界面物理化学习题

一、 选择题1. 在相同的温度及压力下，把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程，以下性质保持不变的是（d）（a）总表面能 （b）比表面 （c）液面下的附加压力 （d）表面张力2. 直径为110-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为（已知表面张力为0.025Nm-1）（d）（a）5 Pa （b）10 Pa （c）15 Pa （d）20 Pa思路：因为肥皂泡有内、外两个表面，内面的附加压力是负值，外面的附加压力是正值，故，答案选d。3. 已知水溶解某物质以后，其表面张力与溶质的活度a呈如下关系：式中0为纯水的表面张力，A，B为常数，则溶液表面过剩2为（c）（a） （b） （c） （d）思路：，答案选c。4. 298K时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等温式，在苯蒸汽压力为40Pa时，覆盖率=0.05，当=0.5时，苯蒸汽的平衡压力为（b）（a）400 Pa （b）760 Pa （c）1000 Pa （d）200 Pa思路：Langmuir公式将已知条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a的值，然后根据新的覆盖度和a，计算出平衡压力。答案为b。（要求能够自己推导Langmuir公式）5. 在298K时，已知A液的表面张力是B液的一半，其密度是B液的两倍。如果A，B液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时，A液的最大气泡压力差等于B液的（a）（a）0.5倍 （b）1倍 （c）2倍 （d）4倍思路：，代入该公式计算比值，答案选a。6. 将一毛细管插入水中，毛细管中水面上升5cm，在3cm处将毛细管折断，这时毛细管上端（c）（a）水从上端溢出 （b）水面呈凸面 （c）水面呈凹形弯月面 （d）水面呈水平面思路：液体具有流动性，Yang-Laplace公式中的半径是可以变化的，不可能出现“井喷”的情况。7. 用同一滴管分别滴下1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴数多少的次序为（c）（a）三者一样多（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：乙醇对水而言是表面活性剂，NaOH对水而言是非表面活性剂。8. 当水中加入表面活性剂后，将发生（a）（a） 正吸附 （b） 负吸附（c） 正吸附 （d） 负吸附思路：，表面活性剂在水面富集，可以减小表面张力，为正吸附。答案选a。9. 把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许举例，小心地在中间滴一滴肥皂水，则两纸条间距离将（a）（a）增大 （b）缩小 （c）不变 （d）以上三种都有可能思路：肥皂是表面活性剂，中间的界面张力减小，因此在两侧的水的界面张力作用下，距离增大。答案选a。10. 水不能润湿荷叶表面，接触角大于90o，当水中加入皂素后，接触角将（b）（a）变大 （b）变小 （c）不变 （d）无法判断思路：接触角为锐角，表明是可以润湿。答案选b。11. 多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其表面Gibbs自由能将（b）（a）升高 （b）降低 （c）不变 （d）无法比较思路：自发过程，故吉布斯自由能减小。答案选b。12. 某气体A2在表面均匀的催化剂（K）表面发生解离反应，生成产物B+C，其反应机理为已知第二步为决速步，当A2(g)压力较高时，反应表现的级数为（d）（a）一级 （b）二级 （c）0.5级 （d）零级思路：因为第二步是决速步，所以速率方程写为：是中间吸附态，根据稳态近似法，求解AK的平衡浓度，代入上面的速率方程表达式，得当初始压强很大的时候，上式简化为，反应速率为一恒定值，所以为0级反应。13. 恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的熵值将（a）（a）增大 （b）减小 （c）不变 （d）无法判定思路：表面积增大，是混乱度增加的过程，所以熵增。答案选a。14. 微小晶体与普通晶体相比较，性质不正确的是（d）（a）微小晶体的饱和蒸汽压大 （b）微小晶体的溶解度大（c）微小晶体的熔点较低 （d）微小晶体的溶解度较小思路：考察Kelvin公式。15. 气相中的大小相邻液泡相碰，两泡将发生的变化是（a）（a）大泡变大，小泡变小 （b）大泡变小，小泡变大（c）大泡、小泡均不变 （d）两泡将分离开思路：根据Yang-Laplace公式，气泡越小，所受的附加压力越大。小的变小，大的变大。答案选a。16. 表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是（c）（a）增溶作用可以是被溶物的化学势大大降低；（b）增溶作用是一个可逆的平衡过程；（c）增溶作用也就是溶解作用；（d）增溶作用与乳化作用不同思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在胶束内，该过程不是溶解过程，而是自发的包裹聚集。17. Langmuir吸附等温式满足的条件下，下列不恰当的是（c）（a）固体表面是均匀的 （b）吸附质分子之间相互作用可以忽略不计（c）吸附是多分子层的 （d）吸附热不随吸附量改变思路：Langmuir吸附是单分子层吸附。18. 对于物理吸附的描述中，不正确的是（d）（a）吸附力来源于Van Der Waals力，其吸附一般不具有选择性（b）吸附层可以是单分子层或多分子层（c）吸附热较小（d）吸附速率较小思路：物理吸附，吸附的快，脱附也容易。19. 已知H2的解离能为436kJmol-1，用气态H原子在清洁的W表面上进行化学吸附时放热293kJmol-1。若用1mol H2在W表面上全部进行解离吸附，估计其吸附热约为（c）（a）-150kJmol-1 （b）586kJmol-1 （c）150kJmol-1 （d）-143kJmol-1思路：吸热取正号，放热取负号。20. 称为催化剂毒物的主要行为是（d）（a）和反应物之一发生化学反应 （b）增加逆反应的速率（c）使产物变得不活泼 （d）占据催化剂的活性中心思路：毒化的机理是催化剂表面的活性中心被毒物占领。二、 填空题1. 20oC，101.325kPa下，把一半径R1=5mm的水珠分散成R2=10-3mm的小水滴，则小水滴的数目为1.251011个，此过程系统G=0.1143J。已知20oC时，水的表面张力=7.27510-2Nm-1。思路： ，计算得，n=1.251011。，在恒温、恒压条件下，计算得0.1143J。2. 20oC，101.325kPa的标准大气压力下，在液体水中距液面0.01m处形成半径为1mm的小气泡时，气泡内气体的压力为p=1.0157105Pa。思路：因为凹液面的附加压力是负值，所以当形成这个气泡时，为了抵消这个负的附加压力，其内部压强应该是3. 同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸汽压分别是p滴，p泡和p平，若将三者按大小顺序排列应为p滴p平p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4. 液态汞的表面张力=0.4636+8.3210-3T/K-3.1310-7(T/K)2Nm-1，在400K时，汞的0.5137Jm-2。思路：，将上述两个等式联立，有，（参看教材316页）5. T=298K时，水-空气表面张力=7.1710-2Nm-1，。在T，p时，可逆地增加210-4m2表面，对系统所做的功W=1.43410-5J，熵变S=3.1410-8J。思路：因为所以6. 300K时，水的表面张力=0.0728Nm-1，密度=0.9965103kgm-3。在该温度下，一个球形水滴的饱和蒸汽压是相同温度平面水饱和蒸汽压的2倍，这个小水滴的半径是1.5210-9m。思路：Kelvin公式：解得7. 从吸附的角度考虑，催化剂的活性取决于吸附强度，一个良好的催化剂应是中等吸附强度。8. 一般来说，物理吸附的吸附量随温度增高而降低，化学吸附的吸附量随温度增高而先增加，后降低。三、计算题1. 在一封闭容器底部钻一个小孔，将容器浸入水中至深度0.40m处，恰可使水不浸入孔中。已知298K时水的表面张力为7.210-2Nm-1，密度为1.0103kgm-3，求孔的半径。解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡时，其表面的附加压力应等于外面液体的压强，即计算得，R=3.610-5m。2. 室温时，将半径为110-4m的毛细管插入水与苯的两层液体之间，水在毛细管内上升的高度为0.04m，玻璃-水-苯的接触角为40o，已知水和苯的密度分别为1103kgm-3和8102kgm-3，求水与苯间的界面张力。解：根据公式：计算得，3. 已知水在293K时的表面张力为0.072Nm-1，摩尔质量为0.018kgmol-1，密度为1103kgm-3，273K时水的饱和蒸汽压为610.5Pa，在273293K温度区间内的水的摩尔汽化热为40.67kJmol-1，求在293K时，半径为10-9m水滴的饱和蒸汽压。解：用Kelvin公式计算液滴的饱和蒸汽压，但是题目中没有告诉298K时，液体平面对应的饱和蒸汽压。题目中给出了摩尔汽化热，所以可以用克-克方程来计算293K对应的液体平面上的饱和蒸汽压。解得，再代入Kelvin公式：解得，293K下，半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为4. 291K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力与其活度a的关系式可表示为是纯水的表面张力，该温度下为0.07286Nm-1，常数A因酸不同而异，b=0.411，试求：（1） 该脂肪酸的Gibbs吸附等温式；（2） 当aA时，在表面的紧密层中，每个脂肪酸分子的截面积。解：（1）Gibbs吸附等温式公式：先把表面张力的公式进行变换，得因此，表面超量为（2）当aA时，因此，单个脂肪酸分子的截面积为，即3.0910-19m2。5. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等温式，在273K时饱和吸附量为0.0938m3kg-1。已知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为0.0825m3kg-1。试求：（1）Langmuir吸附等温式中的常数a。（2）当CHCl3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。解：（1）Langmuir吸附等温式将已知条件代入公式，计算得（2）根据上述a的值，计算得出分压为6.67kPa时的覆盖度为0.7842。因为饱和吸附量已知，所以用饱和吸附量乘以覆盖度即得在该分压下的平衡吸附量，为0.0736m3kg-1。6. 在正常沸点时，如果水中仅含有直径为10-6m的空气泡，问这样的水开始沸腾，需过热多少度？已知水在373K时的表面张力=0.05890Nm-1，摩尔蒸发焓vapHm=40656Jmol-1。解：因为凹面气泡的附加压力是负值，所以尽管达到了沸点，但是气泡内部的实际压强仍小于这个值。为了沸腾，需要继续吸收热量，直至抵这部分取负号的附加压力。又已知水的摩尔蒸发焓，可以用克-克方程求解需要升高的温度。代入数据，解得T=411K，因此，需要继续升高38K。