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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑第十章 界面现象概念题 第十章 界面现象 10.2 概 念 题 10.2.1 填空题 1.液体外观层中的分子总受到一个指向液体内部的拉力力，而外观张力那么是沿液体外观的切线方向上的力。 2.在恒T,P下，纯液体是通过收缩其外观积来降低其外观吉布斯函数的，例如荷叶上的水滴呈球状是由于同样体积的水，以球形的外观积为最小，亦即在同样条件下，球形水滴其外观吉布斯函数相对为最小。 3.在25下，于100KPa的大气中，当某溶液形成半径为r之液滴时，液滴内液体的压力为150KPa.假设在同温、同压下的空气中，将该溶液吹成一半径为r的气泡时，那么该气泡内气体的压力为 填入
2、概括数值。不考虑重力的影响。 解：根据拉普拉斯方程，对于小于液滴内液体受到的附加压力?P为 ?P滴=2?/r 而 ?P(滴)=?P(滴)?p内?p0(大气压力)?150KPa?100KPa 即 ?/r=?P滴/2?25KPa 对于气泡，那么因液体膜有内外两个外观，故在空气中的气泡其泡内气体所受到的附加压力?P泡 ?P泡= 4?/r =425KPa=100KPa 气泡内气体的压力p内(泡)?p0?P(泡)?200KPa 4.分散在大气中的小液滴和小气泡，或者毛细血管中的凸液面和凹液面，所产生的附加压力的方向均指向于(弯曲液面曲率半径的中心。 图101 5.如图10-1所示，设管中液体对毛细血管完
3、全润湿，当加热管中水柱的右端时，那么水柱将向 移动。 解：处在管右端的液体受热而温度升高，使液体的外观张力变小，同时毛细管本身被加热而发生膨胀而使弯曲液面曲率半径稍为变大，两者均导致附加压力?P减小，因而原有平衡被破坏，再有，附加压力的方向指向气体，当右端附加压力减小，对水柱而言，便是水柱右端的压力大而左端压力小，于是水柱向左移动。 6.将同样量的两小水滴中之一灌在玻璃毛细血管中该水滴能很好地润湿管壁，而另一小水滴 那么放在荷叶上，假设两者均放在温度的大气中，那么最先蒸发掉的是 。 解：放在荷叶上的小水滴先蒸发完。根据开尔文方程可知，小液滴为凸面液体，其蒸气压大于平面液体的的饱和蒸汽压；相反，
4、毛细管中液体因润湿而为凹面，而凹面液体的饱和蒸汽压小于平面液体的饱和蒸汽压，因饱和蒸汽压大的液体易蒸发，所以小液滴的水较毛细管中的先蒸发完。 7.产生过冷、过热和过饱和等亚稳态现象之理由是是新相种子难以生成。 8.固体对气体的吸附有放在荷叶上的小水滴先蒸发完。根据开尔文方程可知，小液滴为凸面液体，其蒸气压大于平面液体的的饱和蒸汽压；相反，毛细管中液体因润湿而为凹面，而凹面液体的饱和蒸汽压小于平面液体的饱和蒸汽压，因饱和蒸汽压大的液体易蒸发，所以小液滴的水较毛细管中的先蒸发完。 物理吸附和化学吸附之分，理由是固体与气体之间的吸附作用力不同。化学吸附是固体外观上的分子与气体分子间的作用力为化学键力
5、，而物理吸附那么是该作用力为范德华力 9.朗缪尔的吸附理论只适用于 吸附，根据朗缪尔理论导出的吸附等温式所描绘的吸附等温线的外形为 画出图形。 解：根据朗缪尔理论的四点假设，该理论及其所导得的吸附等温式只能适用于单分子层吸附。 a从朗缪尔吸附等温式Va?Vm(bp/1?bp) a当压力低或弱吸附时，即bp1，那么上式改写为Va?Vm，表示吸附达饱和，为图10-5中 曲线上的线段3. 当压力大小与吸附强弱适中时，吸附量与压力的关系呈曲线，为图10-5中曲线上的线段2. 10.如图10-2所示，在固体外观上附着一气泡，气泡被液体所包围，请在图中画出接触角?的位置。 图10一2 图10一3 解：接触
6、角为液体外观张力?与固液界面张力?之间夹角含液体在内，所以，此题的 lsl接触角位置如图10-6所示。 11.如图10-3所示，将一半径为r的固体球体并恰有一般浸没在液体中，设固体和液体的外观张力分别为?s与?l,固液界面张力为?sl，那么在恒T,P下，球在浸没前后的外观吉布斯函数变化?Gs? 写出式子。 解：首先查看球体浸入水中前后的固-气、液-气和固-液等外观积和界面积的变化： 固-气外观：当球浸入水中后，球体固-气外观积裁减了一半，即 1(4?r2)?2?r2。 22液-气外观：当球体的一半浸在水中时，那么液-气外观积裁减了球体的最大截面积，即?r。 固-液界面：球体未浸入水时无固-液界
7、面，而当球浸入水后，球体外观积的一半由固-气外观变为固液界面。该面积为2?r。 2所以，球体浸在水中过程的外观吉布斯函数变化?Gs如下： ?Gs?sl2?r2?2?r2?s?r2?l 10.2.2 单项选择题 1.如图10-4所示，该U型管的粗、细两管的半径分别为0.05cm和0.01cm。假设将密度 ?0.80g.cm?3的液体注入U型管中，测得细管液面比粗管的液面高?h=2.2cm，。设该液体与管壁能很利用上述数据便可求得该液体的外观张力?l?( 好润湿，即?0?。 选择填入:(a)5.2010N.m;(b)10.79?10N.m;(c)12.82?10N.m;(d)因数据缺乏，无法计算。
8、 解： 因液体能很好润湿毛细管壁，故液体在粗1、细2 两 管的上升高度h1及h2可写出如下两计算式?=0： 。?3?1?3?1?3?1粗管 h1?2?2r (1)， 细管 h2? (2) r2?gr1?g式-式得 ?h?h2?h1?2?11(?) ?gr2r1 所以 ?g?h/2(?) ?800kg?m?9.81?0.022m/2(1r21r111?) 0.0001m0.0005m?10.79?10?3N?m?1?10.79mN?m?1?32.在100，大气压力为101.325kPa下的纯水中，如有一个半径为r的蒸汽泡，那么该蒸汽泡内的水的饱和蒸汽压pr( )大气压力p0p0;假设不考重力的作
9、用，那么蒸汽泡受到的压力为 。 选择填入：a大于；p0大气压力-?p附加压力；(b)大于；p0?p；(c)小于； po?p；(d)小于；po?p。 解：水中假设有半径为r的蒸汽泡，那么泡中的蒸汽压可按凹液面的开尔文方程来计算，即 lnp0(平面/pr?2?M/?r 因等式右边为大于零的数值，所以pr?p0(平面。而在100C下，p0(平面=101.325kpa，故pr101.325kpa。 这一蒸汽泡除了受到大气压力外，还要受到一个指向蒸汽泡曲率半径中心的附加压力，因此该蒸汽泡受到大气压力p0与附加压力?p这两个压力的作用，即p0?p。假设要令该蒸气泡能存在并逸出到大气中，那么该蒸气泡内的蒸气
10、压力pr必需大于p0?p为此，在外压确定下，液体需过热到prp0?p 3.在T，p确定的条件下，将一体积为V的大水滴分散为假设干小水滴后，在以下性质中，认为根本不发生变化的性质为 。 选择填入：(a)外观能； (b)外观张力；c弯曲液面下的附加压力；d饱和蒸汽压。 解：外观张力 4.在室温、大气压力下，用同一支滴管分别滴下同体积的纯水和稀的外观活性剂水溶液其密度可视为与纯水一致那么水的滴数n1与稀外观活性剂溶液的滴数n2之比，即n1/n2? 。 选择填入：a大于1；b小于1；c等于1；d无法对比。 解：将液体在，磨平的毛细管口逐渐形成液滴并结果从管口滴下图10-7，所滴下的液滴的大小是取决两种
11、相反的作用力，一是液滴受到朝下的重力作用，另一是与液滴接触的毛细管下端外圆周上与液滴外观相切并朝上的外观张力所产生的力，该力大小为2?r?，正是此力的作用才令液滴能悬挂在毛细管管口上。对同一支毛细管那么此力的大小就取决于外观张力?，?越大那么悬挂在下端管口的液滴体积越大。对于此题的纯水及稀外观活性剂溶液，因纯水外观张力远大于稀外观活性剂水溶液外观张力，而两者的密度又根本一致，所以同体积的纯水和稀外观活性剂水溶液从同一毛细管滴下的滴数必然是纯水滴数n1远小于稀外观活性剂水溶液的滴数n2，即n1/n2小于1。 5已知在25 ?下，水与汞、乙醚与汞和乙醚与水的界面张力?(H2O/Hg)， ?(C2H
12、5)2O/Hg和?(C2H5)2O/H2O分别为375，379和10.7mN?m?1，那么当水滴在 乙醚与汞的界面上时的铺展系数S=( )mN?m。 ?1选择填入：a743.310;b6.710 ;(c)14.710；(d)-6.010。 解：对于水在乙醚与汞的界面上能否铺展那么需计算铺展系数S，其计算式为 ?3?3?3?3 S?(乙醚?汞?水?汞?乙醚?水=397mN?m?375mN?m?10.7mN?m?6.7m?1?1?1 根据计算结果得知，水在乙醚与汞的界面上不会发生铺展。 6.在确定T,P下，无论何种气体在固体外观上的吸附过程的熵变确定是 ，而焓变?H也确定是 。 选择填入：a大于零；b等于零；c小于零；d无法判定。 解：吸附过程的熵变?S确定小于零；?H也确定小于零。 7.朗缪尔所提出的吸附理论及所推导出吸附等温式 。 选择填入：a只能是用于化学吸附；b只能用于物理吸附；(c)适用于单分子层吸附；d适用于人和物理吸附和化学吸附。 解：适用于单分子层吸附 8在恒T,P下，于纯水中参与少量外观活性剂时，那么外观活性剂在外观层中的浓度 其在本体中的浓度，此时溶液的外观张力 纯水的外观张力。 选择填入：a大于；(b)等于；c小于；d可能大于也可能小于。 解：外观活性剂在外观层中的浓度大于其在本体中的浓度；溶液的外观张力小于纯水的外观张 9
