界面物理化学习题

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1、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1 x 10m的球形肥皂泡所受的附加压力为（已知表面张力为？m-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4,Ps ，答案选d。R3 .已知水溶解某物质以后，其表面张力 丫与溶质白活度a呈如下关系: 式中p为纯水的表面张力，A , B为常数，则溶液表面过剩 及为（c）(a) 2AaRT 1 Ba(

2、b) 2ABaRT 1 Ba(c)ABaRT 1 Ba(d)2BaRT 1 Ba思路:a dRT da ART 1 BaABaRT 1 Ba,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 =,当。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 ap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bo （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

3、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）倍（b） 1 倍（c） 2 倍 （d） 4 倍2思路：Ps 二，代入该公式计算比值，答案选a。R6 .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

4、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）d/da0正吸附（b）d /da0负吸附（c）d/da0正吸附（d）d /da0负吸附思路：2,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。RT da9 .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

5、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90,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bo11 .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bo12 .某气体A2在表面均匀白催化剂（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）级 （d）零级思路： 1 d A

6、K2因为第二步是决速步，所以速率方程写为：r k AK2 dtAK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2当初始压强很大的时候，上式简化为r k K 0,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，该过程液体的嫡值将（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，所以嫡增。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

7、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

8、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436kJ?mol-1,用气态H原子在清洁的 W表面上进行化学吸附时放热293kJ?mol-1。若用1mol H 2在W表面上全部进行解离吸附，估计其吸附热约为(c)(a) -150kJ?mol-1(b) 5

9、86kJ?mol-1(c) 150kJ?mol-1(d) -143kJ?mol-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1.20C,下，把一半径 R1=5mm的水珠分散成 R2=10-3mm的小水滴，则小水滴的数目为乂 101个,此过程系统 AGq已知20oC时，水的表面张力 丫 =x-20?m-1。一4Q4Q思路：Vi4R3V24R333V nV2，计算得，n=x1d。22 .一一dG SdT VdPd

10、AS,在恒温、恒压条件下，G A n4 R2 4 R ,计算得。2. 20C,的标准大气压力下，在液体水中距液面处形成半径为1mm的小气泡时，气泡内气体的压力为 p=x 1Pa。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7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。T,V?m-2。思路：考察Yang-Laplace公式。As4. 液态汞的表面张力 丫 =+ X-1U X 1-0(T/K)2N?m-1,在400K时，汞的 TAsV思路：dU TdS pd

11、VdA,As T ,V将上述两个等式联立，有，TT (参看教材316页)As TVT As，V5. T=298K 时，水-空气表面张力 干x1(2N?m-1, 1.57 10 4N m 1 K1。在P?时,T p,As可逆地增加2X1伊m2表面，对系统所做的功W=X105J,嫡变AS=X 1(8jo思路：S因为As T,p,nBT As,P,nB所以 S A 1.57 10 4 N m 1 K 1 2 10 4m2 3.14 10 8JTPEb6. 300K时，水的表面张力 平？m-1,密度 年x 1Gkg?m-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

12、滴的半径是 x 109m。思路：Kelvin公式：RT lnpr 2 MP0 -R7解得 R 1.52 10 9m7. 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，后隆低。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处，恰可使水不浸入孔中。已知298K时水的表面张力为X102N?mT,密度为X10kg?m-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 =XT0m。2 .室温时，

13、将半径为1 X 104m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，玻璃-水-苯的接触角为40。，已知水和苯的密度分别为1X10kg?m-3和8X10kg?m-3,求水与苯间的界面张力。解： 根据公式： 2 水一本ghR计算得，水苯=512 10-2N m3 .已知水在293K时的表面张力为？m-1,摩尔质量为？mol-1,密度为1X10kg?m-3, 273K时水的饱和 蒸汽压为，在273293K温度区间内的水的摩尔汽化热为 ？mol-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

14、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，P293 K 2.074 103Pa再代入Kelvin公式：RT In史 2-MPoR解得，293K下，半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为pr 6011Pa4 . 291K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力丫与其活度a的关系式可表示为0是纯水的表面张力，该温度下为？m-1,常数A因酸不同而异，b=，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。 adRT da解：(1) Gibbs吸附等温式公式：先把表面张力的公式进行变换，

15、得因此，表面超量为abRTln10 a A(2)当 aA 时,5.38 10 mol mRT ln10因此，单个脂肪酸分子的截面积为y ,即X1019m2。5.用活性炭吸附 CHCl 3,符合Langmuir吸附等温式，在 273K时饱和吸附量为？kg-1。已知CHCl3 的分压为时的平衡吸附量为 ？kg-1。试求：(1) Langmuir吸附等温式中的常数 a。(2)当CHCl 3的分压为时的平衡吸附量。解：(1) Langmuir吸附等温式aP将已知条件代入公式，计算得a 5.448 10 4(2)根据上述a的值，计算得出分压为时的覆盖度为。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 ？kg-1。