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1、物理化学表面现象练习题一、判断题：1只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。2对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。3比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个毫无联系的概念。4恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。5过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很低的表面吉布斯自由能。6液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。7单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附
2、只能是物理吸附。8产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。9在吉布斯吸附等温式中，为溶质的吸附量，它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加，并且当溶质达饱和时，达到极大值。10由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。11表面活性物质是指那些加入到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。二、单选题：1下列叙述不正确的是：(A)比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量；(B)表面张力的物理意义是，在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面紧缩力；(C)比表面自由能与表面张力
3、量纲相同，单位不同；(D)比表面自由能单位为Jm 2，表面张力单位为Nm1时，两者数值不同。2在液面上，某一小面积S 周围表面对 S 有表面张力，下列叙述不正确的是：(A)表面张力与液面垂直；(B)表面张力与 S的周边垂直；(C)表面张力沿周边与表面相切；(D)表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心)，在凹液面指向液体外部。3同一体系，比表面自由能和表面张力都用 表示，它们：(A)物理意义相同，数值相同；(B)量纲和单位完全相同；(C)物理意义相同，单位不同；(D)物理意义不同，单位不同。4一个玻璃毛细管分别插入25 和 75 的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度：(A)相同
4、；(B)无法确定；(C)25 水中高于 75 水中；(D)75水中高于25 水中。5纯水的表面张力是指恒温恒压下水与哪类相接触时的界面张力：(A)饱和水蒸气；(B)饱和了水蒸气的空气；(C)空气；(D)含 有 水 蒸 气 的 空气。6水的相图中 s、l、g 分别表示固、液、气三态，a、b、c、d是四种不同的状态，则在这四种状态中没有界面张力、只有一种界面张力、有两种以上界面张力的状态依次是：(A)d、a、b；(B)d、a、c；(C)a、c、b；(D)b、d、c。7某温度压力下，有大小相同的水滴、水泡和气泡，其气相部分组成相同，见图。它们三者表面自由能大小为：(A)Ga=Gc Gc；(C)Ga
5、Gb 0；(B)HS 0；(C)SS 0；(D)Qr ；(B)c ；(D)c 。23胶束的出现标志着表面活性剂的：(A)表面活性剂降低表面张力的能力下降；(B)溶解已达到饱和；(C)分子间作用超过它与溶剂的作用；(D)分子远未排满溶液表面。24在空间轨道站中，飘浮着一个足够大的水滴，当用一内壁干净，外壁油污的毛细管接触水滴时：(A)水不进入毛细管；(B)水进入毛细管并达到一定高度；(C)水进入直到毛细管另一端；(D)水部分进入并从另一端出来，形成两端有水球。25如图所示，一支玻璃毛细管插入水中，有一段水柱，水柱内 b 处的压力pb为：(A)pb=p0；(B)pb=p0+gh；(C)pb=p0-
6、gh；(D)pb=gh。26水对玻璃润湿，汞对玻璃不润湿，将一玻璃毛细管分别插入水和汞中，下列叙述不正确的是：(A)管内水面为凹球面；(B)管 内 汞 面 为 凸 球面；(C)管内水面高于管外水面；(D)管内汞面与管外汞面一致。27如图所示，a、b、c 为内径相同的玻璃毛细管。a中水柱升高至h，b中间有扩大部分，d为内径相同的石蜡毛细管(水不润湿石蜡)，则下列叙述不正确的是：(A)b管中水柱自动升至h，若将水吸至高于h，去掉吸力，水面保持在h；(B)c 管中水柱自动升至h?并向下滴水；(C)c 管中水柱自动升至h?，不向下滴水；(D)d管中水面低于槽中水平面。28矿石浮游选矿法的原理是根据表面
7、活性剂的：(A)乳化作用；(B)增溶作用；(C)去污作用；(D)润湿作用。29有机液体与水形成W/O型还是 O/W型乳状液与乳化剂的HLB值有关，一般是：(A)HLB值大，易形成 W/O型；(B)HLB值小，易形成 O/W型；(C)HLB值大，易形成 O/W型；(D)HLB值小，不易形成 W/O型。30下列叙述不正确的是：(A)农药中加入润湿剂可使(l-g)和(l-s)减小，药液在植物表面易于铺展；(B)防水布上涂表面活性剂使(s-g)减小，水珠在其上不易铺展；(C)泡沫浮选法中捕集剂极性基吸附在矿石表面，非极性基向外被吸附在泡沫上；(D)起泡剂的主要作用是增大液体表面张力。31对于增溶作用，
8、下列叙述不正确的是：(A)增溶作用使被溶物质化学势降低；(B)增溶系统是热力学稳定系统，而乳状液或溶胶是热力学不稳定系统；(C)增溶作用与真正的溶解作用一样，均使溶剂依数性有很大变化；(D)增溶作用发生在有大量胶束形成的离子型表面活性剂溶液中。32多孔固体表面易吸附水蒸气，而不易吸附氧气、氮气，主要原因是：(A)水蒸气分子量比O2、N2小；(B)水蒸气分子的极性比O2、N2要大；(C)水蒸气的凝聚温度比O2、N2高；(D)水蒸气在空气中含量比O2、N2要少。三、多选题：1某液体在一定温度下，由微小液滴聚集成大液滴时，该体系发生了：(A)表面自由能降低；(B)表面积增大；(C)蒸气压降低；(D)
9、体积增大；(E)表面张力升高。2弯曲液面所产生的附加压力：(A)一定等于零；(B)一定不等于零；(C)一定大于零；(D)一定小于零；(E)可正，可负，可不等于零。3能润湿玻璃毛细管的液体,在一定温度下,若在管内蒸气压为pr，在大玻璃烧杯中蒸气压为p0，弯曲液面附加压力p。则下面正确关系是：(A)pr 0；(B)pr p0，p p0，p 0；(E)pr p0，p 0，(?/?c)T 大于零；(B)a 0；(C)a 0，b 0，(?/?lnc)T 小于零；(E)a 0，(?/?c)T 大于零。7溶有表面活性剂的水溶液，下列表述不正确的：(A)表面产生负吸附；(B)能形成胶束；(C)它能在表面定向排
10、列降低表面能；(D)使溶液的表面张力显著降低；(E)表面浓度低于其本体浓度。8将一玻璃毛细管插入水银槽中，则毛细管中水银面：(A)比槽中水银面高；(B)比槽中水银面低；(C)与槽中水银面一样高；(D)管内水银面为凹面；(E)管内水银面为凸面。9对于一般液体，下列泡沫的起泡剂的作用描述不正确的是：(A)降低气-液界面的张力；(B)能破坏不溶解的气体产生的泡沫；(C)能产生有一定机械强度有弹性的液膜；(D)能增加局部气-液界面的张力；(E)有适当的表面粘度,以免膜中液体流走。10当在两玻璃板间放一滴水后，比不放水前这两块玻璃：(A)容易分开；(B)分开困难；(C)与不放水差不多；(D)推动(滑动)
11、较难；(E)推动(滑动)较易。四、计算及证明题：1有一毛细管，其半径为0.60 mm，当它垂直插入水中，水面上升2.19 cm，设该毛细管的接触角为30，水的密度是 0.98 g第十二章表面现象练习题答案一、思考题答案：1错，表面张力产生的原因是表面层的分子与内部的分子受力情况不一样，与表面增大无关。2对。由于温度升高，分子运动加快，分子之间吸引力减弱，表面张力下降。3错，二者概念不同，一个标量，一个是矢量，单位也不同，但是两者有联系，量纲相同，数值大小相同。4对，恒温、恒压，G 0 是自发过程。5错，新生成的微小液滴有很大的比表面积，因而有很高的表面吉布斯自由能。6错，液体在毛细管内上升或下
12、降决定于液体能否润湿毛细管壁。7错。多分子层吸附只能是物理吸附是对的，单分子层吸附只能是化学吸附是错误的，也可以是物理吸附。8错。物理吸附吸附速度快，很容易达到平衡。9错，达到饱和吸附时，不一定达到饱和浓度。10错，溶质在表面层的浓度也可以低于它在内部的浓度，例如负吸附。11错，能够显著降低溶液表面张力的物质才称为表面活性物质，具有双亲基团结构。二、单选题答案：1.D；2.A；3.D；4.C；5.B；6.A；7.A；8.A；9.C；。说明：1、比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同，数值相同。选(D)。2、表面张力的方向在液面的切面上，指向液面收缩的方向，不是与液面垂直。选(A)3、比表面自
13、由能和表面张力的物理意义不同，量纲相同单位不同；前者是标量，后者是矢量。4、2hgr毛,毛细管中的水上升的高度与表面张力成正比。而表面张力受温度影响，温度升高，表面张力减少，75 水的表面张力小于25 水。选(C)。5、严格来说，纯水的表面张力是指液态水与水蒸气共存时的界面张力，而实际中通常是指液态水与饱和了水蒸气的空气界面张力。6、d 点在临界状态以上，气液成为一相，没有相界面张力。a 点存在l s 一种表面张力，c 点存在 gl 一种界面张力。b 点三相共存，有gl、l s、gs 三种界面张力。7、表面自由能大小与比表面自由能和表面积有关，在比表面自由能（表面张力）一样条件下，与表面积成正
14、比。由于气水泡有前后两个表面，它的表面积最大。8、2457.27104 102.91 10JGA9、水平液面不产生附加压力，水平液面内部分子所受压力等于外部压力。10、表面积增大时，sd0TpSA，0sRQTS。11、附加压力与表面张力产生的原因相同，都有分子之间作用力引起的，但两者的作用点不同，方向不同，大小不同。12、水珠半径越小，饱和蒸气压越大，气体化学势也越大。在一个密闭的容器的上方水的蒸气压，对于小水珠没有达到饱和，还要气化，而对于大水珠已经达到饱和，蒸气要凝聚，因此大水珠变大，小水珠变小。13、开尔文方程适用于小液珠或小晶体，是凸面粒子，不适用水中小气泡（凹面）。14、02lnrc
15、MRTcR，溶解度反比于颗粒半径和固体密度，正比于表面张力，随表面张力增大，溶解度也增大。15、非表面活性物质，无机物硫酸水溶液的表面发生负吸附。16、加入的NaCl，是非表面活性物质，表面张力增加，这时毛细管中液面高度上升。17、TccBBRTcRTcRT。18、滴管滴取液体时，外压力相同，表面张力越大的，滴管向下滴液时，液滴就大，即半径R越大，滴 1cm3液所需也滴数少。19、溶液表面发生吸附后表面自由能降低而不是增加；溶液的表面张力可以大于溶剂的表面张力；定温下，表面张力不随浓度变化时，说明已经达到饱和吸附，浓度再增大，吸附量也不变是正确的；饱和溶液的表面会发生吸附。20、直链烃基，只需
16、要少量就可以使表面张力降低到极小。所以直链的效率高，有效值小。21、水溶液表面张力降低，说明溶质是表面活性物质，是有机物类的两亲分子，因此溶质分子与水分子的亲和力小于水分子之间的亲和力。22、0TcRTc，445 104 100Tcc，31.25 mol dmc。23、胶束出现说明溶液表面吸附已经达到饱和，溶液的表面已经铺满单分子层。表面活性剂降低表面张力的能力下降，表面活性剂不能再很快降低表面张力降。24、由于水能润湿毛细管，接触角小于90，水滴进入毛细管。又因为在空间轨道站，没有重力与附加压力平衡，水滴一直进入毛细管，直到另一端。25、在同一个水平面上，压力相等，pb=p0；b 点液柱产生
17、的静压强与凹面的附加压强对消了。26、汞不能润湿毛细管，在管内形成凸面，管内汞面比管外汞面低。27、水润湿毛细管，毛细管只能形成凹液面。在c 管的上头末端，水仍然是凹面，不可能形成凸面相下滴水。28、浮游选矿法的原理是根据表面活性剂的润湿作用，表面活性剂把矿石小粒子包围起来，起泡后浮起来。29、HLB值大，亲水性强，容易形成水包油型（O/W）的乳状液。30、起泡剂的作用是减小液体表面张力，而不是增大液体表面张力。31、增溶是溶物质进入胶束内部或吸附在胶束表面上，溶质是“整团”溶解的，游离在溶剂中的溶质浓度并没有改变多少，因此溶剂的依数性变化很小。32、水蒸气的凝聚温度比O2、N2高，在相同温度
18、下，水蒸气的饱和蒸气压较高，容易被吸附，吸附量大。三、多选题答案：1.AC；2.BE；3.B；4.DE；5.AE；6.CD；7.AE；8.BE；9.BD；10.BE。说明：1、液滴聚集成大液滴时，表面积减小，但整个体系的体积不变，表面自由能降低。半径变大，由 Kelvin 方程，蒸气压变小。温度不变，表面张力也不变。2、弯曲液面一定会产生附加压力，附加压力一定等于零，凸面附加压力是正的，凹面附加压力是负的。3、毛细管内，形成凹液面，则曲率半径越小，蒸气压也越小，pr p0。凹面，p0。4、过饱和是亚稳态，热力学不稳定体系，因为微小颗粒的饱和蒸气压大，相应化学势大于大颗粒，同时小颗粒的溶解度又高
19、。导致微小颗粒难以从饱和溶液中析出，从而形成了过饱和溶液。5、表面活性剂效率越高，很小的浓度就很快降低溶液的表面张力，即(?/?c)T越负，10TcRTc，越正。6、TccbbRTcRTcRT，0Tc，发生正吸附，0bRT，所以0b。又lnabc，表面张力是 0 的，则0a7、溶有表面活性剂的水溶液，表面产生正吸附。表面层浓度高于其本体浓度。8、汞不能润湿玻璃毛细管，在管内形成凸面，并且比槽内水银面低。9、起泡剂的作用是降低气液界面的张力，能产生有一定机械强度有弹性的液膜，增加表面粘度,以免膜中液体流走，它不是破坏不溶解的气体产生的泡沫，也和能增加气液界面的张力。10、在两玻璃板间放一滴水，水
20、在板间形成凹液面，使液体内部压力小于液面压力。相当于大气压将两玻璃板压紧，所以分开困难。但因为附加压力方向平行于玻璃板，所以动较容易。四、计算及证明题答案：1解：液面是凹面，r 0，p 0，p p0 p+h(水)=p0，p=h(水)2/r(毛)=hg(g 为重力加速度)曲率半径与毛细管半径关系：rcos=r(毛)，2cos/r(毛)=hg，=hgr(毛)/2cosr(毛)=0.60 mm=10 4 m，=0.98 g/cm3=980 kg m 3，g=9.8 m s2cos=cos30=，h=2.19cm=102 m=102 980 104/(2 =103 N m12解：t=10，=10)10
21、 3=10 3 Nm 1W=G=A=10 3 5 10 4=10 5 J(环境做功为正)(?/?T)A,p=103Nm1K 1Qr=TS=TA(?/?T)A,p=283 5 104 103=105 J3解：小气泡的附加压力P2/r 210-656095Pa小气泡内的附加压力是负值，要使这样水沸腾，必须使小气泡内克服附加压力后的蒸气压达到标准压力P?，也就是小气泡内压力为 Pr P?P+kPa 由克克方程：211ln()372.15vapmrHppRT2118.314157.42ln0.002594372.1542696101.325TT2 即 112.4 4解：=720.5c+0.2 c2，(?/?c)A,p=(+0.4 c)103(1)c=0.3 M，1=c/RT(?/?c)T,p=298)(+103=108 mol/m2 c=0.5 M，2=298)(+10 3=108 mol/m2(2)由类似的 Langmuir 公式：=Kc/(1+Kc)1/=1/+1/K1/c 1/10 8)=1/+1/K1/1/10 8)=1/+1/K1/解得，=108 mol/m2(3)A=1/NA=1/108 1023)=1017m2 (乙醇分子截面积)