第十章界面现象概念题

第十章界面现象§10.2概念题10.2.1填空题1.液体表面层中的分子总受到一个指向（液体内部的拉力）力，而表面张力则是（沿液体表面的切线）方向上的力。2.在恒T,P下，纯液体是通过（收缩其表面积）来降低其表面吉布斯函数的，例如荷叶上的水滴呈球状是因为（同样体积的水，以球形的表面积为最小，亦即在同样条件下，球形水滴其表面吉布斯函数相对为最小）。3.在25℃下，于100KPa的大气中，当某溶液形成半径为r之液滴时，液滴内液体的压力为150KPa.若在同温、同压下的空气中，将该溶液吹成一半径为r的气泡时，则该气泡内气体的压力为（）（填入具体数值）。不考虑重力的影响。解：根据拉普拉斯方程，对于小于液滴内液体受到的附加压力P为P（滴）=2/r而()P滴=0()()150100PppKPaKPa内滴大气压力即/r=P（滴）/225KPa对于气泡，则因液体膜有内外两个表面，故在空气中的气泡其泡内气体所受到的附加压力P（泡）P（泡）=4/r=4×25KPa=100KPa气泡内气体的压力0()()200ppPKPa内泡泡4.分散在大气中的小液滴和小气泡，或者毛细血管中的凸液面和凹液面，所产生的附加压力的方向均指向于(弯曲液面曲率半径的中心）。图10－15.如图10-1所示，设管中液体对毛细血管完全润湿，当加热管中水柱的右端时，则水柱将向（）移动。解：处在管右端的液体受热而温度升高，使液体的表面张力变小，同时毛细管本身被加热而发生膨胀而使弯曲液面曲率半径稍为变大，两者均导致附加压力P减小，因而原有平衡被破坏，再有，附加压力的方向指向气体，当右端附加压力减小，对水柱而言，便是水柱右端的压力大而左端压力小，于是水柱向左移动。6.将同样量的两小水滴中之一灌在玻璃毛细血管中该水滴能很好地润湿管壁，而另一小水滴则放在荷叶上，若两者均放在温度的大气中，则最先蒸发掉的是（）。解：放在荷叶上的小水滴先蒸发完。根据开尔文方程可知，小液滴为凸面液体，其蒸气压大于平面液体的的饱和蒸汽压；相反，毛细管中液体因润湿而为凹面，而凹面液体的饱和蒸汽压小于平面液体的饱和蒸汽压，因饱和蒸汽压大的液体易蒸发，所以小液滴的水较毛细管中的先蒸发完。7.产生过冷、过热和过饱和等亚稳态现象之原因是（是新相种子难以生成）。8.固体对气体的吸附有放在荷叶上的小水滴先蒸发完。根据开尔文方程可知，小液滴为凸面液体，其蒸气压大于平面液体的的饱和蒸汽压；相反，毛细管中液体因润湿而为凹面，而凹面液体的饱和蒸汽压小于平面液体的饱和蒸汽压，因饱和蒸汽压大的液体易蒸发，所以小液滴的水较毛细管中的先蒸发完。物理吸附和化学吸附之分，，原因是（固体与气体之间的吸附作用力不同。化学吸附是固体表面上的分子与气体分子间的作用力为化学键力，而物理吸附则是该作用力为范德华力）9.朗缪尔的吸附理论只适用于（）吸附，根据朗缪尔理论导出的吸附等温式所描绘的吸附等温线的形状为（）（画出图形）。解：根据朗缪尔理论的四点假设，该理论及其所导得的吸附等温式只能适用于单分子层吸附。从朗缪尔吸附等温式(/1)aamVVbpbp当压力低或弱吸附时，即bp1,则上式可写成aamVVbp,即吸附量与压力成正比，如图当压力低或弱吸附时，即bp1,则上式可写成aamVVbp,即吸附量与压力成正比，如图10-5中曲线的线段1.当压力搞或吸附强时，即bp1，则上式改写为aamVV，表示吸附达饱和，为图10-5中曲线上的线段3.当压力大小与吸附强弱适中时，吸附量与压力的关系呈曲线，为图10-5中曲线上的线段2.10.如图10-2所示，在固体表面上附着一气泡，气泡被液体所包围，请在图中画出接触角的位置。图10一2图10一3解：接触角为液体表面张力l与固液界面张力sl之间夹角（含液体在内），所以，本题的接触角位置如图10-6所示。11.如图10-3所示，将一半径为r的固体球体并恰有一般浸没在液体中，设固体和液体的表面张力分别为,sl与固液界面张力为sl，则在恒T,P下，球在浸没前后的表面吉布斯函数变化sG（）（写出式子）。解：首先观察球体浸入水中前后的固-气、液-气和固-液等表面积和界面积的变化：固-气表面：当球浸入水中后，球体固-气表面积减少了一半，即221(4)22rr。液-气表面：当球体的一半浸在水中时，则液-气表面积减少了球体的最大截面积，即2r。固-液界面：球体未浸入水时无固-液界面，而当球浸入水后，球体表面积的一半由固-气表面变为固液界面。该面积为22r。所以，球体浸在水中过程的表面吉布斯函数变化sG如下：22222slslsGrrr10.2.2单项选择题1.如图10-4所示，该U型管的粗、细两管的半径分别为0.05cm和0.01cm。若将密度30.80.gcmU的液体注入型管中，测得细管液面比粗管的液面高h=2.2cm，(l利用上述数据便可求得该液体的表面张力）。设该液体与管壁能很好润湿，即0。选择填入:(a)5.20×31313110.;()10.7910.;()12.8210.;NmbNmcNm(d)因数据不足，无法计算。解：因液体能很好润湿毛细管壁，故液体在粗（1）、细（2）两管的上升高度12hh。及可写出如下两计算式（=0）：粗管112rhrg(1)，细管222hrg(2)式⑵-式⑴得2121211()hhhgrr所以21331111/2()118009.810.022/2()0.00010.000510.791010.79ghrrkgmmmmNmmNm2.在100℃，大气压力为101.325kPa下的纯水中，如有一个半径为r的蒸汽泡，则该蒸汽泡内的水的饱和蒸汽压rp()大气压力0p0p;若不考重力的作用，则蒸汽泡受到的压力为（）。选择填入：（a）大于；0p（大气压力）-p（附加压力）；(b)大于；0p＋p；(c)小于；opp；(d)小于；opp。解：水中若有半径为r的蒸汽泡，则泡中的蒸汽压可按凹液面的开尔文方程来计算，即0ln{(}2/pMrr平面）/p因等式右边为大于零的数值，所以0(prp平面）。而在100C下，0(p平面）=101.325kpa，故rp＜101.325kpa。这一蒸汽泡除了受到大气压力外，还要受到一个指向蒸汽泡曲率半径中心的附加压力，因此该蒸汽泡受到大气压力0p与附加压力p这两个压力的作用，即0pp。若要令该蒸气泡能存在并逸出到大气中，则该蒸气泡内的蒸气压力rp必需大于0pp为此，在外压一定下，液体需过热到rp≥0pp3.在T，p一定的条件下，将一体积为V的大水滴分散为若干小水滴后，在下列性质中，认为基本不发生变化的性质为（）。选择填入：(a)表面能；(b)表面张力；（c）弯曲液面下的附加压力；（d）饱和蒸汽压。解：表面张力4.在室温、大气压力下，用同一支滴管分别滴下同体积的纯水和稀的表面活性剂水溶液（其密度可视为与纯水相同）则水的滴数1n与稀表面活性剂溶液的滴数2n之比，即12/nn（）。选择填入：（a）大于1；（b）小于1；（c）等于1；（d）无法比较。解：将液体在，磨平的毛细管口慢慢形成液滴并最后从管口滴下（图10-7），所滴下的液滴的大小是取决两种相反的作用力，一是液滴受到朝下的重力作用，另一是与液滴接触的毛细管下端外圆周上与液滴表面相切并朝上的表面张力所产生的力，该力大小为2r，正是此力的作用才令液滴能悬挂在毛细管管口上。对同一支毛细管则此力的大小就取决于表面张力，越大则悬挂在下端管口的液滴体积越大。对于本题的纯水及稀表面活性剂溶液，因纯水表面张力远大于稀表面活性剂水溶液表面张力，而两者的密度又基本相同，所以同体积的纯水和稀表面活性剂水溶液从同一毛细管滴下的滴数必然是纯水滴数1n远小于稀表面活性剂水溶液的滴数2n，即12/nn小于1。5．已知在25C下，水与汞、乙醚与汞和乙醚与水的界面张力2(/)HOHg，2522522{()/}{()/}CHOHgCHOHO和分别为375，379和10.71mNm，则当水滴在乙醚与汞的界面上时的铺展系数S=()1mNm。选择填入：（a）743.3×310;（b）6.7×310;(c)14.7×310；(d)-6.0×310。解：对于水在乙醚与汞的界面上能否铺展则需计算铺展系数S，其计算式为111(mN375mN10.7mN6.7mSmmm乙醚汞）（水汞）（乙醚水）=397根据计算结果得知，水在乙醚与汞的界面上不会发生铺展。6.在一定T,P下，无论何种气体在固体表面上的吸附过程的熵变一定是（），而焓变H也一定是（）。选择填入：（a）大于零；（b）等于零；（c）小于零；（d）无法判定。解：吸附过程的熵变S一定小于零；H也一定小于零。7.朗缪尔所提出的吸附理论及所推导出吸附等温式（）。选择填入：（a）只能是用于化学吸附；（b）只能用于物理吸附；(c)适用于单分子层吸附；（d）适用于人和物理吸附和化学吸附。解：适用于单分子层吸附8．在恒T,P下，于纯水中加入少量表面活性剂时，则表面活性剂在表面层中的浓度（）其在本体中的浓度，此时溶液的表面张力（）纯水的表面张力。选择填入：（a）大于；(b)等于；（c）小于；（d）可能大于也可能小于。解：表面活性剂在表面层中的浓度大于其在本体中的浓度；溶液的表面张力小于纯水的表面张