如圖10-6所示。11.如圖10-3所示，將一半徑為r的固體球體并恰有一般浸沒(méi)在液體中，設(shè)固體和液體的表面張力分別為固液界面張力為，

6、則在恒T,P下，球在浸沒(méi)前后的表面吉布斯函數(shù)變化（ ）（寫(xiě)出式子）。 解：首先觀察球體浸入水中前后的固-氣、液-氣和固-液等表面積和界面積的變化：固-氣表面：當(dāng)球浸入水中后，球體固-氣表面積減少了一半，即 。液-氣表面：當(dāng)球體的一半浸在水中時(shí)，則液-氣表面積減少了球體的最大截面積，即。固-液界面：球體未浸入水時(shí)無(wú)固-液界面，而當(dāng)球浸入水后，球體表面積的一半由固-氣表面變?yōu)楣桃航缑妗Ｔ撁娣e為2。所以，球體浸在水中過(guò)程的表面吉布斯函數(shù)變化10.2.2 單項(xiàng)選擇題1.如圖10-4所示，該U型管的粗、細(xì)兩管的半徑分別為0.05cm和0.01cm。若將密度 ）。設(shè)該液體與管壁能很好潤(rùn)濕，即。選擇填入:(

7、a)5.20(d)因數(shù)據(jù)不足，無(wú)法計(jì)算。解：因液體能很好潤(rùn)濕毛細(xì)管壁，故液體在粗（1）、細(xì)（2） 兩 管的上升高度 ， 式-式得 所以 2.在100，大氣壓力為101.325kPa下的純水中，如有一個(gè)半徑為r的蒸汽泡，則該蒸汽泡內(nèi)的水的飽和蒸汽壓( )大氣壓力;若不考重力的作用，則蒸汽泡受到的壓力為（ ）。選擇填入：（a）大于；（大氣壓力）-（附加壓力）；(b)大于；(c)小于； ；(d)小于；。解：水中若有半徑為r的蒸汽泡，則泡中的蒸汽壓可按凹液面的開(kāi)爾文方程來(lái)計(jì)算，即 因等式右邊為大于零的數(shù)值，所以。而在100下，=101.325，故101.325kpa。這一蒸汽泡除了受到大氣壓力外，還要

8、受到一個(gè)指向蒸汽泡曲率半徑中心的附加壓力，因此該蒸汽泡受到大氣壓力與附加壓力這兩個(gè)壓力的作用，即。若要令該蒸氣泡能存在并逸出到大氣中，則該蒸氣泡內(nèi)的蒸氣壓力必需大于為此，在外壓一定下，液體需過(guò)熱到3.在T，p一定的條件下，將一體積為V的大水滴分散為若干小水滴后，在下列性質(zhì)中，認(rèn)為基本不發(fā)生變化的性質(zhì)為（ ）。選擇填入：(a)表面能； (b)表面張力；（c）彎曲液面下的附加壓力；（d）飽和蒸汽壓。解：表面張力4.在室溫、大氣壓力下，用同一支滴管分別滴下同體積的純水和稀的表面活性劑水溶液（其密度可視為與純水相同）則水的滴數(shù)與稀表面活性劑溶液的滴數(shù)之比，即（ ）。選擇填入：（a）大于1；（b）小于1

9、；（c）等于1；（d）無(wú)法比較。解：將液體在，磨平的毛細(xì)管口慢慢形成液滴并最后從管口滴下（圖10-7），所滴下的液滴的大小是取決兩種相反的作用力，一是液滴受到朝下的重力作用，另一是與液滴接觸的毛細(xì)管下端外圓周上與液滴表面相切并朝上的表面張力所產(chǎn)生的力，該力大小為，正是此力的作用才令液滴能懸掛在毛細(xì)管管口上。對(duì)同一支毛細(xì)管則此力的大小就取決于表面張力，越大則懸掛在下端管口的液滴體積越大。對(duì)于本題的純水及稀表面活性劑溶液，因純水表面張力遠(yuǎn)大于稀表面活性劑水溶液表面張力，而兩者的密度又基本相同，所以同體積的純水和稀表面活性劑水溶液從同一毛細(xì)管滴下的滴數(shù)必然是純水滴數(shù)遠(yuǎn)小于稀表面活性劑水溶液的滴數(shù)，即

10、小于1。5已知在25下，水與汞、乙醚與汞和乙醚與水的界面張力，分別為375，379和10.7，則當(dāng)水滴在乙醚與汞的界面上時(shí)的鋪展系數(shù)S=( )。選擇填入：（a）743.3;（b）6.7 ;(c)14.7；(d)-6.0。解：對(duì)于水在乙醚與汞的界面上能否鋪展則需計(jì)算鋪展系數(shù)S，其計(jì)算式為 根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，水在乙醚與汞的界面上不會(huì)發(fā)生鋪展。6.在一定T,P下，無(wú)論何種氣體在固體表面上的吸附過(guò)程的熵變一定是（ ），而焓變也一定是（ ）。選擇填入：（a）大于零；（b）等于零；（c）小于零；（d）無(wú)法判定。解：吸附過(guò)程的熵變一定小于零；也一定小于零。7.朗繆爾所提出的吸附理論及所推導(dǎo)出吸附等溫式（ ）。選擇填入：（a）只能是用于化學(xué)吸附；（b）只能用于物理吸附；(c)適用于單分子層吸附；（d）適用于人和物理吸附和化學(xué)