第八章表面现象与胶体化学课件.docx

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第八章表面现象与胶体化学课件

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）（/T）p>0（B）（/T）p<0（C）（/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=2/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1,3和2,3，两种液体间的界面张力为1,2。

则液体

（2）能在液体

（1）上铺展的条件为：

（）

（A）1,2>1,3+2,3（B）1,3>2,3+1,2（C）1,3<2,3+1,2（D）1,2<1,3+2,3

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）汞＋汞-水泥地面＜水泥地面（B）汞＞水泥地面

（C）汞＜水泥地面（D）汞＋汞-水泥地面＞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=13.6×103kg·m-3，其表面张力=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=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=0.0728N·m-1，密度为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=0.07197N·m-1，（/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=0.07275N·m-1,摩尔质量M=0.018kg·mol-1,密度=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=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（乙醚）=1.710×10-2N·m-1,（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与活度a的关系式可以表示为：

/0=1+blg（a/A+1），0是水的表面张力（0=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，表面积为A试求（/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,=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+dA（U/A）T,V=T（S/A）T,V+=-T（/T）A,V+=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=-A=-1.439×10-5J

G=-W=1.439×10-5J

S=-（/T）p,A×A=3.14×10-9J·K-1

H=[-T（/T）p,A]×A=2.375×10-5J

Qr=TS=9.357×10-6J

2.[答]

ln（p2/p1）=VapHm/R×（T2-T1）/（T2T1）

p2=2074Pa

ln（p/p2）=2M/RTR'

p=6078Pa

3.[答]

p'=p0+2/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）=（H2O）-（乙醚）-（乙醚-水）=4.495×10-2N·m-1＞0能铺展

S（H2O在乙醚面上）=（乙醚）-（H2O）-（乙醚-水）

=-6.635×10-2N·m-1＜0不能铺展

5.[答]

h=2γcosθ/△ρgR

h=[2×0.48N.m-1×（-1）]/[13.5×103Kg.m-3×9.8m.s-1×0.5×10-4m]=-0.145m

水银面下降0.145m。