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文檔簡介
1、界面現象習題 10.1請回答下列問題:(1)常見的亞穩(wěn)狀態(tài)有哪些?為什么會產生亞穩(wěn)狀態(tài) ?如何防止亞穩(wěn)狀態(tài)的產生?(2)在一個封閉的鐘罩內,有大小不等的兩個球形液滴,問長時間恒溫放置后,會出現什么現象?(3)下雨時,雨滴落在水面上形成一個大氣泡,試說明氣泡的形狀及其理由。(4)物理吸附與化學吸附最本質的區(qū)別為什么?(5)在一定溫度、壓力下,為什么物理吸附都是放熱過程? 解:(1) 常見的亞穩(wěn)定狀態(tài)有:過飽和蒸氣,過冷液體,過熱液體,過飽和溶液等。原因:由于新相的生成時,其粒徑極小,其比表面能較高,體系不可能自發(fā)地向能量較高的方向進行,除非體系本身的能量較高或外界干擾,因此,新相的生成
2、是較困難。防止亞穩(wěn)狀態(tài)產生的方法:提供新相生成的“晶種”或外界擾動或提高體系本身的能量等法。(2) 根據開爾文公式,液滴越小,其飽和蒸氣壓越高。因此,小液滴逐漸變小直至消失,大液滴逐漸變大。(3) 該氣泡近為球形(如不考慮水壓影響,應為球形)。根據表面張力意義或附加壓力公式,只有當表面作用力完全對稱時,表面最為穩(wěn)定。球形表面的作用力是完全對稱的。(4) 作用力的本質不同。物理吸附是范德華力,而化學吸附是化學鍵力。(5) 物理吸附過程相當于氣體凝結過程,此時氣體的熱運動能減小,體系熵減小。 10.2 在293.15K及101.325kPa半徑為1×103 m的汞滴分散成半徑
3、為1×109 m的小汞滴,試求此過程系統(tǒng)的表面吉布斯函數變?yōu)槠淙舾??已?93.15K汞的表面張力為0.470N×m-1解: 小汞滴表面積為: 分散成小小汞滴的個數為: 10.7 在定溫度下,容器中加入適量的、完全不互溶的某油類和水,將一支半徑為r的毛細管垂直地固定在油-水界面之間,如下圖(a)所示,已知水能潤濕毛細管壁,油則不能,在與毛細管同樣性質的玻璃板上,滴上一小滴水,再在水上覆蓋上油,這時水對玻璃的潤濕角為,如下圖(b)所示。油和水的密度分別用油和水表示,AA為油-水界面,油層的深度為h。請導出水在毛細管中上升的h與油-水界面張力ow之間的定量關系式。
4、解: 則 又因為 所以 10.9 用毛細上升法測定某液體的表面張力。此液體的密度為0.790g×cm-3,在半徑為0.235mm 的玻璃毛細管中上升的高度為2.56´10-2m。設此液體能很好地潤濕玻璃,試求此液體的表面張力。解: 因為液體完全潤濕玻璃,所以q=0 10.10 20oC時,水的表面張力為72.8mN×m-1,汞的表面張力為483mN×m-1,而汞和水的界面張力為375 mN×m-1,請判斷:(1) 水能否在汞的表面上我鋪展開?(2)
5、; 汞能否在水的表面上鋪展開?解:(1) ,能鋪展開(2) ,不能鋪展開 10.12在291.15K時,用血炭從含苯甲酸的苯溶液中吸附苯甲酸,實驗測得每千克血炭對苯甲酸的吸附量na與苯甲酸的平衡濃度c的數據如下:C/mol×dm-32.82´10-36.17´10-32.57´10-35.01´10-30.1210.2820.742na/ mol×kg-10.2690.3550.6310.7761.211.552.19解:試用圖解法求 吸附等溫式中常數項 及 各為若干? 解: 以lgna對lgc作圖,從直線的截
6、距和斜率求得k和n。注:作圖必須符合規(guī)范,必須在坐標紙上用鉛筆繪制,有圖名、坐標名、坐標單位等。 10.14 473.15K時,測定氧在某催化劑表面上的吸附作用,當平衡壓力分別為101.325kPa及1013.25kPa時,每千克催化劑的表面吸附氧的體積分別為2.5´10-3 m3及4.2´10-3m3 (已換算為標準狀況下的體積),假設該吸附作用服從朗繆爾公式,試計算當氧的吸附量為飽和吸附量的一半時,氧的平衡壓力為若干?解:(1) 根據蘭格繆爾吸附等溫式 和 解得 Vm = 4.54´10-3 m3/kg b = 1.71´10-5 Pa-
7、1 (2) 代入解得 P = 82.81kPa 10.16 在291.15K的恒溫條件下,用骨炭從醋酸的水溶液中吸附醋酸,在不同的平衡濃度下,每千克骨炭吸附醋酸的物質的量如下:C/10-3mol×dm-32.022.463.054.105.8112.8100200500na/mol×kg-10.2020.2440.2990.3940.5411.053.384.034.57 將上述數據關系用朗繆爾等溫式表示,并求出式中常數 及 。解:蘭格繆爾等溫式可寫成 由題給數據算出 及對應的 值列表如下以 對 做圖。得一直線得截距=0.19, 斜率= 蘭格繆爾吸附等溫式為 10.20 292.15K時,丁酸水溶液的表面張力可以表示為 = o-aln(1+bc)式中o為純水的表面張力,a和b皆為常數。(1)試求該溶液中的丁酸的表面吸附量 和濃度c的關系。(2)若已知a=13.1mN·m-1,b=19.62 dm3·mol,試計算當c=0.200mol·dm-3是的 為若干?(3)當丁酸的濃度足夠大,達到bc1時,飽和吸附量 為若干?設此時的表面上丁酸成單分子層吸附,試計算在液面上的每個丁酸分子所占的截面積為若干?解: (1)以表
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