第八章表面现象与胶体化学教学教材.docx
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第八章表面现象与胶体化学教学教材
第八章-表面现象与胶体化学
表面化学
一、选择题
1.在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体,当将毛细管右端用冰块冷却时,管内液体将:
()
(A)向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)左右来回移动
2.如图在毛细管内装入润湿性液体,当在毛细管内左端加热时,则管内液体将:
()
(A)向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)因失去平衡而左右来回移动
3.对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是:
()
(A)(∂γ/∂T)p>0(B)(∂γ/∂T)p<0(C)(∂γ/∂T)p=0(D)无一定变化规律
4.在相同温度下,固体冰和液体水的表面张力哪个大?
()
(A)冰的大(B)水的大(C)一样大(D)无法比较
5.弯曲表面上附加压力的计算公式:
∆p=p'-p0=2γ/R'中,R'的符号:
()
(A)液面为凸面时为正,凹面为负(B)液面为凸面时为负,凹面为正
(C)总为正(D)总为负
6.微小晶体与普通晶体相比较,哪一种性质不正确?
()
(A)微小晶体的饱和蒸气压大(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
7.在相同温度下,同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时,将具有不同饱和蒸气压。
以p平、p凹、p凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压,则三者之间的关系是:
()
(A)p平>p凹>p凸(B)p凹>p平>p(C)p凸>p平>p凹(D)p凸>p凹>p平
8.在空间轨道上运行的宇宙飞船中,漂浮着一个足够大的水滴,当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时,将会出现:
()
(A)水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管内一定高度
(C)水进入毛细管并达到管的另一端(D)水进入毛细管并从另一端滴出
9.往液体
(1)的表面滴加一滴与其不互溶的液体
(2),两种液体对空气的表面张力分别为γ1,3和γ2,3,两种液体间的界面张力为γ1,2。
则液体
(2)能在液体
(1)上铺展的条件为:
()
(A)γ1,2>γ1,3+γ2,3(B)γ1,3>γ2,3+γ1,2(C)γ1,3<γ2,3+γ1,2(D)γ1,2<γ1,3+γ2,3
10.把细长不渗水的两张白纸互相靠近(距离为d),平行地浮在水面上,用玻璃棒轻轻地在两纸中间滴一滴肥皂液,两纸间的距离将:
()
(A)增大(B)减小(C)不变(D)(A).(B).(C)都有可能
11.体温计打碎后,落在水泥地面上的水银基本呈球形,这说明:
()
(A)γ汞+γ汞-水泥地面<γ水泥地面(B)γ汞>γ水泥地面
(C)γ汞<γ水泥地面(D)γ汞+γ汞-水泥地面>γ水泥地面
12.水银完全不润湿玻璃表面,若将半径为5×10-5m的玻璃毛细管插入水银中后(水银的密度ρ=13.6×103kg·m-3,其表面张力γ=0.520N·m-1),管内水银面将:
()
(A)上升0.15m(B)下降0.15m(C)上升0.015m(D)下降0.015m
13.水/油乳化剂的HLB值的范围是:
()
(A)2-6(B)8-12(C)14-18(D)20-24
14.表面活性剂具有增溶作用,对增溶作用说法不正确的是:
()
(A)增溶作用可以使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
15.BET公式的最主要用途之一在于:
()
(A)获得高压下的吸附机理(B)获得吸附等量线
(C)获得吸附等压线(D)测定固体的比表面
16.在气-固相催化反应中常用载体,载体所起的主要作用,下列哪一条是不存在的?
()
(A)提高催化剂的机械强度(B)增大催化剂的活性表面以节约用量
(C)改善催化剂的热稳定性(D)防止催化剂中毒
17.在催化剂M0表面上吸附NH3分子进行分解反应(对产物不吸附),并且表面反应为速控步,当NH3压力很大时,该反应的半衰期公式为:
()
(A)t
=(ln2)/k(B)t
=1/(kp0)(C)t
=k(p0)1/2(D)t
=p0/2k
二、填空题
1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是;不同点是。
2.从表面热力学的角度看,比表面吉布斯自由能表达式是,其单位为,从力学平衡角度看,表面张力是;,其单位为。
3.液态汞的表面张力γ=0.4636N·m-1+8.32×10-3N·m-1·K-1·T-3.13×10-7N·m-1·K-2·T2在400K时,汞的(∂U/∂A)T,V=。
4.液滴越小,饱和蒸气压越;而液体中的气泡越小,气泡内液体的饱和蒸气压越。
5.300K时,水的表面张力γ=0.0728N·m-1,密度ρ为0.9965×103kg·m-3。
在该温度下,一个球形水滴的饱和蒸气压是相同温度平面水饱和蒸气压的2倍,这个小水滴的半径是m。
6.室温时,水在一根粗细均匀的玻璃毛细管中,将上升到高度h,如将毛细管折断至h/2处,水将沿壁升至_处,此时管中水面的曲率半径将。
7.在298K时,正丁醇水溶液表面张力对正丁醇浓度作图,其斜率为-0.103N·m-1·mol-1·kg,正丁醇在浓度为0.1mol·kg-1时的表面超额Γ为:
。
8.苯不溶于水而能较好地溶于肥皂水是由于肥皂的作用。
9.氧气在某固体表面上的吸附,温度400K时进行得较慢,但在350K时进行得更慢,这个吸附过程主要是化学吸附还是物理吸附?
。
10.一般说来,物理吸附的吸附量随温度增高而,化学吸附的吸附量随温度增高而先增加,后降低。
11.从吸附的角度考虑催化剂的活性取决于;一个良好的催化剂应是。
12.气-固表面反应有两种反应历程,其中Langmuir-Hinshelwood历程是研究;反应,Langmuir-Rideal历程是研究。
反应。
13.就吸附的本质来说,物理吸附的作用力是;化学吸附的作用力是。
14.接触角θ90o,固体能被液体所润湿,θ90o,固体不能被液体所润湿(填大于或小于)。
三、计算题
1.298K时,水-空气的表面张力γ=0.07197N·m-1,(∂γ/∂T)p,A=-1.57×10-4N·m-1·K-1,试计算298K,标准压力p下,可逆地增大2×10-4m2的表面积时,体系所做的功(假设只做表面功),体系的∆G,∆H和∆S及体系所吸收的热量Qr。
2.已知水在293K时的表面张力γ=0.07275N·m-1,摩尔质量M=0.018kg·mol-1,密度ρ=103kg·m-3。
273K时水的饱和蒸气压为610.5Pa,在273–293K温度区间内水的摩尔气化热∆VapHm=40.67kJ·mol-1,求293K水滴半径R′=10-9m时,水的饱和蒸气压。
3.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?
水在373K时的表面张力γ=0.05890N·m-1,气化热∆VapHm=40656J·mol-1。
4.已知293K时,乙醚在水上其间的界面张力为1.070×10-2N·m-1,它们的表面张力分别为γ(乙醚)=1.710×10-2N·m-1,γ(H2O)=7.275×10-2N·m-1,用计算方法说明:
一滴乙醚在水面上及一滴水在乙醚面上的铺展情况。
5.将内径为1×10-4m的毛细管插入水银中,问管内将下降多少?
已知在该温度下水银的表面张力为0.48N.m-1,水银的密度为13.5×103Kg.m-3,重力加速度g=9.8m.s-1,设接触角近似等于180゜。
6.291K时,各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力γ与活度a的关系式可以表示为:
γ/γ0=1+blg(a/A+1),γ0是水的表面张力(γ0=0.07286N·m-1),常数A因不同酸而异,b=0.411。
试求:
(1)服从上述方程的脂肪酸吸附等温式
(2)在表面的一个紧密层中(a>>A),每个酸分子所占据的面积为若干?
7.在一定温度下,N2在某催化剂上的吸附服从Langmuir方程,已知催化剂的比表面为21.77m2·g-1,N2分子的截面积为16×10-20m2。
当平衡压力为101325Pa时,每克催化剂吸附N2的量为2cm3(已换算成标准状态),问要使N2的吸附量增加一倍,则平衡压力为多大?
8.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.
试计算:
(a)Langmuir吸附等温式中的常数a
(b)CHCl3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。
四、问答题
1.在一筒内有半径不同的玻璃毛细管,筒内充满水蒸气,慢慢推动活塞使筒内压力逐渐增大,水将在毛细管内凝结,试问在何种毛细管内水先凝结?
2.对半径为R'的球形液滴,在温度T时,其表面张力为γ,表面积为A试求(∂γ/∂p)T,A的表示式。
3.若天空中小水滴要起变化,一定是其中的较大水滴先进行蒸发,水蒸气凝结在小水滴上,使大小不等的水滴趋于相等。
这种说法对吗?
为什么?
4.由曲率半径的正、负号,比较在一定温度下,凸的弯月面,凹的弯月面的蒸气压p与平面液体的饱和蒸气压p*的相对大小。
5.玻璃管两端各有一大一小肥皂泡,若将中间的活塞打开使两气泡相通,将发生什么变化?
到何时小肥皂泡不再变化?
6.请列举出表面活性剂的几种重要作用。
胶体化学
一、选择题
1.在稀的砷酸溶液中,通入H2S以制备硫化砷溶胶(As2S3),该溶胶的稳定剂H2S,则其胶团结构式是:
()
(A)[(As2S3)m·nH+,(n-x)HS-]x-·xHS-(B)[(As2S3)m·nHS-,(n-x)H+]x-·xH+
(C)[(As2S3)m·nH+,(n-x)HS-]x-·xHS-(D)[(As2S3)m·nHS-,(n-x)H+]x-·xH+
2.溶胶有三个最基本的特性,下列不属其中的是:
()
(A)特有的分散程度(B)不均匀(多相)性(C)动力稳定性(D)聚结不稳定性
3.下列诸分散体系中,Tyndall效应最强的是:
()
(A)纯净空气(B)蔗糖溶液(C)大分子溶液(D)金溶胶
4.
(1)超显微镜在胶体研究中起过重要作用,它的研制是利用的原理是:
()
(A)光的反射(B)光的折射(C)光的透射(D)光的散射
5.为直接获得个别的胶体粒子的大小和形状,必须借助于:
()
(A)普通显微镜(B)丁铎尔效应(C)电子显微镜(D)超显微镜
6.使用瑞利(Reyleigh)散射光强度公式,在下列问题中可以解决的问题是:
()
(A)溶胶粒子的大小(B)溶胶粒子的形状(C)测量散射光的波长(D)测量散射光的振幅
7.溶胶的聚沉速度与电动电位有关,即:
()
(A)电动电位愈大,聚沉愈快(B)电动电位愈小,聚沉愈快
(C)电动电位为零,聚沉愈快(D)电动电位愈负,聚沉愈快
8.对电动电位的描述错误的是:
()
(A)电动电位表示了胶粒溶剂化层界面到均匀相内的电位(B)电动电位的值易随少量外加电解质而变化
(C)电动电位的绝对值总是大于热力学电位(D)电动电位一般不等于扩散电位
9.胶体粒子的Zeta电势是指:
()
(A)固体表面处与本体溶液之间的电位降
(B)紧密层、扩散层分界处与本体溶液之间的电位降
(C)扩散层处与本体溶液之间的电位降
(D)固液之间可以相对移动处与本体溶液之间的电位降
10.将含0.012dm3NaCl和0.02mol·dm-3KCl的溶液和100dm30.005mol·dm-3的AgNO3液混合制备的溶胶,其胶粒在外电场的作用下电泳的方向是:
()
(A)向正极移动(B)向负极移动(C)不作定向运动(D)静止不动
11.外加直流电场于胶体溶液,向某一电极作定向运动的是:
()
(A)胶核(B)胶粒(C)胶团(D)紧密层
12.向FeCl3(aq)中加入少量氨水,可制备稳定的氢氧化铁溶胶,此时胶体粒子带电荷情况为:
()
(A)总是带正电(B)在pH较大时带正电(C)总是带负电(D)在pH较大时带负电
13.在大分子溶液中加入大量的电解质,使其发生聚沉的现象称为盐析,产生盐析的主要原因是:
()
(A)电解质离子强烈的水化作用使大分子去水化(B)降低了动电电位
(C)由于电解质的加入,使大分子溶液处于等电点(D)动电电位的降低和去水化作用的综合效应
14.对于有过量的KI存在的AgI溶胶,下列电解质中聚沉能力最强者是:
()
(A)NaCl(B)K3[Fe(CN)6](C)MgSO4(D)FeCl3
15.As2S3负溶胶,若用AlCl3使其聚沉,所需AlCl3的最小浓度约为0.093mol·m-3,若改用Al2(SO4)3聚沉,所需最小浓度约为:
()
(A)0.188mol·m-3(B)0.094mol·m-3(C)0.047mol·m-3(D)0.00013mol·m-3
16.下列四种电解质KCl,Na2SO4,MgSO4,K3[Fe(CN)6],对Fe2O3溶胶的聚沉能力大小次序为:
()
(A)KCl>Na2SO4>MgSO4>K3[Fe(CN)6](B)K3[Fe(CN)6]>MgSO4>Na2SO4>KCl
(C)K3[Fe(CN)6]>Na2SO4>MgSO4>KCl(D)Na2SO4>K3[Fe(CN)6]>KCl>MgSO4
17.混合等体积的0.08mol·dm-3KI和0.1mol·dm-3AgNO3溶液,得到一溶胶体系,分别加入
(1)MgSO4;
(2)CaCl2;(3)Na2SO4,则其聚沉能力大小是:
()
(A)
(1)>
(2)>(3)(B)
(2)>
(1)>(3)(C)(3)>
(1)>
(2)(D)(3)>
(2)>
(1)
18.对于Al(OH)3溶胶,逐滴加入适量的盐酸稀溶液,溶胶产生的现象将是:
()
(A)无明显现象(B)溶胶先沉淀,然后逐渐溶解(C)立即溶解(D)产生沉淀,且不溶解
19.乳状液是由哪个分散体系组成?
()
(A)两种互不相溶的液体(B)固体加液体(C)两种互溶的液体(D)多种互溶的液体
20.以下诸因素中,哪一个不是乳状液呈油/水型或水/油型的主要因素?
()
(A)乳化剂的性质(B)两种液体的互溶程度(C)两种液体的相对体积(D)温度
二、填空题
1.用NH4VO3和浓HCl作用,可制得稳定的V2O5溶胶,其胶团结构是:
。
2.沉降系数(S)的物理意义是;在重力场中和离心场中的表达式分别是和。
3.超离心沉降分为两种方法:
(1)沉降平衡法,它是。
(2)沉降速度法,它是。
4.在Al(OH)3溶胶中加入KCl,其最终浓度为0.080mol·dm-3时恰能聚沉。
若加入K2C2O4,其最终浓度为0.004mol·dm-3时也恰能聚沉,Al(OH)3溶胶所带电荷为:
。
5.对带正电的溶胶,NaCl比AlCl3的聚沉能力。
对带负电的溶胶,Na2SO4比NaCl的聚沉能力。
6.0.01dm3某溶胶,在外电场作用下向正极移动,加入0.02dm30.01mol·dm-3NaNO3水溶液时,溶胶发生聚沉。
则大约需加0.01mol·dm-3Mg(NO3)2水溶液就可使溶胶聚沉。
7.墨汁是一种胶体分散体系,在制作时,往往要加入一定量的阿拉伯胶(一种大分子物)作稳定剂,这主要是因为。
8.一个烧杯中,盛有某种溶胶20×10-6m3,如使其聚沉,至少需浓度为1000mol·m-3的NaCl溶液20×10-6m3,或浓度为1mol·m-3的Na2SO4溶液100×10-6m3,溶胶带电(填正或负),NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值(填大或小)。
三、计算题
1.某一球形胶体粒子,20℃时扩散系数为7×10-11m2·s-1,求胶粒的半径及摩尔胶团质量。
已知胶粒密度为1334kg·m-3,水粘度系数为0.0011Pa·s。
2.试计算在293K时,地心力场中使粒子半径分别为
(1)1.0×10-5m,
(2)100nm,(3)1.5nm的金溶胶下降0.01m需时若干?
已知介质的密度为1000kg·m-3,金的密度为1.93×104kg·m-3,溶液的粘度近似等于水的粘度,为0.001Pa·s。
3.由电泳实验测得Sb2S3溶胶在电压为210V,两极间距离为38.5cm时,通电36min12s,引起溶胶界面向正极移动3.2cm,已知介质介电常数为8.89×10-9F·m-1,η=0.001Pa·s,计算此溶胶的电动电位。
四、问答题
1.请回答下列问题:
(1)指出下列电池在测量时,哪一电极为正极?
(A)Cd(汞齐,a1)┃CdSO4(a)┃Cd(汞齐,a2)(a2(B)Pt,H2(p)┃HI(a=0.01)┃Ag,AgI-Ag,AgI┃HI(a=0.001)┃H2(p),Pt
(2)0.01mol·kg-1AgNO3与0.02mol·kg-1KI溶液等体积混合,形成AgI溶胶,请写出AgI胶团的结构。
2.试从胶体化学观点,解释在进行重量分析时,为了尽可能使沉淀完全,通常加入相当量电解质(非沉淀剂)或将溶液适当加热。
3.某学生在做CaCO3胶体沉降分析实验时,没有加Na4P2O7溶液沉降速度较慢,在加适量Na4P2O7溶液后,沉降速度快些。
试解释为什么?
4.试解释在制备Fe(OH)3溶胶的过程中,进行渗析时发现,半透膜袋内的液面开始上升过后又自动下降。
5.(A)水解FeCl3制取Fe(OH)3溶胶,为什么要渗析?
(B)加明矾为什么会使混浊的泥水澄清?
6.请解释∶(A)在适量明胶存在下,加电解质不会使溶胶聚沉;(B)天空为何呈蓝色?
7.混合等体积的0.08mol·dm-3KI和0.1mol·dm-3AgNO3溶液所得的溶胶。
(1)试写出胶团结构式
(2)指明电泳方向
(3)比较MgSO4,Na2SO4,CaCl2电解质对溶胶聚沉能力的大小。
参考答案
一、选择题
1.[答](A)2.[答](B)3.[答](B)4.[答](A)5.[答](A)
6.[答](D)7.[答](C)8.[答](C)9.[答](B)10.[答](A)
11.[答](D)12.[答](B)13.[答](A)14.[答](C)15.[答](D)
16.[答](D)17.[答](D)
二、填空题
1.[答]量纲和数值相同;物理意义和单位不同。
2.[答](∂G/∂A)
,J·m-2;作用在单位边界指向液体内部与表面相切的力;N·m-1
3.[答]dU=TdS-pdV+γdA(∂U/∂A)T,V=T(∂S/∂A)T,V+γ=-T(∂γ/∂T)A,V+γ=0.514J·m-2
4.[答]大,小。
5.[答]R'=1.52×10-9m
6.[答]管端,变大。
7.[答]4.16×10-6mol·m-2
8.[答]增溶
9.[答]化学吸附
10.[答]降低;先增加,后降低
11.[答]化学吸附的强度;中等强度的化学吸附。
12.[答]两个吸附分子间的反应;吸附分子与气态分子的反应。
13.[答]范德华力;化学键力
14.[答]小于;大于
三、计算题
1.[答]
W=-γ∆A=-1.439×10-5J
∆G=-W=1.439×10-5J
∆S=-(∂γ/∂T)p,A×∆A=3.14×10-9J·K-1
∆H=[-T(∂γ/∂T)p,A]×∆A=2.375×10-5J
Qr=T∆S=9.357×10-6J
2.[答]
ln(p2/p1)=∆VapHm/R×(T2-T1)/(T2T1)
p2=2074Pa
ln(p/p2)=2γM/RTρR'
p=6078Pa
3.[答]
p'=p0+2γ/R'=336925Pa
ln(p'/p0)=∆VapHm/R(1/Tb-1/T)
T=410.6K,过热37.6K
4.[答]
S(乙醚在H2O面上)=