界面物理化學(xué)習(xí)題

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1、一、 選擇題 1. 在相同的溫度及壓力下，把一定體積的水分散成許多小水滴經(jīng)這一變化過程，以下性質(zhì)保持不變的是（d） （a）總表面能 （b）比表面 （c）液面下的附加壓力 （d）表面張力 2. 直徑為110-2m的球形肥皂泡所受的附加壓力為（已知表面張力為0.025N?m-1）（d） （a）5 Pa （b）10 Pa （c）15 Pa （d）20 Pa 思路：因為肥皂泡有內(nèi)、外兩個表面，內(nèi)面的附加壓力是負值，外面的附加壓力是正值，故 ，答案選d。 3. 已知水溶解某物質(zhì)以后，其表面張力γ與溶質(zhì)的活度a呈如下關(guān)系： 式中γ0為純水的表

2、面張力，A，B為常數(shù)，則溶液表面過剩Γ2為（c） （a） （b） （c） （d） 思路：，答案選c。 4. 298K時，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等溫式，在苯蒸汽壓力為40Pa時，覆蓋率θ=0.05，當(dāng)θ=0.5時，苯蒸汽的平衡壓力為（b） （a）400 Pa （b）760 Pa （c）1000 Pa （d）200 Pa 思路：Langmuir公式 將已知條件的壓強和覆蓋率代入公式，計算得到a的值，然后根據(jù)新的覆蓋度和a，計算出平衡壓力。答案為b。（要求能夠自己推導(dǎo)Langmuir公式） 5. 在

3、298K時，已知A液的表面張力是B液的一半，其密度是B液的兩倍。如果A，B液分別用相同的毛細管產(chǎn)生大小相同的氣泡時，A液的最大氣泡壓力差等于B液的（a） （a）0.5倍 （b）1倍 （c）2倍 （d）4倍 思路：，代入該公式計算比值，答案選a。 6. 將一毛細管插入水中，毛細管中水面上升5cm，在3cm處將毛細管折斷，這時毛細管上端（c） （a）水從上端溢出 （b）水面呈凸面 （c）水面呈凹形彎月面 （d）水面呈水平面 思路：液體具有流動性，Yang-Laplace公式中的半徑是可以變化的，不可能出現(xiàn)“井噴”的情況。 7. 用同一滴管分別滴下1cm3

4、的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴數(shù)多少的次序為（c） （a）三者一樣多 （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：乙醇對水而言是表面活性劑，NaOH對水而言是非表面活性劑。 8. 當(dāng)水中加入表面活性劑后，將發(fā)生（a） （a） 正吸附 （b） 負吸附 （c） 正吸附 （d） 負吸附 思路：，表面活性劑在水面富集，可以減小表面張力，為正吸附。答案選a。 9. 把細長不滲水的兩張紙條平行地放在純水面上，中間留少許舉例，小心地在中間滴一滴肥皂水，則兩紙條間距離

5、將（a） （a）增大 （b）縮小 （c）不變 （d）以上三種都有可能 思路：肥皂是表面活性劑，中間的界面張力減小，因此在兩側(cè)的水的界面張力作用下，距離增大。答案選a。 10. 水不能潤濕荷葉表面，接觸角大于90o，當(dāng)水中加入皂素后，接觸角將（b） （a）變大 （b）變小 （c）不變 （d）無法判斷 思路：接觸角為銳角，表明是可以潤濕。答案選b。 11. 多孔硅膠有強烈的吸水性能，硅膠吸水后其表面Gibbs自由能將（b） （a）升高 （b）降低 （c）不變 （d）無法比較 思路：自發(fā)過程，故吉布斯自由能減小。答案選b。

6、 12. 某氣體A2在表面均勻的催化劑（K）表面發(fā)生解離反應(yīng)，生成產(chǎn)物B+C，其反應(yīng)機理為 已知第二步為決速步，當(dāng)A2(g)壓力較高時，反應(yīng)表現(xiàn)的級數(shù)為（d） （a）一級 （b）二級 （c）0.5級 （d）零級 思路： 因為第二步是決速步，所以速率方程寫為： 是中間吸附態(tài)，根據(jù)穩(wěn)態(tài)近似法， 求解AK的平衡濃度， 代入上面的速率方程表達式，得 當(dāng)初始壓強很大的時候，上式簡化為，反應(yīng)速率為一恒定值，所以為0級反應(yīng)。 13. 恒溫恒壓下，將一液體分散成小顆粒液滴，該過程液體的熵值將（a） （a）增大 （b）減小 （c）不

7、變 （d）無法判定 思路：表面積增大，是混亂度增加的過程，所以熵增。答案選a。 14. 微小晶體與普通晶體相比較，性質(zhì)不正確的是（d） （a）微小晶體的飽和蒸汽壓大 （b）微小晶體的溶解度大 （c）微小晶體的熔點較低 （d）微小晶體的溶解度較小 思路：考察Kelvin公式。 15. 氣相中的大小相鄰液泡相碰，兩泡將發(fā)生的變化是（a） （a）大泡變大，小泡變小 （b）大泡變小，小泡變大 （c）大泡、小泡均不變 （d）兩泡將分離開 思路：根據(jù)Yang-Laplace公式，氣泡越小，所受的附加壓力越大。小的變小，大的

8、變大。答案選a。 16. 表面活性劑具有增溶作用，對增溶作用說法不正確的是（c） （a）增溶作用可以是被溶物的化學(xué)勢大大降低； （b）增溶作用是一個可逆的平衡過程； （c）增溶作用也就是溶解作用； （d）增溶作用與乳化作用不同 思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在膠束內(nèi)，該過程不是溶解過程，而是自發(fā)的包裹聚集。 17. Langmuir吸附等溫式滿足的條件下，下列不恰當(dāng)?shù)氖牵╟） （a）固體表面是均勻的 （b）吸附質(zhì)分子之間相互作用可以忽略不計 （c）吸附是多分子層的 （d）吸附熱不隨吸附量改變 思路：Langmuir吸附是單分子層吸附。 18. 對于物理吸

9、附的描述中，不正確的是（d） （a）吸附力來源于Van Der Waals力，其吸附一般不具有選擇性 （b）吸附層可以是單分子層或多分子層 （c）吸附熱較小 （d）吸附速率較小 思路：物理吸附，吸附的快，脫附也容易。 19. 已知H2的解離能為436kJ?mol-1，用氣態(tài)H原子在清潔的W表面上進行化學(xué)吸附時放熱293kJ?mol-1。若用1mol H2在W表面上全部進行解離吸附，估計其吸附熱約為（c） （a）-150kJ?mol-1 （b）586kJ?mol-1 （c）150kJ?mol-1 （d）-143kJ?mol-1 思路：吸熱取正號，放熱取負號。

10、 20. 稱為催化劑毒物的主要行為是（d） （a）和反應(yīng)物之一發(fā)生化學(xué)反應(yīng) （b）增加逆反應(yīng)的速率 （c）使產(chǎn)物變得不活潑 （d）占據(jù)催化劑的活性中心 思路：毒化的機理是催化劑表面的活性中心被毒物占領(lǐng)。 二、 填空題 1. 20oC，101.325kPa下，把一半徑R1=5mm的水珠分散成R2=10-3mm的小水滴，則小水滴的數(shù)目為1.251011個，此過程系統(tǒng)ΔG=0.1143J。已知20oC時，水的表面張力γ=7.27510-2N?m-1。 思路： ，計算得，n=1.251011。 ，在恒溫、恒壓條件下，，計算得0.1

11、143J。 2. 20oC，101.325kPa的標準大氣壓力下，在液體水中距液面0.01m處形成半徑為1mm的小氣泡時，氣泡內(nèi)氣體的壓力為p=1.0157105Pa。 思路：因為凹液面的附加壓力是負值，所以當(dāng)形成這個氣泡時，為了抵消這個負的附加壓力，其內(nèi)部壓強應(yīng)該是 3. 同種液體，在一定溫度下形成液滴、氣泡和平面液體，對應(yīng)的飽和蒸汽壓分別是p滴，p泡和p平，若將三者按大小順序排列應(yīng)為p滴>p平>p泡。 思路：考察Yang-Laplace公式。 4. 液態(tài)汞的表面張力γ=[0.4636+8.3210-3T/K-3.1310-7(T/K)2]N?m-1，在400K時，

12、汞的0.5137J?m-2。 思路：， 將上述兩個等式聯(lián)立，有， （參看教材316頁） 5. T=298K時，水-空氣表面張力γ=7.1710-2N?m-1，。在T，p?時，可逆地增加210-4m2表面，對系統(tǒng)所做的功W=1.43410-5J，熵變ΔS=3.1410-8J。 思路： 因為 所以 6. 300K時，水的表面張力γ=0.0728N?m-1，密度ρ=0.9965103kg?m-3。在該溫度下，一個球形水滴的飽和蒸汽壓是相同溫度平面水飽和蒸汽壓的2倍，這個小水滴的半徑是1.5210-9m。 思路：Kelvin公式： 解得 7. 從吸附的角度考慮

13、，催化劑的活性取決于吸附強度，一個良好的催化劑應(yīng)是中等吸附強度。 8. 一般來說，物理吸附的吸附量隨溫度增高而降低，化學(xué)吸附的吸附量隨溫度增高而先增加，后降低。 三、計算題 1. 在一封閉容器底部鉆一個小孔，將容器浸入水中至深度0.40m處，恰可使水不浸入孔中。已知298K時水的表面張力為7.210-2N?m-1，密度為1.0103kg?m-3，求孔的半徑。 解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡時，其表面的附加壓力應(yīng)等于外面液體的壓強，即 計算得，R’=3.610-5m。 2. 室溫時，將半徑為110-4m的毛細管插入水與苯的兩層液體之間，水在毛細管內(nèi)上升

14、的高度為0.04m，玻璃-水-苯的接觸角為40o，已知水和苯的密度分別為1103kg?m-3和8102kg?m-3，求水與苯間的界面張力。 解：根據(jù)公式： 計算得， 3. 已知水在293K時的表面張力為0.072N?m-1，摩爾質(zhì)量為0.018kg?mol-1，密度為1103kg?m-3，273K時水的飽和蒸汽壓為610.5Pa，在273~293K溫度區(qū)間內(nèi)的水的摩爾汽化熱為40.67kJ?mol-1，求在293K時，半徑為10-9m水滴的飽和蒸汽壓。 解：用Kelvin公式計算液滴的飽和蒸汽壓，但是題目中沒有告訴298K時，液體平面對應(yīng)的飽和蒸汽壓。題目中給出了摩爾汽化熱，所以可

15、以用克-克方程來計算293K對應(yīng)的液體平面上的飽和蒸汽壓。 解得， 再代入Kelvin公式： 解得，293K下，半徑為1nm的液滴表面的飽和蒸汽壓為 4. 291K時，各種飽和脂肪酸水溶液的表面張力γ與其活度a的關(guān)系式可表示為 是純水的表面張力，該溫度下為0.07286N?m-1，常數(shù)A因酸不同而異，b=0.411，試求： （1） 該脂肪酸的Gibbs吸附等溫式； （2） 當(dāng)a>>A時，在表面的緊密層中，每個脂肪酸分子的截面積。 解：（1）Gibbs吸附等溫式公式： 先把表面張力的公式進行變換，得 因此，表面超量為 （2）當(dāng)a>>A時， 因此，單個脂

16、肪酸分子的截面積為，即3.0910-19m2。 5. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等溫式，在273K時飽和吸附量為0.0938m3?kg-1。已知CHCl3的分壓為13.4kPa時的平衡吸附量為0.0825m3?kg-1。試求： （1）Langmuir吸附等溫式中的常數(shù)a。 （2）當(dāng)CHCl3的分壓為6.67kPa時的平衡吸附量。 解： （1）Langmuir吸附等溫式 將已知條件代入公式，計算得 （2）根據(jù)上述a的值，計算得出分壓為6.67kPa時的覆蓋度為0.7842。因為飽和吸附量已知，所以用飽和吸附量乘以覆蓋度即得在該分壓下的平衡吸附量，為0.0736m3?kg-1。 6. 在正常沸點時，如果水中僅含有直徑為10-6m的空氣泡，問這樣的水開始沸騰，需過熱多少度？已知水在373K時的表面張力γ=0.05890N?m-1，摩爾蒸發(fā)焓ΔvapHm=40656J?mol-1。 解：因為凹面氣泡的附加壓力是負值，所以盡管達到了沸點，但是氣泡內(nèi)部的實際壓強仍小于這個值。為了沸騰，需要繼續(xù)吸收熱量，直至抵這部分取負號的附加壓力。又已知水的摩爾蒸發(fā)焓，可以用克-克方程求解需要升高的溫度。 代入數(shù)據(jù)，解得T=411K，因此，需要繼續(xù)升高38K。