界面物理化學(xué)習(xí)題

1、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(jīng)這一變化過程，以下性質(zhì)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0.025N?m-1) (d)2 .直徑為1 M0-2m的球形肥皂泡所受的附加壓力為(已知表面張力為(a) 5 Pa(b) 10 Pa( c) 15 Pa(d) 20 Pa思路：因?yàn)榉试砼萦袃?nèi)、外兩個(gè)表面，內(nèi)面的附加壓力是負(fù)值，外面的附加壓力是正值,4ps ，答案選doR'3 .已知水溶解某物質(zhì)以后，其表面張力丫與溶質(zhì)白活度a呈如下關(guān)系:式中t為純水的表面張力,A,B為常數(shù)，則溶液表面過剩 12為(c)(a)AaRT 1 B

2、a(b)ABaRT 1 Ba(c)ABaRT 1 Ba(d)BaRT 1 Ba思路:RT daaRTA-1BBaRT竿、答案選c4 . 298K時(shí)，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(shí)，覆蓋率0 =0.05當(dāng)0 =0.5寸，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p將已知條件的壓強(qiáng)和覆蓋率代入公式，計(jì)算得到a的值，然后根據(jù)新的覆蓋度和a,計(jì)算出平衡壓力。答案為bo (要求能夠自己推導(dǎo) Langmuir公式)5.在298K時(shí)，已知A液的表面張力是 B液的一半，其

3、密度是 B液的兩倍。如果 A, B液分別用相同的 毛細(xì)管產(chǎn)生大小相同的氣泡時(shí)，A液的最大氣泡壓力差等于B液的(a)(a) 0.5 倍(b) 1 倍(c) 2 倍 (d) 4 倍2思路：Ps 一，代入該公式計(jì)算比值，答案選a。R'6 .將一毛細(xì)管插入水中，毛細(xì)管中水面上升5cm,在3cm處將毛細(xì)管折斷，這時(shí)毛細(xì)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(dòng)性，Yang-Laplace公式中的半徑是可以變化的，不可能出現(xiàn)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(shù)多少的次序?yàn)?c)(a

4、)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(duì)水而言是表面活性劑，NaOH對(duì)水而言是非表面活性劑。8 .當(dāng)水中加入表面活性劑后，將發(fā)生(a)(a) d /da 0正吸附(b) d /da 0負(fù)吸附(c) d /da 0正吸附(d) d /da 0負(fù)吸附a d思路：2,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。RT da9 .把細(xì)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

5、是表面活性劑，中間的界面張力減小，因此在兩側(cè)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90°,當(dāng)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。答案選bo11 .多孔硅膠有強(qiáng)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bo12 .某氣體A2在表面均勻白催化劑（K）表面發(fā)生解離反應(yīng)，生成產(chǎn)物B+C,其反應(yīng)機(jī)理為已知第二步為決速步，當(dāng) A2（g）壓力較高時(shí)，反應(yīng)表現(xiàn)的級(jí)數(shù)為（d）（a） 一級(jí)

6、（b）二級(jí) （c） 0.5 級(jí)（d）零級(jí)思路：因?yàn)榈诙绞菦Q速步，所以速率方程寫為：r-d-AK k AK 22 dtAK是中間吸附態(tài)，根據(jù)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(dá)式，得2當(dāng)初始?jí)簭?qiáng)很大的時(shí)候，上式簡(jiǎn)化為r k K 0,反應(yīng)速率為一恒定值，所以為0級(jí)反應(yīng)。13 .恒溫恒壓下，將一液體分散成小顆粒液滴，該過程液體的嫡值將（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，所以嫡增。答案選 a。14 .微小晶體與普通晶體相比較，性質(zhì)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(diǎn)較低（d）微

7、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(jù)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 .表面活性劑具有增溶作用，對(duì)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(xué)勢(shì)大大降低；（b）增溶作用是一個(gè)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(nèi)，該過程不是溶解過程，而是自發(fā)的包裹聚集。17 . Langmu

8、ir吸附等溫式滿足的條件下，下列不恰當(dāng)?shù)氖牵╟）（a）固體表面是均勻的（b）吸附質(zhì)分子之間相互作用可以忽略不計(jì)（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(duì)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)吸附熱較小(d)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436kJ?mol-1,用氣態(tài)若用1mol H 2在W表面上全部進(jìn)行解離吸附,H原子在清潔的 W表面上進(jìn)行化學(xué)吸附時(shí)放熱293kJ?mol-1。(a

9、) -150kJ?mol-1(b) 586kJ?mol-1估計(jì)其吸附熱約為(c) 150kJ?mol-1c)(d) -143kJ?mol-1思路：吸熱取正號(hào)，放熱取負(fù)號(hào)。d)(b)增加逆反應(yīng)的速率(d)占據(jù)催化劑的活性中心20.稱為催化劑毒物的主要行為是(a)和反應(yīng)物之一發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(c)使產(chǎn)物變得不活潑思路：毒化的機(jī)理是催化劑表面的活性中心被毒物占領(lǐng)。二、 填空題1.20°C,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(shù)目為 1.25 C011 個(gè)，此過程系統(tǒng) AG=0.1143Jq已知20oC時(shí)，水的表面張力丫 =7.275

10、X2N?m-1。-4 Q4 Q心路：V R V2R233V1nV2,計(jì)算得，n=1.25 1011。dG SdT VdPdAs,在恒溫、恒壓條件下，G A n4 R； 4 R2 ,計(jì)算得0.1143J。2 . 20°C, 101.325kPa的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，氣泡內(nèi)氣體的壓力為 p=1.0157M05Pa。思路：因?yàn)榘家好娴母郊訅毫κ秦?fù)值，所以當(dāng)形成這個(gè)氣泡時(shí)，為了抵消這個(gè)負(fù)的附加壓力，其內(nèi)部壓強(qiáng)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(yīng)為p滴p平

11、p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4 .液態(tài)汞的表面張力丫 =0.4636+8.32 -3T/K)3.13 10-7(T/K) 2N?m-1,在 400K 時(shí)，汞的 Uas T ,V0.5137J?m-2。S思路：dU TdS pdVdAs,As T,VT As,V將上述兩個(gè)等式聯(lián)立，有，T (參看教材316頁)As T,VT As,V5. T=298K 時(shí)，水-空氣表面張力 尸7.17 10-2N?m-1,1.57 10 4N m 1 K 1。在 T, p?時(shí)，T p,As可逆地增加2X10-4m2表面，對(duì)系統(tǒng)所做的功 W=1.434M0-5J,嫡變AS=3.14 10-8J。因

12、為T, p,nBAs,p,nB所以 S A 1.57 10 4N m 1 K 1 2 104m2 3.14 10 8J T As，P,nB6. 300K時(shí)，水的表面張力平0.0728N?m-1,密度 40.9965 X103kg?m-3。在該溫度下，一個(gè)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(gè)小水滴的半徑是1.52 M0-9m。思路：Kekin 公式：RT lnP02 MR'解得 R' 1.52 10 9m7. 從吸附的角度考慮，催化劑的活性取決于吸附強(qiáng)度，一個(gè)良好的催化劑應(yīng)是中等吸附強(qiáng)度。8. 一般來說，物理吸附的吸附量隨溫度增高而降低，化學(xué)吸附的吸附量隨溫

13、度增高而先增加，后降低。 三、計(jì)算題1 .在一封閉容器底部鉆一個(gè)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(shí)水的表面張力為 7.2 X0-2N?m-1,密度為1.0 M03kg?m-3,求孔的半徑。解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡時(shí)，其表面的附加壓力應(yīng)等于外面液體的壓強(qiáng)， 即計(jì)算得，R' =3.6 x 15m。2 .室溫時(shí)，將半徑為1M0-4m的毛細(xì)管插入水與苯的兩層液體之間， 水在毛細(xì)管內(nèi)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 1X103kg?m-3和8X102kg?m-3,求水與苯間的界面張

14、 力。解：根據(jù)公式：2水-苯8sghR計(jì)算得，水-苯=5.12 10-2N m 13 .已知水在293K時(shí)的表面張力為 0.072N?m-1,摩爾質(zhì)量為0.018kg?mol-1,密度為1X103kg?m-3, 273K 時(shí)水的飽和蒸汽壓為 610.5Pa,在273293K溫度區(qū)間內(nèi)的水的摩爾汽化熱為 40.67kJ?mol-1,求在293K 時(shí)，半徑為10-9m水滴的飽和蒸汽壓。解：用Kelvin公式計(jì)算液滴的飽和蒸汽壓，但是題目中沒有告訴 298K時(shí)，液體平面對(duì)應(yīng)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(jì)算293K對(duì)應(yīng)的液體平面上的飽和蒸汽壓。解得，P293K2.074

15、 103Pa再代入 Kelvin 公式：RT ln -Pl 2MPo R'解得，293K下，半徑為1nm的液滴表面的飽和蒸汽壓為pr 6011Pa4 . 291K時(shí)，各種飽和脂肪酸水溶液的表面張力丫與其活度a的關(guān)系式可表示為0是純水的表面張力，該溫度下為0.07286N?m-1 ,常數(shù)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(dāng)a>>A時(shí)，在表面的緊密層中，每個(gè)脂肪酸分子的截面積。RT da解：(1) Gibbs吸附等溫式公式：先把表面張力的公式進(jìn)行變換，得ab因此，表面超量為RTln10 a AbA9(2)當(dāng) a>>A

16、時(shí)， 0 5.38 10 mol mRTln10因此，單個(gè)脂肪酸分子的截面積為丫 ,即3.09M0-19m2。5,用活性炭吸附 CHCI3,符合Langmuir吸附等溫式，在273K時(shí)飽和吸附量為 0.0938m3?kg-1。已知CHCI3的分壓為13.4kPa時(shí)的平衡吸附量為 0.0825m3?kg-1。試求：(1) Langmuir吸附等溫式中的常數(shù)a。(2)當(dāng)CHCI3的分壓為6.67kPa時(shí)的平衡吸附量。解：將已知條件代入公式，計(jì)算得a 5.448 10 4(1) Langmuir吸附等溫式(2)根據(jù)上述a的值，計(jì)算得出分壓為 6.67kPa時(shí)的覆蓋度為0.7842。因?yàn)轱柡臀搅恳阎?，所以用飽和吸附量乘以覆蓋度即得在該分壓下的平