界面物理化學習題

1、一、 選擇題1. 在相同的溫度及壓力下，把一定體積的水分散成許多小水滴經這一變化過程，以下性質保持不變的是（d）（a）總表面能 （b）比表面 （c）液面下的附加壓力 （d）表面張力2. 直徑為110-2m的球形肥皂泡所受的附加壓力為（已知表面張力為0.025Nm-1）（d）（a）5 Pa （b）10 Pa （c）15 Pa （d）20 Pa思路：因為肥皂泡有內、外兩個表面，內面的附加壓力是負值，外面的附加壓力是正值，故，答案選d。3. 已知水溶解某物質以后，其表面張力與溶質的活度a呈如下關系：式中0為純水的表面張力，A，B為常數，則溶液表面過剩2為（c）（a） （b） （c） （d）思路：，答

2、案選c。4. 298K時，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等溫式，在苯蒸汽壓力為40Pa時，覆蓋率=0.05，當=0.5時，苯蒸汽的平衡壓力為（b）（a）400 Pa （b）760 Pa （c）1000 Pa （d）200 Pa思路：Langmuir公式將已知條件的壓強和覆蓋率代入公式，計算得到a的值，然后根據新的覆蓋度和a，計算出平衡壓力。答案為b。（要求能夠自己推導Langmuir公式）5. 在298K時，已知A液的表面張力是B液的一半，其密度是B液的兩倍。如果A，B液分別用相同的毛細管產生大小相同的氣泡時，A液的最大氣泡壓力差等于B液的（a）（a）0.5倍 （b）1倍 （c）

3、2倍 （d）4倍思路：，代入該公式計算比值，答案選a。6. 將一毛細管插入水中，毛細管中水面上升5cm，在3cm處將毛細管折斷，這時毛細管上端（c）（a）水從上端溢出 （b）水面呈凸面 （c）水面呈凹形彎月面 （d）水面呈水平面思路：液體具有流動性，Yang-Laplace公式中的半徑是可以變化的，不可能出現“井噴”的情況。7. 用同一滴管分別滴下1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴數多少的次序為（c）（a）三者一樣多（b）水乙醇水溶液NaOH水溶液（c）乙醇水溶液水NaOH水溶液（d）NaOH水溶液水乙醇水溶液思路：乙醇對水而言是表面活性劑，NaOH對水而言是非表面活性劑。8.

4、 當水中加入表面活性劑后，將發(fā)生（a）（a） 正吸附 （b） 負吸附（c） 正吸附 （d） 負吸附思路：，表面活性劑在水面富集，可以減小表面張力，為正吸附。答案選a。9. 把細長不滲水的兩張紙條平行地放在純水面上，中間留少許舉例，小心地在中間滴一滴肥皂水，則兩紙條間距離將（a）（a）增大 （b）縮小 （c）不變 （d）以上三種都有可能思路：肥皂是表面活性劑，中間的界面張力減小，因此在兩側的水的界面張力作用下，距離增大。答案選a。10. 水不能潤濕荷葉表面，接觸角大于90o，當水中加入皂素后，接觸角將（b）（a）變大 （b）變小 （c）不變 （d）無法判斷思路：接觸角為銳角，表明是可以潤濕。答案

5、選b。11. 多孔硅膠有強烈的吸水性能，硅膠吸水后其表面Gibbs自由能將（b）（a）升高 （b）降低 （c）不變 （d）無法比較思路：自發(fā)過程，故吉布斯自由能減小。答案選b。12. 某氣體A2在表面均勻的催化劑（K）表面發(fā)生解離反應，生成產物B+C，其反應機理為已知第二步為決速步，當A2(g)壓力較高時，反應表現的級數為（d）（a）一級 （b）二級 （c）0.5級 （d）零級思路：因為第二步是決速步，所以速率方程寫為：是中間吸附態(tài)，根據穩(wěn)態(tài)近似法，求解AK的平衡濃度，代入上面的速率方程表達式，得當初始壓強很大的時候，上式簡化為，反應速率為一恒定值，所以為0級反應。13. 恒溫恒壓下，將一液體

6、分散成小顆粒液滴，該過程液體的熵值將（a）（a）增大 （b）減小 （c）不變 （d）無法判定思路：表面積增大，是混亂度增加的過程，所以熵增。答案選a。14. 微小晶體與普通晶體相比較，性質不正確的是（d）（a）微小晶體的飽和蒸汽壓大 （b）微小晶體的溶解度大（c）微小晶體的熔點較低 （d）微小晶體的溶解度較小思路：考察Kelvin公式。15. 氣相中的大小相鄰液泡相碰，兩泡將發(fā)生的變化是（a）（a）大泡變大，小泡變小 （b）大泡變小，小泡變大（c）大泡、小泡均不變 （d）兩泡將分離開思路：根據Yang-Laplace公式，氣泡越小，所受的附加壓力越大。小的變小，大的變大。答案選a。16. 表面

7、活性劑具有增溶作用，對增溶作用說法不正確的是（c）（a）增溶作用可以是被溶物的化學勢大大降低；（b）增溶作用是一個可逆的平衡過程；（c）增溶作用也就是溶解作用；（d）增溶作用與乳化作用不同思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在膠束內，該過程不是溶解過程，而是自發(fā)的包裹聚集。17. Langmuir吸附等溫式滿足的條件下，下列不恰當的是（c）（a）固體表面是均勻的 （b）吸附質分子之間相互作用可以忽略不計（c）吸附是多分子層的 （d）吸附熱不隨吸附量改變思路：Langmuir吸附是單分子層吸附。18. 對于物理吸附的描述中，不正確的是（d）（a）吸附力來源于Van Der Waals力，其吸附一般不

8、具有選擇性（b）吸附層可以是單分子層或多分子層（c）吸附熱較?。╠）吸附速率較小思路：物理吸附，吸附的快，脫附也容易。19. 已知H2的解離能為436kJmol-1，用氣態(tài)H原子在清潔的W表面上進行化學吸附時放熱293kJmol-1。若用1mol H2在W表面上全部進行解離吸附，估計其吸附熱約為（c）（a）-150kJmol-1 （b）586kJmol-1 （c）150kJmol-1 （d）-143kJmol-1思路：吸熱取正號，放熱取負號。20. 稱為催化劑毒物的主要行為是（d）（a）和反應物之一發(fā)生化學反應 （b）增加逆反應的速率（c）使產物變得不活潑 （d）占據催化劑的活性中心思路：毒化

9、的機理是催化劑表面的活性中心被毒物占領。二、 填空題1. 20oC，101.325kPa下，把一半徑R1=5mm的水珠分散成R2=10-3mm的小水滴，則小水滴的數目為1.251011個，此過程系統G=0.1143J。已知20oC時，水的表面張力=7.27510-2Nm-1。思路： ，計算得，n=1.251011。，在恒溫、恒壓條件下，計算得0.1143J。2. 20oC，101.325kPa的標準大氣壓力下，在液體水中距液面0.01m處形成半徑為1mm的小氣泡時，氣泡內氣體的壓力為p=1.0157105Pa。思路：因為凹液面的附加壓力是負值，所以當形成這個氣泡時，為了抵消這個負的附加壓力，其

10、內部壓強應該是3. 同種液體，在一定溫度下形成液滴、氣泡和平面液體，對應的飽和蒸汽壓分別是p滴，p泡和p平，若將三者按大小順序排列應為p滴p平p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4. 液態(tài)汞的表面張力=0.4636+8.3210-3T/K-3.1310-7(T/K)2Nm-1，在400K時，汞的0.5137Jm-2。思路：，將上述兩個等式聯立，有，（參看教材316頁）5. T=298K時，水-空氣表面張力=7.1710-2Nm-1，。在T，p時，可逆地增加210-4m2表面，對系統所做的功W=1.43410-5J，熵變S=3.1410-8J。思路：因為所以6. 300K時，水的表面張

11、力=0.0728Nm-1，密度=0.9965103kgm-3。在該溫度下，一個球形水滴的飽和蒸汽壓是相同溫度平面水飽和蒸汽壓的2倍，這個小水滴的半徑是1.5210-9m。思路：Kelvin公式：解得7. 從吸附的角度考慮，催化劑的活性取決于吸附強度，一個良好的催化劑應是中等吸附強度。8. 一般來說，物理吸附的吸附量隨溫度增高而降低，化學吸附的吸附量隨溫度增高而先增加，后降低。三、計算題1. 在一封閉容器底部鉆一個小孔，將容器浸入水中至深度0.40m處，恰可使水不浸入孔中。已知298K時水的表面張力為7.210-2Nm-1，密度為1.0103kgm-3，求孔的半徑。解：容器浸入水中，小孔的地方必

12、然形成凸面液滴。平衡時，其表面的附加壓力應等于外面液體的壓強，即計算得，R=3.610-5m。2. 室溫時，將半徑為110-4m的毛細管插入水與苯的兩層液體之間，水在毛細管內上升的高度為0.04m，玻璃-水-苯的接觸角為40o，已知水和苯的密度分別為1103kgm-3和8102kgm-3，求水與苯間的界面張力。解：根據公式：計算得，3. 已知水在293K時的表面張力為0.072Nm-1，摩爾質量為0.018kgmol-1，密度為1103kgm-3，273K時水的飽和蒸汽壓為610.5Pa，在273293K溫度區(qū)間內的水的摩爾汽化熱為40.67kJmol-1，求在293K時，半徑為10-9m水滴

13、的飽和蒸汽壓。解：用Kelvin公式計算液滴的飽和蒸汽壓，但是題目中沒有告訴298K時，液體平面對應的飽和蒸汽壓。題目中給出了摩爾汽化熱，所以可以用克-克方程來計算293K對應的液體平面上的飽和蒸汽壓。解得，再代入Kelvin公式：解得，293K下，半徑為1nm的液滴表面的飽和蒸汽壓為4. 291K時，各種飽和脂肪酸水溶液的表面張力與其活度a的關系式可表示為是純水的表面張力，該溫度下為0.07286Nm-1，常數A因酸不同而異，b=0.411，試求：（1） 該脂肪酸的Gibbs吸附等溫式；（2） 當aA時，在表面的緊密層中，每個脂肪酸分子的截面積。解：（1）Gibbs吸附等溫式公式：先把表面張

14、力的公式進行變換，得因此，表面超量為（2）當aA時，因此，單個脂肪酸分子的截面積為，即3.0910-19m2。5. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等溫式，在273K時飽和吸附量為0.0938m3kg-1。已知CHCl3的分壓為13.4kPa時的平衡吸附量為0.0825m3kg-1。試求：（1）Langmuir吸附等溫式中的常數a。（2）當CHCl3的分壓為6.67kPa時的平衡吸附量。解：（1）Langmuir吸附等溫式將已知條件代入公式，計算得（2）根據上述a的值，計算得出分壓為6.67kPa時的覆蓋度為0.7842。因為飽和吸附量已知，所以用飽和吸附量乘以覆蓋度即得在該分壓下的平衡吸附量，為0.0736m3kg-1。6. 在正