第七章 表面现象习题

第七章面现象习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的选“√”，错误的选“×”。√×1．垂直插入水槽中一支干净的玻璃毛细管，当在管中上升平衡液面处加热时，水柱会上升。√×2．水在干净的玻璃毛细管中呈凹液面，因附加压力p<0，所以表面张力<0。√×3．通常物理吸附的速率较小，而化学吸附的速率较大。√×4．兰缪尔定温吸附理论只适用于单分子层吸附。二、选择题选择正确答案的编号:1．附加压力产生的原因是:（A）由于存在表面；（B）由于在表面上存在表面张力；（C）由于表面张力的存在，在弯曲表面两边压力不同（D）难于确定。2．在水平放置的玻璃毛细管中注入少许水（水润湿玻璃），在毛细管中水平水柱的两端呈凹液面，当在右端水凹面处加热，毛细管中的水向何端移动:（A）向左移动；（B）向右移动；（C）不动；3．今有一球形肥皂泡，半径为r，肥皂水溶液的表面张力为，则肥皂泡内附加压力是:（A）；（B）；（C）。（D）以上答案均不正确4．接触角是指：（A）ｇ／ｌ界面经过液体至ｌ／ｓ界面间的夹角；（B）ｌ／ｇ界面经过气相至ｇ／ｓ界面间的夹角；（C）ｇ／ｓ界面经过固相至ｓ／ｌ界面间的夹角；（D）ｌ／ｇ界面经过气相和固相至ｓ／ｌ界面间的夹角；5．高分散度固体表面吸附气体后，可使固体表面的吉布斯函数:（A）降低；　（B）增加；　（C）不改变　（Ｄ）以上答案均不正确6．高分散度固体表面吸附气体后，可使固体表面的吉布斯函数:（A）降低；　（B）增加；　（C）不改变　（Ｄ）以上答案均不正确7.兰谬尔吸附定温式适用于：(A)化学吸附；(B)物理吸附；(C)单分子吸附；(D)多分子吸附　(E)以上答案均不正确8将待测乳浊液中加入高锰酸钾，振荡均匀后取一滴于显微镜下观察，若判定结果为“O/W”型，则显微镜视野中必须有如下现象，即（B ）（A）不连续的亮点被成片红色所包围，分散相为“W”，分散介质为“O”（B）不连续的亮点被成片红色所包围，分散相为“O”，分散介质为“W”（C）不连续的红斑点被成片清亮液包围，分散相为“W”，分散介质为“O”（D）不连续的红斑点被成片清亮液包围，分散相为“O”，分散介质为“W”9比表面能是( C )（A）单位体积物质的表面能（B）一摩尔物质的表面能（C）单位面积的表面能(D)表面张力10恒温恒压条件下的润湿过程是：( A )（A）表面Gibbs自由能降低的过程（B）表面Gibbs自由能增加的过程（C）表面Gibbs自由能不变的过程（D）表面积缩小的过程11.丁达尔效应是由于下列哪种原因造成的（）A．光的反射    B．光的散射   C．光的折射   D．光的透射12.气体在固体表面的物理吸附是指（）（A）气体分子存在于固体表面,且渗透到固体表面以下（B）气体分子与固体表面分子之间在范德华力作用下在固体表面上的吸附（C）气体分子与固体表面分子之间为化学健力作用（D）气体分子与固体表面的化学反应三、填空题在以下各小题中的处填上答案。1．定温下溶液的表面张力随浓度增大而减小，则单位表面吸附量0。（选填>，=，<）2．铺展系数j　与(气/液），(气/固），(液/固）的关系是j＝；若液体在固体表面上发生铺展，则j０。（选填　>，＝，<　）3．物理吸附的吸附力是，吸附分子层是层。4．气体被固体吸附的过程其熵变S０，焓变Ｈ０。（选填　>　，＝　<　）5.亚稳状态通常是指__________________、_________________、__________________、_________________所处的状态。6.凸面、凹面、平面附加压强大小顺序为____________________。7.微小颗粒的化学势与大颗粒的化学势的大小关系为________________。8.700℃时，液态铝合金表面张力为б=0.857Nm-1，密度为2350kg*m-3，现将一直径为1.0*10-3m的毛细管插入其中（假定铝合金完全润湿毛细管壁），则铝合金在毛细管内上升高度为__________________参考答案一、是非题1.×；2.×；3.×；4.√。二、选择题1.(C)；2.(A)；3.(C)；4.(A)5.(A)；6.(A)；7.(B)。8.B9.C10.A11.B12.B三、填空题1>；2.－[(气液)+(气固)+(液固)]>　；3.范德华力单或多分子；4.<　<　；6.PS(凸)＞PS（平）＞PS（凹）7.μ1＞μ2四．计算题1.水的表面张力与温度的关系为σ/10-3N·m-1=75.64-0.14（t/℃）今将10kg纯水在303K及101325Pa条件下定温定压可逆分散成半径r=10-8m的球型雾滴，计算：（1）环境所消耗的非体积功；（2）小雾滴的饱和蒸气压；（3）该雾滴所受的附加压力。（已知303K，101325时，水的体积质量（密度）为995kg·m-3，不考虑分散度对水的表面张力的影响）。解：（1）本题非体积功即可逆表面功Wr’=sAs/10-3N·m-1=75.64－0.14（303－273）=71.44设雾滴半径为r个数为N，则总表面积A为=3×10kg/rr所以Wr’=215kJ2.20℃时，苯的蒸气结成雾，雾滴（球型）半径r=10-6m，20℃时苯表面张力σ=28.9×10-3N·m-1，体积质量ρB=879kg·m-3，苯的正常沸点为80.1℃，摩尔汽化焓ΔvapHm=33.9kJ·mol-1，且可视为常数。计算20℃时苯雾滴的饱和蒸气压。解：设20℃时，苯为平液面时的蒸气压为P0，正常沸点时的大气压力为101325Pa，则由克-克方程式得：将和R值分别代入上式，求出：设20℃时，半径的雾滴表面的蒸气压为，依据开尔文方程得：所以所以3.钢包（盛钢水的桶）底部有一透气砖，透过透气砖可以向钢包内吹入惰性气体氩气，以赶走包内的氧气净化钢水。为了在不吹Ar时钢水不从透气砖中漏出来，求透气砖的最大半径为多少？（已知钢水深2m，密度ρ=7000kg·m-3，表面张力σ=1300×10-3N·m-1，重力常数g=9.8m·s-2，钢水与孔壁的接触角θ=150o。解：当向上的附加压力Δp与向下的重力PG相等时，钢水稳定不动，不会漏出，所以，本题应有|Δp|≥|PG|。依据Laplace方程：∴∴4.氧化铝瓷件上需要披银，当烧到1000℃时，液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？已知1000℃时，σ[Al2O3(s/g)]=1×10-3N·m-1；σ[Ag(l/g)]=0.92×10-3N·m-1；σ[Ag(l)/Al2O3(s)]=1.77×10-3N·m-1。解：一根据杨方程：所以不润湿。方法二计算铺展系数所以不润湿5.用活性炭吸附CHCl3时,0℃时最大吸附量(盖满一层)为98.8dm3*kg-1。已知该温度下CHCl3的分压为1.34×103Pa时的平衡吸附量为82.5dm3*kg-1，试计算：（1）朗格缪吸附定温式中的常数b；（2）0℃，CHCl3分压为6.67×103Pa下的吸附平衡时每kg吸附剂吸附气体的体积。[题解]：（1）设G和G∞分别为平衡吸附量和最大吸附量，则即=5.45×10-4Pa-1(2)G==73.5dm3·kg-1[导引]：兰谬尔吸附模型是气体在固体表面的单分子层吸附模型，要求掌握兰谬尔吸附定温式。6.请导出A，B两种吸附质在同一表面上混合吸附时的吸附等温式（设都符合朗格缪吸附）。解：因A，B两种粒子在同一表面上吸附，而且各占一个吸附中心，所以A的吸附速率：ua=kapA（1-qA-qB）式中ka为吸附质A的吸附速率系数；pA为吸附质A在气相中的分压；qA为吸附质A在表面上的覆盖度；qB为吸附质B在表面上的覆盖度。令kd为吸附质A的解吸速率系数，则A的解吸速率为ud=kdqA当吸附达平衡时ua=ud，所以kdqA=kapA(1－qA－qB)，两边同时除以kd，且令bA=ka/kd，则（1），同理（2）将（1），（2）联立得qA=，qB=7 泡压法测定丁醇水溶液的表面张力。20℃实测最大泡压力为0.4217kPa，20℃时测得水的最大泡压力为0.5472kPa，已知20℃时水的表面张力为72.75×10-3N·m-1，请计算丁醇溶液的表面张力。[题解]：设p1，p2，1，2分别为丁醇溶液及水的最大泡压力与表面张力。根据拉普拉斯公式及泡压法的原理可知：（a）（b）因为实验使用同一根毛细管，r为定值，联立式（a）和式（b）得：=56.1N·m-1[导引](i)泡压法测液体的表面张力，当毛细管的半径很小时，形成的气泡基本上是球形的，因此可以用Laplace方程求算液体的表面张力；（ii）当气泡开始形成时，液体表面几乎是平的，这时曲率半径最大（r∞），随着气泡的形成，弯曲液面也开始形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径r亦即是毛细管半径。820℃苯蒸气凝结成雾，其液滴半径为1mm，试计算其饱和蒸气压比正常值增加的百分率。已知20℃时液体苯的体积质量(密度)为0.879g·cm-3，表面张力为0.0289N·m-1，C6H6的摩尔质量为78.11g·mol-1。[题解]：由Kelvin方程ln=0.00211则 =1.002所以 =0.2 % 。[导引]：液滴形成的凸液面，由于附加压力的作用使液滴的饱和蒸气压比相同温度下平液面的饱和蒸气压大，它们的关系遵守Kelvin方程。920℃时，汞的表面张力为483×10-3N·m-1，体积质量（密度）为13.55×103kg·m-3。把内直径为10-3m的玻璃管垂直插入汞中，管内汞液面会降低多少？已知汞与玻璃的接触角为180°，重力加速度g=9.81m·s-2。[题解]：所以==—0.0145m即汞面会降低0.0145m[导引]：汞在毛细管中形成凸液面，由于附加压力的作用液体在毛细管中下降。1025℃时乙醇水溶液的表面张力σ随乙醇浓度c的变化关系为：σ/（10-3N·m-1）=72－0.5(c/c)＋0.2(c/c)2（a）试分别计算乙醇浓度为0.1mol·dm-3和0.5mol·dm-3时，乙醇的表面吸附量(c=1.0mol·dm-3)[题解]：由吉布斯溶液中定温吸附理论，表面吸附量为：（b）式（b）中的可由式（a）求得=[－0.5+0.4(c/c)]×10-3N·m-1/mol·dm-3(c)==18.6×10-9mol·m-2将c=0.5mol·dm-3和式（c）代入式（b）得=60.5×10-9mol·m-211.已知20℃时酒精的表面张力为0.0220N，·m-1,汞与酒精间的界面张力为0.3643N，试问酒精能否在汞面上铺展。[题解]：根据所给数据可用铺展系数的大小来判断能否铺展：=－[(液I－液II)＋(气－液I)－(气－液II)]                  =－(0.3643+0.0220－0.4716)N·m-1=0.0853N·m-1因为　>0　，故能铺展开来．[导引]：掌握铺展系数的定义。12.某表面活性剂的稀溶液，表面张力随物质的量浓度的增加而线性降低，当表面活性剂的物质的量浓度为10-1mol*m-3时，表面张力下降了3×10-3N*m-1，计算表面过剩物质的量ΓB（设温度为25℃）。解：因为是稀溶液，则：13简答题：（1）电极极化现象；（电极极化现象——在外加电场作用下，当有电流通过电极时，或因浓度差别较大，使得电极电势（位）偏离其对应的平衡电极电势（或大或小）的现象。）（2）表面活性剂。（能使溶液表面张力显著降低的物质称为表面活性剂或表面活性物质。）（3）离子迁移数(某种离子i，在外电场作用下，朝一电极输送的电量与所有离子输送的电量总和之比，称之为离子迁移数)(4)如何区分油包水型和水包油型乳状液，一种方法即可？答：通电看哪个电导率大，大的即为水包油；或加入水溶性的燃料，在显微镜下观看如有颜色的为连续相即为水包油；或滴一滴在滤纸上观看如液滴边缘渗的快即为水包油。(5)简述在一定温度和较小浓度下，增加浓度对电介质的电导率和摩尔电导率的影响。答：在一定温度和较小浓度条件下，增加弱电解质浓度，离子数目上升，电导率增加；由于浓度增加，离子间的作用力加强，所以摩尔电导率有所下降。（6）表面活性剂应用。(起泡作用，润湿作用，增溶作用，乳化作用，洗涤作用)14.293k时水的饱和蒸气为2340.6Pa，试求半径为10-8m的水滴的蒸气压为多少？已知293k纯水的            。解：，15.解释肥皂泡的实验结论：在玻璃管的两端各存在1个气泡(气泡大小不同)，现旋转中间活塞使两气泡连通，你会观察到何种现象？答：打开中间活塞开关，两气泡连通，根据公式Ps=2σ/R可知，左边大气泡的附加压力小于右边小气泡的附加压力，气体从小气泡那边向大气泡移动，出现大气泡越来越大而小气泡变得越来越小，直至大气泡的半径与小气泡所在的弧面曲率半径相等时气体不再转移处于稳定状态。16.20℃时，苯的蒸气结成雾，雾滴（球型）半径r=10-6m，20℃时苯表面张力σ=28.9×10-3N·m-1，体积质量ρB=879kg·m-3，苯的正常沸点为80.1℃，摩尔汽化焓ΔvapHm=33.9kJ·mol-1，且可视为常数。计算20℃时苯雾滴的饱和蒸气压。设20℃时，苯为平液面时的蒸气压为P0，正常沸点时的大气压力为101325Pa，则由克-克方程式得：将和R值分别代入上式，求出：设20℃时，半径的雾滴表面的蒸气压为，依据开尔文方程得：所以所以＝9526Pa