界面物理化学-习题

一、选择题1.在相同的温度及压力下，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2.直径为1×10-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为（已知表面张力为0.025N•m-1）（d）（a）5Pa（b）10Pa（c）15Pa（d）20Pa思路：因为肥皂泡有内、外两个表面，内面的附加压力是负值，外面的附加压力是正值，故4'spR，答案选d。3.已知水溶解某物质以后，其表面张力γ与溶质的活度a呈如下关系：0ln1ABa式中γ0为纯水的表面张力，A，B为常数，则溶液表面过剩Γ2为（c）（a）21AaRTBa（b）21ABaRTBa（c）21ABaRTBa（d）21BaRTBa思路：211adaBABaARTdaRTBaRTBa，答案选c。4.298K时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等温式，在苯蒸汽压力为40Pa时，覆盖率θ=0.05，当θ=0.5时，苯蒸汽的平衡压力为（b）（a）400Pa（b）760Pa（c）1000Pa（d）200Pa思路：Langmuir公式1apap将已知条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a的值，然后根据新的覆盖度和a，计算出平衡压力。答案为b。（要求能够自己推导Langmuir公式）5.在298K时，已知A液的表面张力是B液的一半，其密度是B液的两倍。如果A，B液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时，A液的最大气泡压力差等于B液的（a）（a）0.5倍（b）1倍（c）2倍（d）4倍思路：2'spR，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）水面呈水平面思路：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思路：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）0dda正吸附（b）0dda负吸附（c）0dda正吸附（d）0dda负吸附思路：2adRTda，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。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）以上三种都有可能思路：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90o，当水中加入皂素后，接触角将（b）（a）变大（b）变小（c）不变（d）无法判断思路：接触角为锐角，表明是可以润湿。答案选b。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）无法比较思路：自发过程，故吉布斯自由能减小。答案选b。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2222adkkkAgKAKBCK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）零级思路：因为第二步是决速步，所以速率方程写为：212dAKrkAKdtAK是中间吸附态，根据稳态近似法，2222220addAKpkKkAKkAKdtp220220aaddppkKkKAKpppAKmKAKkkkkp求解AK的平衡浓度，0.500.51pmKpAKpmp代入上面的速率方程表达式，得20.5020.51pmKprkAKkpmp当初始压强很大的时候，上式简化为20rkK，反应速率为一恒定值，所以为0级反应。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）无法判定思路：表面积增大，是混乱度增加的过程，所以熵增。答案选a。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思路：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）两泡将分离开思路：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思路：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思路：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）吸附速率较小思路：物理吸附，吸附的快，脱附也容易。19.已知H2的解离能为436kJ•mol-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•mol-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思路：吸热取正号，放热取负号。20.称为催化剂毒物的主要行为是（d）（a）和反应物之一发生化学反应（b）增加逆反应的速率（c）使产物变得不活泼（d）占据催化剂的活性中心思路：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1.25×1011个，此过程系统ΔG=0.1143J。已知20oC时，水的表面张力γ=7.275×10-2N•m-1。思路：31143VR32243VR12VnV，计算得，n=1.25×1011。SdGSdTVdPdA，在恒温、恒压条件下，222144SGAnRR，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=1.0157×105Pa。思路：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3500.0727510132510100.011.0157100.001spppghPaPaPaPa3.同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸汽压分别是p滴，p泡和p平，若将三者按大小顺序排列应为p滴p平p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4.液态汞的表面张力γ=[0.4636+8.32×10-3T/K-3.13×10-7(T/K)2]N•m-1，在400K时，汞的,STVUA0.5137J•m-2。思路：sdUTdSpdVdA，,,sAVsTVSAT将上述两个等式联立，有，,,sAVsTVUTAT（参看教材316页）5.T=298K时，水-空气表面张力γ=7.17×10-2N•m-1，411,1.5710spANmKT。在T，pϴ时，可逆地增加2×10-4m2表面，对系统所做的功W=1.434×10-5J，熵变ΔS=3.14×10-8J。思路：2457.17102101.43410sWANmJ因为,,,,sBBApnsTpnSAT所以411428,,1.57102103.1410sBsApnSANmKmJT6.300K时，水的表面张力γ=0.0728N•m-1，密度ρ=0.9965×103kg•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。思路：Kelvin公式：02ln'rpMRTpR1313320.07281810ln2'0.996510NmkgmolRTRkgm解得9'1.5210Rm7.从吸附的角度考虑，催化剂的活性取决于吸附强度，一个良好的催化剂应是中等吸附强度。8.一般来说，物理吸附的吸附量随温度增高而降低，化学吸附的吸附量随温度增高而先增加，后降低。三、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7.2×10-2N•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'sghpR计算得，R’=3.6×10-5m。2.室温时，将半径为1×10-4m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40o，已知水和苯的密度分别为1×103kg•m-3和8×102kg•m-3，求水与苯间的界面张力。解：根据公式：-2cosghR水苯计算得，-21-=5.1210Nm水苯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1×103kg•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。解：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。29327311ln273293vapmKKHppRKK解得，32932.07410KpPa再代入Kelvin公式：02ln'rpMRTpR解得，293K下，半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为6011rpPa4.291K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力γ与其活度a的关系式可表示为01lg1baA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aA时，在表面的紧密层中，每个脂肪酸分子的截面积。解：（1）Gibbs吸附等温式公式：adRTda先把表面张力的公式进行变换，得00ln1ln10aAb00111=ln101ln10bbddaaAAaA因此，表面超量为0ln10abRTaA（2）当