物理化学表面及胶体习题.docx

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物理化学表面及胶体习题

界面与胶体化学习题课

（一）界面与胶体化学主要公式

1．表面张力（表面自由能）

（单位N/m,J/m2）

2．弯曲表面下的附加压力（Young-Laplace）

（R为曲率半径，∆ρ为弯曲表面两边的物质密度差）

（肥皂泡

）

毛细管中

，（

毛细管半径，θ接触角）

3．弯曲表面下的蒸气压（Kelvin）

（小液滴，大液滴，土壤中的毛细管吸附水，不同粒度物质的溶解度）

4．吸附等温式Langmuir，BET等（注意使用条件）：

5．吉布斯表面吸附等温式：

（讨论正、负吸附）

6．接触角：

0<θ<90o固体被液体润湿；

θ>90o固体不为液体润湿。

7．胶体中沉降平衡时粒子随高度分布公式：

8．Rayleigh散射公式：

散射光强度与入射光波长的四次方成反比例。

胶团构造：

（AgI）[（AgI）m·nI-,（n-x）K+]x-·xK+

胶核，胶粒，胶团，双电层，电泳，电渗，流动电势，沉降电势。

（二）习题

1.293K时，把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0μm的小液滴，试计算（已知293K时水的表面Gibbs自由能为0.07288J/m2）:

（1）表面积是原来的多少倍？

（2）表面Gibbs自由能增加多少？

（3）完成该变化时环境至少需做多少功？

答：

（1）1000；

（2）

=9.145×10-4J

（3）Wf=9.145×10-4J

6.在298K和101.325kPa压力下，将直径为1.0μm的毛细管插入水中，问需在管内加多大压力才能防止水上升？

若不加压力，水面上升，平衡时管内液面上升多高？

（已知298K时水的表面张力为0.072N/m，水密度为1000kg/m3,设接触角为0度，重力加速度g为9.8m/s2）

答：

，Ps=288kPa，h=29.39m

8.已知在298K，平面水的饱和蒸汽压为3168Pa，求在相同温度下，半径为3nm的小液滴的饱和蒸汽压，已知298K时水的表面张力为0.072N/m，水密度为1000kg/m3,水的摩尔质量为18g/mol）

答;

主要密度，摩尔质量单位

得到P2=4489.7pa

10.水蒸气骤冷会发生过饱和现象，在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，使气温骤降至293K，水汽的过饱和度（P/Ps）达4。

已知在293K时水的表面张力为0.07288N/m，水密度为997kg/m3,试计算：

（1）在此时开始形成雨滴的半径。

（2）每滴所含水的分子数。

答：

（1）

（P1为Ps，R1＝∞）求得R2＝7.79×10－10m；

（2）

胶体：

1．在碱性溶液中用HCHO还原HAuCl4制备金溶胶，反应可以表示为HAuCl4＋5NaOH→NaAuO2＋4NaCl+3H2O

2NaAuO2＋3HCHO＋NaOH→2Au+3HCOONa+2H2O;

NaAuO2稳定剂，写出胶团结构式，标出胶核、胶粒和胶团。

答：

[（Au）m·nAuO2-·（n-x）Na+]x-·xNa+

16.已知在二氧化硅溶胶的形成过程中，存在下列反应：

SiO2+H2O→H2SiO3→SiO32-+2H+

（1）写出胶团的结构式。

（2）溶胶电泳方向

（3）溶胶中分别加入NaCl，MgCl2，K3PO4时，哪种物质的聚沉值最小？

答：

（1）[（SiO2）m·nSiO32-·2（n-x）H+]2x-·2xH+

（2）溶胶电泳方向胶粒带负电，向正极方向运动。

（3）MgCl2聚沉值最小

补充：

1用As2O3与略过量的H2S制成As2S3溶胶，试写出胶团表达式。

用FeCl3在热水中水解制备Fe（OH）3溶胶，试写出胶团的结构式。

答：

[（As2S3）m·nHS-·（n-x）H+]x-·xH+

{[（Fe（OH）3）]m·nFeO+·（n-x）Cl-]x-·xCl-

2等体积的0.08mol/dm3NaBr溶液和0.10mol/dm3AgNO3溶液混合制备AgBr溶胶，分别加入相同浓度的下述电解质溶液，其聚沉能力的大小顺序？

（D>B>C>A）

（A）KCl（B）Na2SO4（C）MgSO4（D）Na3PO4

3一个烧杯中，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，由这些数据得出的结论是：

（c）

（A）溶胶带正电，NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值小

（B）溶胶带负电，NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值大

（C）溶胶带正电，NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值大

（D）溶胶带正电，NaCl的聚沉能力比Na2SO4的聚沉能力强

4液体的表面自由能γ可以表示为：

（c）

（A）（∂H/∂A）

（B）（∂F/∂A）

（C）（∂U/∂A）

（D）（∂G/∂A）

5.下列说法中不正确的是：

（c）

（A）生成的新鲜液面都有表面张力

（B）平面液体没有附加压力

（C）弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心

（D）弯曲液面的附加压力指向曲率中心

6.微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？

（d）

（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．液滴的半径越小，饱和蒸气压越大，液体中的气泡半径越小，气泡内液体的饱和蒸气压越小。

8.用大小不同的CaCO3（s）颗粒做热分解实验，在相同温度下，哪些晶粒分解压大？

答：

小颗粒

原因：

，

9.同温度下，同一液体，随表面曲率半径不同具有不同的饱和蒸气压，若以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，三者关系P凹

10.把大小不等的液滴封在一个玻璃罩能，隔相当长时间后，会发生什么现象：

小液滴消失，大液滴增大。

11．加入表面活性剂，使液体的表面张力降低，表面层表面活性剂的浓度一定大于它在体相中的浓度。

12．润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成反比例，与液体的表面张力成正比例。

13．在毛细管中分别装有两种不同液体，一种能润湿管壁，另外一种不能润湿。

水平放置时，当在毛细管一端加热时，液体向何方移动？

原因？

（左右）（温度升高时，纯液体的表面张力下降）

14．在三通塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后使左右相通，将会出现什么现象？

小泡变小，大泡变大

15．在相同的温度及压力，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

16．用同一滴管分别滴下1毫升的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴数多少的次序为乙醇水溶液>水>NaOH水溶液。

17．把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许距离，小心地在中间滴一滴肥皂水，则两纸条间的距离将（增大）。

18．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）从上端溢出（b）水面呈凸面

（c）呈凹形弯月面（d）呈水平面

19.设有内径一样大的a,b,c,d,e,f管及内径比较大的g管一起插入水中如下图，除f管内壁涂有石蜡外，其余全都是洁净的玻璃管，若a管内液面升高为h，试估计其余管内的水面高度？

若先在个管内（c,d除外）都灌到h的高度，再让其自动下降结果又如何？

20．氢氧化铁溶胶显红色，胶粒直径的大小在10-9～10-7m之间，由于氢氧化铁带正电荷，所以通过直流电时，在负极附近颜色逐渐变深。

21．外加直流电场于胶体溶液，向某一电极作定向移动的是胶粒。

22．用半透膜分离溶胶与胶体溶液的方法叫渗析。

23．丁达尔现象是光散射所引起的，其强度与入射光波长的四次方成反比例。

24．在晴朗的白昼，天空呈蔚蓝色的原因是蓝光波长短，散射作用显著。

25．明矾净水的主要原理是。

（b）

（a）电解质对溶胶的稳定作用；（b）溶胶的相互聚沉作用

（c）电解质的敏化作用；（d）电解质的对抗作用

26．将某血浆蛋白置于直流电场中，调整pH值，该血浆蛋白当pH≥4.72时移向正极，当pH≤4.68时移向负极，其等电点范围为4.68～4.72。

27．已知298K大粒径的二硝基苯的溶解度a＝1.00×10-3mol/L，固液γ＝2.57×10-2N/m,求直径为1.0×10-8m的颗粒溶解度？

（ρ＝1.589g/cm3）

根据开尔文公式

，a2＝1.55×10-3mol/L

28．试说明同一个气-固相催化反应，为何在不同的压力下表现出不同的反应级数？

（表面催化，气体在不同压力与表面覆盖率的关系说明。

低压一级，高压零级）

一、选择题

1.在催化剂表面上进行的双分子气相反应,其机理为：

A＋K

AK

B＋K

BK

AK＋BK─→C＋D＋2K

若催化剂表面是均匀的,表面反应为控制步骤,且A、B的吸附皆弱,则反应表现为几级?

（C）

（A）零级（B）一级

（C）二级（D）无数级

2.298K时，蒸气苯在石墨上的吸附，符合Langmuir吸附等温式，在40Pa时，覆盖度θ=0.05，当θ=1/2时，苯气体的平衡压力为：

（B）ap=θ/（1-θ）,p=40Pa,θ=0.05

a=0.001315Pa-1

θ=1/2时，p=760Pa

（A）400Pa（B）760Pa

（C）1000Pa（D）200Pa

3.在等温等压条件下，将1mol水的表面积增加10倍，作功为W，水的Gibbs自由能变化为∆G，此时W与∆G的关系为：

（∆U=Q-W）（D）

（A）∆G=-W（B）∆G=W

（C）∆G<-W（D）不能确定

4.同一固体,大块颗粒和粉状颗粒,其溶解度哪个大?

（B）

（A）大块颗粒大（B）粉状颗粒大

（C）一样大（D）无法比较

5.有一露于空气中的球形液膜，直径为2×10-3m，表面张力为0.072N·m-1，液膜的附加压力为（D）

（A）36Pa（B）72Pa

（C）144Pa（D）288Pa

6.单组分气-液平衡体系，在孤立条件下，界面A发生了dA>0的微小变化,体系相应的熵变dS变化为：

（C）

（A）dS>0（B）dS=0

（C）dS<0（D）不能确定

7.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）

（A）向左移动（B）向右移动

（C）不移动（D）左右来回移动

表面张力γ随温度之增高而下降，由∆p=2γ/R知，右端冷却时其附加压力增加而左端不变，故向左移动。

8.在农药中通常都要加入一定量的表面活性物质,如烷基苯磺酸盐,其主要目的是：

（B）

（A）增加农药的杀虫药性

（B）提高农药对植物表面的润湿能力

（C）防止农药挥发

（D）消除