界面物理化学习题资料讲解Word格式文档下载.docx
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2
Ps,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
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〉乙醇水溶液
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)dda0正吸附(b)d/da0负吸附
(c)dda0正吸附(d)d.da0负吸附
ad
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。
RTda
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
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
接触角为锐角,表明是可以润湿。
答案选bo
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
自发过程,故吉布斯自由能减小。
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
A2g2K垐:
垐2AKkBC2K
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
AK是中间吸附态,根据稳态近似法,
0.5
rkAKk
P
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
表面积增大,是混乱度增加的过程,所以熵增。
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
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,小泡变大
(c)大泡、小泡均不变(d)两泡将分离开
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
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)吸附是多分子层的(d)吸附热不随吸附量改变
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VanDerWaals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
物理吸附,吸附的快,脱附也容易。
19.已知H2的解离能为436kJ?
mo「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?
mo「1。
若用1molH2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)586kJ?
mol-1(c)150kJ?
mol-1(d)-143kJ?
mol-1
吸热取正号,放热取负号。
20.称为催化剂毒物的主要行为是(
(b)增加逆反应的速率
(d)占据催化剂的活性中心
(a)和反应物之一发生化学反应
(c)使产物变得不活泼思路:
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
1.20oC,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1.25X1011个,此过程系统△G=0.1143J。
已知20oC时,水的表面张力丫=7.275乂2N?
m-1。
4343
V-R1V2-R2
33
V1nV?
,计算得,n=1.25XO11。
dGSdTVdPdAs,在恒温、恒压条件下,GAn4R;
4R2,
计算得0.1143J。
2.20oC,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=1.0157X105Pa。
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
0.0727535
pp0psgh101325PaPa10100.01Pa1.015710Pa
0.001
考察Yang-Laplace公式。
4.液态汞的表面张力丫=[0.4636+8.32^10-3.13W7(T/K)2]N?
m-1,在400K时,汞的
dUTdS
pdV
叭,—
AsT,V
TAsV
将上述两个等式联立,
有,
UT
(参看教材316页)
TAs,V
T,V
5.T=298K时,水-空气表面张力y7.17W2N?
m-1,1.57104Nm1K1。
T
1P,As
在T,p?
时,可逆地增加2X10-4m2表面,对系统所做的功W=1.434X10~5j,熵变AS=3.1410-8Jo
7.171022104N
m1.434
105J
W
As
因为
S
T,P」b
TAs,P,nB
所以
A1.57
104Nm
1K12104m23.1410J
As,P,nB
6.300K时,水的表面张力Y0.0728N?
m-1,密度p=0.9965X103kg?
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,这个小水滴的半径是1.52>
10-9m。
解得R'
1.5210m7.从吸附的角度考虑,催化剂的活性取决于吸附强度—个良好的催化剂应是中等吸附强度。
二、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7.2xi0-2N?
m-1,密度为1.0>
103kg?
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
.2
ghPs-R'
计算得,R=3.6xi5m。
2.室温时,将半径为1X10-4m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40。
,已知水和苯的密度分别为1X03kg?
m-3和
8X02kg?
m-3,求水与苯间的界面张力。
计算得,水一苯=5.1210-2Nm
3.已知水在293K时的表面张力为0.072N?
m-1,摩尔质量为0.018kg?
mol-1,密度为
1X03kg?
m-3,273K时水的饱和蒸汽压为610.5Pa,在273~293K温度区间内的水的摩尔汽化热为40.67kJ?
mol-1,求在293K时,半径为10-9m水滴的饱和蒸汽压。
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,p293K2.074103Pa
解得,293K下,半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为pr6011Pa
4.291K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
01blgaA1
0是纯水的表面张力,该温度下为0.07286N?
m-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a>
>
A时,在表面的紧密层中,每个脂肪酸分子的截面积。
(1)Gibbs吸附等温式公式:
aA
ln10
先把表面张力的公式进行变换,得
d0b1
1_0b1
daIn10aA
1AIn10aA
因此,表面超量为
ab0
RTIn10aA
(2)当a»
A时,
b
05.38106molm2
RTIn10
因此,单个脂肪酸分子的截面积为y,即3.09Xl0-19m2o
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0.0938m3?
kg_1。
已知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为0.0825m3?
kg-1。
试求:
(1)Langmuir吸附等温式中的常数a。
(2)当CHCb的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。
(1)Langmuir吸附等温式
1ap
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0.0736m3?
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Y0.05890N?
m-1,摩尔蒸发焓A/apHm=40656J?
mol-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。
lnp0PsvapHm11
p0R373T
代入数据,解得T=411K,因此,需要继续升高38Ko