物理化学表面现象练习题.docx
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物理化学表面现象练习题
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,Γ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,Γ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量纲相同,单位不同;
(D)比表面自由能单位为J·m-2,表面张力单位为N·m-1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σ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;(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 (B)Ga=Gb>Gc; (C)Ga (D)Ga=Gb=Gc。 8.已知20℃时水~空气的界面张力为×10-2N·m-1,当在20℃和pө下可逆 地增加水的表面积4cm2,则系统的ΔG为: (A)×10-5J;(B)×10-1J; (C)×10-5J;(D)×10-1J。 9.对处于平衡状态的液体,下列叙述不正确的是: (A)凸液面内部分子所受压力大于外部压力; (B)凹液面内部分子所受压力小于外部压力; (C)水平液面内部分子所受压力大于外部压力; (D)水平液面内部分子所受压力等于外部压力。 10.当液体的表面积增大时,那么不正确的是: (A)ΔGS>0;(B)ΔHS>0; (C)ΔSS>0;(D)Qr<0。 11.弯曲液面下的附加压力与表面张力的联系与区别在于: (A)产生的原因与方向相同,而大小不同; (B)作用点相同,而方向和大小不同; (C)产生的原因相同,而方向不同; (D)作用点相同,而产生的原因不同。 12.在一个密闭的容器中,有大小不同的两个水珠,长期放置后,会发生: (A)大水珠变大,小水珠变小; (B)大水珠变大,小水珠变大; (C)大水珠变小,小水珠变大; (D)大水珠、小水珠均变小。 13.开尔文方程RTln(p/p0)=2γ·M/(ρ·r)不能应用下列哪个体系: (A)空气中分散有r=10-5cm的水珠体系; (B)水中分散有r=10-6cm的油滴体系; (C)水中分散有r=10-5cm的微晶体系; (D)水中分散有r=10-8cm的气泡体系。 14.微小固体颗粒在水中的溶解度应: (A)与颗粒大小成正比;(B)与颗粒大小无关; (C)随表面张力增大而增大;(D)与固体密度成正比。 15.下列摩尔浓度相同的各物质的稀水溶液中,哪一种溶液的表面发生负吸附: (A)硫酸;(B)己酸; (C)硬脂酸;(D)苯甲酸。 16.一根毛细管插入水中,液面上升的高度为h,当在水中加入少量的NaCl,这时 毛细管中液面的高度为: (A)等于h;(B)大于h;(C)小于h;(D)无法确定。 17.某溶液表面张力σ与溶质浓度c的关系式: σ0-σ=A+Blnc,式中σ0为纯溶剂 的表面张力,A、B为常数.则表面超量为: (A)Γ=c/RT(∂σ/∂c)T;(B)Γ=B/RT; (C)Γ=-B/RT;(D)Γ=Bc/RT。 18.用同一支滴管分别滴取纯水与下列物质的水稀溶液,都是取得1cm3,哪一种液 体所需液滴数最少? (A)纯水;(B)NaOH水溶液; (C)正丁醇水溶液;(D)苯磺酸钠水溶液。 19.涉及溶液表面吸附的说法中正确的是: (A)溶液表面发生吸附后表面自由能增加; (B)溶液的表面张力一定小于溶剂的表面张力; (C)定温下,表面张力不随浓度变化时,浓度增大,吸附量不变; (D)饱和溶液的表面不会发生吸附现象。 20.某温度时,对十二烷基苯磺酸钠的γ~c曲线如图所示, 由图说明烃基为直链时比带有支链时表面活性剂的: (A)效率高,有效值小; (B)效率低,有效值大; (C)效率高,有效值大; (D)效率低,有效值小。 21.随着溶质的浓度增大,水溶液表面张力降低,其是原因为: (A)溶质分子与水分子的亲和力小于水分子之间的亲和力; (B)溶质分子与水分子的亲和力大于水分子之间的亲和力; (C)溶质分子之间的亲和力小于水分子之间的亲和力; (D)溶质分子之间的亲和力大于水分子之间的亲和力。 22.25℃时,乙醇水溶液的表面张力与浓度的关系为: σ(N·m-1)=-5×10-4c(mol·dm-3)+2×10-4c2(mol·dm-3)。 若要使表面吸附为 正吸附,则要求浓度c(mol·dm-3)应该: (A)c>;(B)c<;(C)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+ρgh; (C)pb=p0-ρgh;(D)pb=ρgh。 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σ(l-g)和σ(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σ(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,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)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Δp。 则下面正确关系是: (A)pr (C)pr=p0,Δp=0;(D)pr>p0,Δp>0; (E)pr>p0,Δp<0。 4.过饱和溶液所以能形成,其因为是: (A)它是热力学稳定体系;(B)大颗粒溶解度较大; (C)它的分散程度低;(D)微小颗粒的化学势较大; (E)小颗粒溶解度较大。 5.表面活性剂的效率愈高,则溶液表面过剩吸附量对溶液浓度的比值(Γ/c): (A)大于零,愈正;(B)小于零,愈负; (C)与温度关系愈小;(D)与表面活性剂浓度关系愈小;(E)表面张力随浓度变化率愈负。 6.若测得某溶液表面张力σ与浓度c关系为: σ=a+blnc(一定温度下,a、b均 为常数)。 当发生正吸附时: (A)a>0,(∂σ/∂c)T大于零;(B)a<0,b>0; (C)a>0,b<0;(D)a>0,(∂σ/∂lnc)T小于零; (E)a<0,(∂σ/∂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)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0.60mm,当它垂直插入水中,水面上升2.19cm,设该 毛细管的接触角为30°,水的密度是0.98g 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,ΔG<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、,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g-l一种界面张力。 b点三相共存,有g-l、l-s、g-s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,与表面积成正比。 由于气水泡有前后两个表面,它的表面积最大。 8、 9、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,,。 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、,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、。 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、,,。 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 凹面,Δp<0。 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。 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(∂σ/∂c)T越负, ,越正。 6、,,发生正吸附, ,所以。 又,表面张力σ是>0的,则 7、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,Δp<0,p' p'+h(水)=p0,Δp=h(水) 2σ/r(毛)=hρg(g为重力加速度) 曲率半径与毛细管半径关系: rcosθ=r(毛), 2σcosθ/r(毛)=hρg,σ=hρgr(毛)/2cosθ r(毛)=0.60mm=×10-4m,ρ=0.98g/cm3 =980kg·m-3,g=9.8m·s-2 cosθ=cos30°=,h=2.19cm=×10-2m ∴σ=×10-2×980×××10-4/(2×=×10-3N·m-1 2.解: t=10℃,σ=-×10)×10-3=×10-3N·m-1 W'=ΔG=σΔA=×10-3×5×10-4=×10-5J(环境做功为正) ∵(∂σ/∂T)A,p=-×10-3N·m-1·K-1 ∴Qr=TΔS=T[-ΔA(∂σ/∂T)A,p]=283×5×10-4××10-3=×10-5J 3.解: 小气泡的附加压力ΔP=2σ/r=2××10-6=56095Pa= 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PӨ,也就是小气泡内压力为 Pr=PӨ+ΔP=+=kPa由克-克方程: T2=即112.4℃ 4.解: σ=72-0.5c+0.2c2,(∂σ/∂c)A,p=(-+0.4c)×10-3 (1)c=0.3M, Γ1=-c/RT·(∂σ/∂c)T,p=[-×298)]·(-+××10-3 =×10-8mol/m2c=0.5M, Γ2=[-×298)]·(-+××10-3=×10-8mol/m2 (2)由类似的Langmuir公式: Γ=Γ∞·Kc/(1+Kc) 1/Γ=1/Γ∞+1/Γ∝K·1/c ┌1/×10-8)=1/Γ∞+1/Γ∞K·1/ └1/×10-8)=1/Γ∞+1/Γ∞K·1/ 解得,Γ∞=×10-8mol/m2 (3)A∞=1/Γ∞NA=1/×10-8××1023) =×10-17m2(乙醇分子截面积)
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