界面物理化学 习题.pdf

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1、1、 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）

2、 （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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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）-

9、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。 2、 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. 20o

10、C，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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、.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。