界面现象题目答案解析参备考资料Word下载.docx
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1.在面对一个复杂过程时，我们要想办法令其进行简化,
这样才能对其进行研究，并找出隐藏在其中的原理；
2.对于一个复杂问题的研究并不可能做
到一步到位，而是逐渐深入，其中不乏遇到挫折和困难。
所以在研究的过程中，不可急功近
利；
3.事物所具有的特征不可能完全相同，我们不可忽略其中的特例；
4.不用的人对于同一
事物的看法会有所不同，故在研究一个过程时，要集思广益，这样才能尽善尽美。
6、水蒸气迅速冷却至25C时会发生过饱和现象。
已知25C时水的表面张力r=71.97N/m,过饱和蒸汽压为水的平衡蒸汽压4倍时，试计算：
（1）在此过饱和情况下，开始形成水滴的半径。
（2）此种水滴中含有多少个水分子？
答:
p（a）—gh
r
查相关表知：
25C下，水的平衡蒸汽压为3290.5Pa,即过饱和蒸汽压为：
4*3290.5=13162Pa
由上两式算的：
r=2*71.97/13162=10.94（mm）
⑵知水的密度为：
1g/mA3
水滴的体积：
3*3.14*（10.94*10A（-3））A3/4=3.08*10A（-6）
水的mol质量：
1.71*10（-7）
个数：
1.71*10A（-7）*6.02*10A23=1.03*10A17（个）
7、有一浓度为50%摩尔分数的乙醇水溶液。
溶液的表面积为Am2,取表面层进行分析，其
中含有10mol的水和30mol的乙醇，试计算此时的乙醇表面过剩。
乙醇表面过剩量ni（y=30mol
单位乙醇表面过剩量ri=30/Amol/m2
8、当超过临界胶束浓度时，界面活性剂水溶液的表面张力为一定值，即dI/dlnc=O。
因
为吸附量与dI/dlnc成比例，此时若用Gibbs式求得溶液表面活性剂的吸附量必然为0,
此时的结论正确与否？
不对，因为gibbs等温方程不可用于界胶束浓度之后，原因是临界胶束浓度后，吸附量不变且达到最大。
9、19C时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为：
r=ro-aln（1+bc）式中ro为纯水的表面张力，a和b皆为常数。
（1）试求该溶液中丁酸的表面过剩量M和浓度c的关系。
（2）若已知a=13.1mN/m,b=19.62L/mol,试计算c=0.2mol/L时的M为若干？
（3）当丁酸的浓度足够大，达到bc>
1时，表面过剩量Ma为若干？
设此时表面上丁酸成单分子层吸附，试计算在液面上每个丁酸分子所占面积。
（1）dI7dc=-ab/（1+bc）,M=-c/RT?
dDdc=abc/RT（1+bc）
（2）M=13.1X19.62X0.2/[8.3145x（273.15+19）X（1+19.62X0.2）]=4.30X10-3mol/m2
（3）M~a/RT=13.1/8.3145X（273.15+19）=5.39X10-3mol/m2
A=1/（5.39X10-3X6.022X1023）=3.08X10-22m2
10、已知20C时，水表面张力为72.75mN/m，汞-水的界面张力为375mN/m，试计
算水在汞表面的铺展系数S2/1,并判断其铺展情况。
=476-（72.75+375）=28.25mN/m>
故水能在汞面铺展。
11、不溶性的化合物X在水面上铺展，在低浓度下形成符合nA=nRT的单分子膜，如果把
10-7g的X加到0.02m2的水面上，在25C下表面张力下降0.20mN/m，试求X的分子量。
nA=nRT
7tA=mRT/M
mRT10-7*8.314*（25+273）
M==〜62（g/mol）
nA0.2*10-3*0.02
12、回答与思考：
（1）液液界面自由焓是由哪些部分组成的？
分子间色散力偶极力金属键力
（2）如何理解只有S2/1>
0液体2才能在液体1上铺展，此条件是否必要和充分?
如图，r1使液滴铺展，r2和r12使液滴收缩，当S2/1>
0时，表明使液滴铺展的
力大于使液滴收缩的力，液滴才能铺展。
此条件不是充分条件，是必要条件。
因为对于微溶
于水的液体应考虑溶解后的溶液的表面及界面张力，>
0时才表明能铺展，不然会收缩,
所以仅有S2/1>
0不能得出能铺展。
而能铺展就表明一定有S2/1>
0。
13、把细长不渗水的两张白纸互相靠近平行地浮在水面上，在纸间的水面上，用玻璃棒轻
（第三
轻地滴一滴肥皂液，两张纸迅速向相反方向移动，用表面压的概念解释这个现象。
章内容）
被推开。
显然展开的皂膜对纸片产生一推动力。
dwIdz
故而导出:
做功，则有:
这就是说：
单位表面自由焓的降低等于膜作用于单位长度障碍物上的压力，即表面压。
14、已知在0C时，活性炭吸附CHCL3的饱和吸附量为93.8L/kg。
若CHCL3的分压力
为1.34X104Pa，其平衡吸附量为85.2L/kg，求：
（1）Langmuir公式中的K值。
（2）CHCL3的分压力为6.67X103Pa时，平衡吸附量是多少？
（物理化学十五章内容）
（1）因为有p/r=1/（r«
*K）+p/ra
P=1.34X104Pa,『a=93.8L/kg=93.8X10-3m3/kg,1=85.2L/kg=85.2m3/kg
代入公式，知K=7.39X10-4Pa-1
（2）同
（1）带数据到Langmuir公式
其中K=7.39X10-4Pa-1,那么r=77.99L/Kg
15、计算在20C时将1ml水变成直径1xio-5cm-1的液体所需要的功。
a=AW/AS所以：
AW=aAS=72.75*0.001*3.14/4*（1X10-5*0.01）2=2.055915J
16、将一上端弯曲的，可为水润湿的毛细管插入水中，若它露出水面的高度小于其毛细管
上升的高度，问水能否从上口流出，为什么？
不能。
因为若将弯管垂直插入水中，由于弯管弯曲部分顶端与水面的距离小于
h（毛细管上升高度），故当液面上升到顶端后将沿弯管下降到管口，因管口与水面的距离
h'
<
h,若液面半径为r，则不能达到力平衡，液体有继续下降的趋势,
这时液体并不从管中滴出，而是弯月面的半径增大，直至
ggh'
达到力平衡。
17、用半径为0.10099cm的毛细管以毛细上升高度法测定一液体的表面张力，测得平衡
时上升高度为1.4343cm。
已知此液体的密度为气相密度差为0.9972g/ml。
请计算该液体的表面张力。
3
查物性表知：
空=1.205kg/m0.001205g/ml
液二空+=0.0012050.99720.998405g/ml
2液gh0.9984059.81.43433
液gh-10
r2r20.10099
69480.74N/m
18、电解质水溶液的表面张力变化有什么规律性？
你如何理解这种规律性?
电解质水溶液的表面张力随浓度增加而变大。
理解：
溶质在溶液表面层的浓度与其内部浓度是不同的。
原因：
表面层内存在吸附作用，若
为正吸附，则表面浓度大；
若为负吸附，则表面浓度小。
19、何谓表面活性？
如何按照表面活性把溶质分类？
溶质使溶剂表面张力降低的性质叫做表面活性。
按照表面活性把溶质分为：
表面活性物质和非表面活性物质。
表面活性物质若具有在低浓度范围内显著降低表面张力的特点，这类物质也称为表面活性
剂。
表面活性剂是指能显著降低溶剂（一般为水）的表面张力（气-液）或界面张力（液
-液）的一类物质。
可产生润湿、乳化、分散、增溶、发泡、洗涤、杀菌等一系列作用，以达到实际应用。
表面活性剂分子结构具有两亲性：
一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
疏水基团的差别主要表现在碳氢链的结构变化上，差别较小，而亲水基团则总类繁多，差异很大。
所以表面活性剂分类，一般应以亲水基团的结构为依据。
人们根据亲水基团的带电特性，首先分成阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂四大类。
每一大类中又以官能团的特性加以细分。
这种分类方法，只要弄清楚表面活性剂的离子类型，就可以决定使用范围。
20、极性有机同系物水溶液的表面活性有什么规律？
同系物的表面活性，是跟碳链长短有关，链长越长，吸附量越大，表面活性就越好。
极性对应者易被吸附，极性吸附剂易于吸附极性溶质，优先吸附极性强者。
碳链愈长，愈易形成正吸附，但过长时水溶性受到限制。
故一般为C8〜C16。
它们符合
川型的特点。
曲线弯曲的地方称为“临界胶束浓度”CMC。
CMC的值是表面活性的一种量
度。
许多性质在此值前后发生突变。
开始形成胶团时的表面活性剂的浓度称之为临界胶束浓度，简称cmc。
当溶液达
到临界胶束浓度时，溶液的表面张力降至最低值，此时再提高表面活性剂浓度，溶
液表面张力不再降低而是大量形成胶团，此时溶液的表面张力就是该表面活性剂能达
到的最小表面张力，用cmc表示。
极性有机物：
少量极性有机物如脂肪醇、胺、酸等，可使表面活性剂的CMC发生很大的变化，如最低
点现象。
极性有机物对表面活性剂临界胶束浓度的影响可分为三类：
A、属长链的极性有机物，由于他们的水溶性很差，在表面活性剂中只能存在于胶束中而使
CMC降低。
如十二烷基硫酸钠中含有十二醇时，CMC降低。
B、低分子量的极性有机物如尿素、甲酰胺、乙二胺等，这类化合物有很强的水溶性，与水
有很强烈的相互作用，从而能通过改变溶剂的性质使胶束不易形成，CMC增大，同时，这
类添加剂还增加活性剂的溶解度，以使CMC增大。
这些低分子量醇类兼容了a,b两类添加
剂的作用，量少时，CMC/,量多时，CMC/。
C、强极性添加物如果糖、木糖等的存在使CMC下降。
21、论证溶液表面存在吸附。
溶液表面吸附是不是普遍的现象?
溶液表面的吸附：
溶质在溶液表面层（表面相）中的浓度与在溶液本体（体相）中浓度不同的现象。
事实：
原因：
表面层内存在吸附作用，若为正吸附，则表面浓度大；
从而也可知：
溶液表面吸附是普遍现象。
论证过程为Gibbs吸附公式的推导。
如下所示：
1无机盐（如NaCI）水溶液的表面张力随浓度增加而变大；
（I）
2有机物（如乙醇）水溶液则相（H）
3表面活性剂溶液表面张力在低浓度时显著下降，当超过某一浓度时则几乎不变。
（川）
n1s、
idm
n1、n2为溶剂和溶质在体相的量
整个物系：
dGSdAjdn；
n2s为溶剂和溶质在表面相的晶
在恒温恒压下，将上式用于表面相:
：
SS,S
GA1dri]2dn2
积分上式得:
GG为状态函数，，具有全微分性质，所以S
idni2dn2
S
n1
n；
dS
Ad
比较两式得：
n,SdS
n2fd
:
diS,d2
将表面相与体相达到平衡时
11,22d1
n1d1n2d2
且对于体相而言存在关系n
d
所以dS
代入上式得:
则有：
Md
nsn2d2
sn2
□一
ni
对于稀溶液而言
d2RTdInc
cd
RTdc
讨论：
ddc
0,M
0,
则为负吸附，此溶质对溶剂称表面惰性剂。
（I型曲线者）
则为正吸附，此溶质对溶剂称表面活性剂。
（n、川型）
符合川型的物质活性特别强，所以称界面活性剂。
22、导出Gibbs吸附公式，讨论其适应性。
整个物系:
n1、n2为溶剂和溶质在体相的量n1s、n2s为溶
dG为状态函数,Ad有全微分性质，所需s
Sni
nSd
S1SS.
nidin2d
将表面相与体相达到平
22
diS,d2
匹d
nidipd2
2
-d2ni
ssn2I
n2n—d2
MAnS
Sn2
dMd2
讨论:
（I型曲线者）
23、导出溶液表面吸附等温公式，讨论其适应性与22相同。
24、十二烷基苯磺酸钠的细流落入比液流稍细的圆孔中，液流外层被刮下，收集此液进行
分析，得知其浓度为7.5x10-6mol/L,表层厚度为5x10-4cm。
已知原溶液浓度为5.5
xiO-6mol/L，自表面张力测定得知dDdc=-4.2X103（mN/m）/（mol/L）。
请用这
些数据验证Gibbs吸附公式。
试验温度25C。
实验吸附量:
由Gibbs吸附公式计算的吸附量:
两者相比基本一致，表明Gibbs吸附公式具有较好的准确性。
25、在20C时，测定一脂肪醇稀水溶液的表面张力，发现在55mN/m以下，表面张力和浓度间有线性关系：
r=a-Bine。
已知B=29.6mN/m，求饱和吸附时候每个脂肪醇分子在吸附层中占有的平均面积。
解：
依题意r=a-Bine，所以dI7de=-B/e
-5Mol/M2
=（-c/RT）*（-B/e）=B/RT=29.6*0.001/（8.314*293）=1.215*10
A二n/M=1/1.215*10-5=8.23*104M2
Ao=A/NA=8.23*104/（6.02*1023）=1.362*10-19M2
26、25C时测得C8H17SO4Na水溶液的表面张力如下:
浓度
/（mm
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
ol/L）
表面张力
/（mN
/m）
72.7
67.9
62.3
56.7
52.5
48.8
45.6
42.8
40.5
计算在浓度为2.0、4.0、6.0mmol/L时每个吸附分子所占的面积。
依表作图r~c，如下
由图求得c=2,4,6，时的该点曲线的斜率为dDdc=-5.375,-3.92,-3，代入下式
T=25+273=298,c=2,4,6，则
=4.34*10-6,6.33*10-6,7.27*10-6Mol/M2
27、什么是表面活性剂的主要性能参数？
它们能指示体系的哪些性质？
表面活性剂的化学结构与性能的关系
1.亲疏平衡值与性能之间的关系
H?
L?
B值：
表示表面活性剂的亲水疏水性能
表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡。
石蜡HLB值=0（无亲水基）聚乙二醇HLB值=20（完全亲水）
对阴离子表面活性剂，可通过乳化标准油来确定HLB值。
HLB值15~1813~158~87~93.5~61.5~3
用途增溶剂洗涤剂油/水型乳化剂润湿剂水/油乳化剂消泡剂
HLB值可作为选用表面活性剂的参考依据。
3.疏水基种类与性能
疏水基按应用分四种
（1）
脂肪烃：
（2）
芳香烃：
（3）
混合烃：
（4）
带有弱亲水性基
（5）
其他：
全氟烃基
疏水性大小：
（5）>
（1）>
（3）>
（2）>
（4）
3.亲水基的位置与性能
末端：
净洗作用强，润湿性差；
中间：
相反。
4•分子量与性能
HLB值、亲水基、疏水基相同，分子量小，润湿作用好，去污力差;
分子量大，润湿作用差，去污力好。
5.浊点
对非离子表面活性剂来说，亲水性取决于醚键的多少，醚与水分子的结合是放热反应。
当温度f,水分子逐渐脱离醚键，而出现混浊现象，刚刚出现混浊时的温度称浊点。
此
时表面活性剂失去作用。
浊点越高，使用的温度范围广。
28、有一C12H25（OC2H4）7OH溶液，已知此时每个吸附的C12H25（OC2H4）7OH分子在表面占有面积0.72nm2,问表面吸附量时多少？
已知Ci2H25（OC2H4）7OH的相对分子量为494，阿伏伽德罗常数Na，所以每个
分子的质量为7.708*10-22g，所以表面吸附量为1.071*10-21g/nm2,即1.071*10-3g/m2.
29、解释肥皂等洗涤剂在使用中出现皂垢和浴缸圈的原理。
如何加以改善？
由于肥皂等洗涤剂会与硬水中的钙、镁及其它高价金属阳离子形成溶解度很低
的羧酸盐，从而使它失去表面活性并凝结形成悬浮物，最后吸附到浴缸表面，日久便生
成肥垢和浴缸圈。
解决办法
（1）减少水中的高价阳离子。
（2）开发新的替代物。
用高温水清洗浴缸。
（4）对浴缸表面进行处理，如用一次性薄膜。
30、简述用单分子膜技术防止水分蒸发的原理。
水分子从液相转移到气相的过程中必然会受到阻力，用Rt表示，阻力主要由液
相扩散阻力Rl、界面阻力Ri（即单分子膜阻力）和气相扩散阻力Rg组成，即Rt=R+Ri+Rg。
单分子膜就是改变Ri值从而防止水分蒸发。
膜物质在水中溶解度很小，实际上对水的活度并无影响，因此膜的存在并未影响水的平衡蒸汽压，而只是影响了水的蒸发速率，也
就是说改变了蒸发动力学性质。
根据分子运动论可导出：
1/Ri=（RT/uM）1/2•a。
膜压n、
相对分子量M的增加都有助于Ri增加。
31、简述肺表面活性剂的主要组成。
磷脂90%磷脂酰胆碱
PC双饱和PC—DPPC（40%wt）
不饱和PC
其他磷脂
非DPPC成分
蛋白质10%/疏水性蛋白质＜SP—B
SP—C
亲水性蛋白质：
SP—A
SP—D
32、请根据DPPC和DPPG的物性数据说明其在肺泡上面的主要生理功能。
（1）降低肺泡表面张力，减少吸气阻力
（2）调节肺泡表面张力，从而稳定肺内压，防止肺泡萎缩和肺气肿
（3）减弱表面张力对肺毛细血管中液体的吸引作用，防止液体渗入肺泡，使肺泡能保持相对“干燥”
（4）能增强肺泡巨噬细胞的趋化性，加强巨噬细胞及单核细胞对肿瘤细胞的细胞毒性,具有下调特异性免疫反应，减轻免疫性肺损伤作用
（5）改善气道粘液的流变学特性，有利于粘液纤毛转运系统的转运，促进吸入异物颗粒的排出作用
33、根据挤出假说，表面活性蛋白的SP-C的主要生理功能是什么，试用图示之。
SP-C:
促进非DPPC组分的挤出，从而降低肺泡表面张力；
促进磷脂分子的吸附，从
而迅速铺展成膜。
34、肺泡单分子膜在LE-LC共存态有何特性？
此题PPT上没有，只查到相关的一句话：
LE/LC膜：
过渡态，不是一级相变的n-A关
系，热点问题
35、简述临界表面张力的测定方法及其应用实例。
①毛细管上升法：
适用于一般液体，特别是常温下的纯液体或纯液体的混合液。
将毛
细管浸入液体液体分子间力小于液体与管壁间的附着力时，液面为凹形，液面上升h。
例
如水；
当液体分子间力大于液体与管壁间力时，液面为凸形，液面下降h。
例如汞。
2静滴法及静泡法：
静滴法适用于高温融熔金属及盐类。
静泡法适用于表面活性剂水溶液。
特别是监测低浓度溶液的表面张力在长时间内的变化时更好。
3滴重法：
适用于液滴很小的液体。
4圆环法：
粘度低但操作方便，有成套仪器可用
实例：
例如水；
当液体分子间力大于液体与管壁间力时，液面为凸形，液面下降h。
36、润湿功的物理意义是什么？
在润湿过程中，固-气表面消失，固-液界面生成，此时，自由焓将发生变化，故可将这一变化作为衡量润湿与否的判据
铺展润湿功：
物理意义：
把固体表面上铺展的液体收缩单位面积所需要的功。
浸渍功：
将润湿纤维缝隙间的液体收缩，露出单位面积的固体表面时所必须做的
功
粘附功：
断开固体与液体接触并分另产生单位固体和液体表面时所做的功。
37、简述氧化铝胶体吸附氯化钠水溶液中微量表面活性剂十二烷基磺酸钠的过程。
（第五章内容）
第一区表面活性剂低浓度时的吸附情况，表
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