表面化學(xué)習(xí)題答案

V:1.0精細(xì)整理，僅供參考日期：20xx年X月第十章界面現(xiàn)象習(xí)題答案一、名詞解釋1.

表面活性劑：溶于水中能顯著地降低水的表面張力的物質(zhì)，稱為表面活性劑。2.接觸角：是指在一光滑水平的固體表面上的液滴，在一定的T、p下達(dá)平衡時，固液界面與氣液界面的切線在三相接觸點處的夾角（夾有液體）。3.表面張力：液體的表面張力定義為沿著液體表面垂直作用于單位長度線段上的緊縮力。用符號γ表示。4.臨界膠束濃度：形成一定形狀的膠束所需表面活性物質(zhì)的最低濃度。5.吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動富集或貧乏的現(xiàn)象稱為吸附。6.溶液的表面吸附：溶質(zhì)在溶液表面層（或表面相）中的濃度與在溶液本體（或本相）中的濃度不同的現(xiàn)象，稱為溶液表面的吸附。二、簡答題1.蘭格繆爾吸附理論的基本假設(shè)是什么？在推導(dǎo)BET公式時，所作的基本假設(shè)是什么二者的使用范圍如何蘭格繆爾吸附理論的基本假設(shè)有四條：（1）固體表面是均勻的；（2）吸附是單分子層的；（3）被吸附分子間無相互作用力；（4）吸附平衡是動態(tài)平衡。蘭格繆爾吸附等溫式適用于五種常見吸附等溫線中的第一種類型。BET吸附理論接受了蘭格繆爾理論的許多觀點，其主要區(qū)別在于他們認(rèn)為吸附可形成多分子層的，而且第二層以后的各層吸附，是相同分子間的相互作用。吸附熱均相等，并相當(dāng)于該氣體的凝聚熱。BET公式適用于相對壓力p/p0=0.05~0.35范圍的吸附。2.進(jìn)行蒸餾實驗時，通常在蒸餾瓶中加入少量碎瓷片或沸石類的物質(zhì)以防止暴沸，試分析其原因。暴沸現(xiàn)象是由于新相種子（小氣泡）難以生成而產(chǎn)生的。由開爾文公式可知，對小氣泡，r<0，|r|越小，氣泡內(nèi)的飽和蒸氣壓也越小，而附加壓力卻越大。在液面下的小氣泡須承受的外壓力等于大氣壓力、液體靜壓力及附加壓力三者之和。在正常沸騰溫度下，氣泡內(nèi)的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于p外，因此小氣泡無法產(chǎn)生。只有再升高溫度，使pr增大，當(dāng)達(dá)到時，液體便開始沸騰。而一旦氣泡生成，它便迅速長大，隨之pr相應(yīng)增加，p相應(yīng)降低，氣泡反抗的外壓迅速減小，因而液體沸騰激烈，形成暴沸現(xiàn)象。為了防止暴沸發(fā)生，可以先在液體中加入一些素?zé)善蚍惺?，因為這些多孔隙物質(zhì)能提供新相種子（小氣泡），使液體過熱程度大大降低。3.為什么表面活性劑能大大地降低水的表面張力？

因為表面活性劑分子是由親水的極性基團(tuán)（如—COOH，—CONH2，—OH等）和憎水的非極性基團(tuán)（如碳?xì)浠鶊F(tuán)）組成的有機化合物，極性基團(tuán)與水分子有較大的吸引力，它的存在有利于其在水中的均勻分布，非極性基團(tuán)與水分子的吸引力遠(yuǎn)小于水分子之間的吸引力，故它的存在有利于表面活性劑分子聚集在溶液表面或水-油兩相界面，因此當(dāng)表面活性劑溶于水時將會吸附在水的表面上，采取極性基團(tuán)向著水，非極性基團(tuán)指向空氣（或油相）的表面定向，這種定向排列使水和另一相的接觸面減小，從而引起水的表面張力顯著降低。4.由于加入表面活性物質(zhì)而使非極性物質(zhì)在水中的溶解度增大的現(xiàn)象。區(qū)別有兩點：增溶是溶質(zhì)以整團(tuán)的形式溶解在溶劑中，溶解是溶質(zhì)以分子或離子的形式溶解在溶劑中。5.氣-固、液-固界面以氣-固吸附、液-固吸附的方式降低表面自由能；液-液界面靠溶質(zhì)在表面和溶液本體之間的分配降低表面自由能，若溶質(zhì)的表面張力小于熔劑的表面張力，則溶質(zhì)在表面的濃度大于其在本體的濃度，若溶質(zhì)的表面張力大于溶劑的表面張力，則溶質(zhì)在表面的濃度小于其在本體的濃度。6.根據(jù)開爾文公式，小液滴r>0，所以，即小液滴的飽和蒸汽壓大于下雨時的飽和蒸汽壓。雨滴的形成要經(jīng)過從無到有，從小到大的過程。雨滴越小，與其平衡的飽和蒸汽壓越大，因此，空中的水蒸氣壓力雖然對于平液面的水來說已是過飽和的了，但對將要形成的小水滴來說尚未飽和，因此，小水滴難以形成。若在空氣中撒入凝結(jié)核，使凝聚的水滴的初始曲率半徑增大，其相應(yīng)的飽和蒸汽壓可以小于高空中已有的水蒸氣壓力，因此，使蒸氣會迅速凝結(jié)成水滴，這就是人工降雨的科學(xué)道理。7.根據(jù)開爾文公式，對于小氣泡，<0，所以，即小氣泡中的飽和蒸汽壓小于平面液體的飽和蒸氣壓，而且氣泡半徑越小，氣泡中的飽和蒸氣壓越小。在沸點時，平面液體的飽和蒸氣壓等于外壓，但沸騰時氣泡的形成要經(jīng)過從無到有從小到大的過程，最初形成的半徑極小的氣泡內(nèi)的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)小于外壓，因此，在外壓的壓迫下氣泡難以形成，致使液體不易沸騰而出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，過熱較多容易暴沸。加熱時在液體中加入沸石可避免暴沸。因沸石表面多孔，具有已有曲率半徑較大的氣泡，因此蒸氣壓不致很小，沸點時液體易于沸騰。8.，在高空中如果沒有灰塵，水蒸氣可以達(dá)到相當(dāng)高的過飽和程度而不致凝結(jié)成水。因為此時高空中的水蒸氣壓力雖然對平液面的水來說已是過飽和的了，但對將要形成的小水滴來說尚未飽和，因此小水滴難以形成。若在空中撒如凝結(jié)核心，使凝聚水滴的初始半徑增大，其相應(yīng)的飽和蒸氣壓可小于高空中已有的水蒸氣壓力，因此蒸氣會迅速凝結(jié)成水，這就是人工降雨的道理。9.活性劑在親水性固體表面上定向排列，在固體表面上鋪蓋一層憎水基向外親水基向里的表面活性劑分子，這樣就使固體表面形成一層憎水層，從而改變了固體表面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，使其具有憎水性。三、判斷題1.×2.√3.×;發(fā)生負(fù)吸附.4.×;達(dá)到臨界膠束濃度以上時.5.對7.錯，表面張力產(chǎn)生的原因是處于表面層的分子與處于內(nèi)部的分子受力情況不一樣。8.對。9.錯，二者既有區(qū)別，又有聯(lián)系。10.錯，恒溫、恒壓，W’＝0時，ΔG<0才是自發(fā)過程。11.錯，新生成的微小液滴有很高的比表面，因而有很高的表面吉布斯函數(shù)。12.錯，液體在毛細(xì)管內(nèi)上升或下降決定于液體能否潤濕管壁，潤濕與否與σ(l-g)、σ(l-s)和σ(g-s)的相對大小有關(guān)。13.錯14.錯15.錯，達(dá)到飽和吸附時，不一定達(dá)到飽和濃度。16.錯，溶質(zhì)在表面層的濃度可以低于它在內(nèi)部的濃度。17.錯，能顯著降低溶液表面張力的物質(zhì)才稱為表面活性物質(zhì)。四、選擇題答：1.A；3D.；4C.；5C.；6B.；7A.；8.D；

9.A；10.D；

11.C；

12.B；

13.A；

14.A；

15.A；16.B；

17.D；

18.C；

19.A；

20.D；

21.C；

22.A；

23.B；24.B；

25.B；

26.C；

27.A；

28.A；

29.D；

30.A；

31.C；

32.A；

33.D；

34B.；

35.D；

36.C；

37.D；

38.C；

39.C；40.D；41.C五、填空題1.2.潤濕3.200kPa4.向左5.單分子層7.彎曲液面曲率半徑的中心8.10.79×10-3N.m-19.荷葉上的10.吸附作用力不同，物理吸附是范德華力，化學(xué)吸附是化學(xué)鍵力11.>>12.凸，液體，低于13.降低，臨界14.37mN.m-1，能15.5×10-12Pa-116.小于，惰性17.大，小18.固體表面是均勻的，吸附是單分子層的，相鄰吸附質(zhì)分子間無作用力，吸附與解吸達(dá)動態(tài)平衡。19.5×10-6Pa-120.g-s=s-l+l-gcos21.吸附是多分子層的22.凹，高于，氣相23.1-3>2-3+1-220℃時汞的表面張力γ=4.85×10-1N·m-1，若在此溫度及101.325kPa時，將半徑r1=1mm的汞滴分散成半徑為r2=10-5mm的微小液滴時，請計算環(huán)境所做的最小功。0.609J某燒杯深0.1m，杯中盛滿水，底部有一直徑d=2×10-6m的球形汞滴，若已知298K時汞-水的界面張力為0.375N·m-1，水的密度ρ=103kg·m-3，試計算該溫度，101.325kPa下汞滴所受到的壓力。852.3kPa25℃半徑為1m的水滴與蒸氣達(dá)到平衡，試求水滴的內(nèi)外壓力差及水滴的飽和蒸氣壓。已知25℃時水的表面張力為71.97×10-3N·m-1，體積質(zhì)量(密度)為0.9971g·cm-3，蒸氣壓為3.168kPa,摩爾質(zhì)量為18.02g·mol-1。1439kPa，3.171kPa20℃時汞的表面張力為483×10-3N·m-1，密度為13.55×103kg·m-3。把內(nèi)直徑為10-3m的玻璃管垂直插入汞中，管內(nèi)汞液面會降低多少？已知汞與玻璃的接觸角為180°，重力加速度g=9.81m·s-2。0.0145m373K時，水的表面張力=0.0589Nm-1，密度=958.4kgm-3，問直徑為110-7m的凹形液面上的水蒸氣壓力為多少？在101.325kPa外壓下，能否從373K的水中蒸發(fā)出直徑為110-7解：由開爾文公式可得則，P氣泡＝99.89kPa<101.325kPa，不能蒸發(fā)出這么小的氣泡。用活性炭吸附CHCl3時，0℃時的最大吸附量為93.8dm3·kg-1已知該溫度下CHCl3的分壓力為1.34×104Pa時的平衡吸附量為82.5dm3·kg-1，試計算：（1）朗繆爾吸附定溫式中的常數(shù)b；5.45×10-4Pa-1（2）CHCl3分壓力為6.67×103Pa時的平衡吸附量。73.5dm3·kg-1在某溫度下，銅粉對氫氣的吸附為單分子層吸附，其具體形式為Va/（cm3·g-1）=1.36p/(0.5+p)，式中Va是氫在銅粉上的吸附量（標(biāo)況下體積），p是氫氣的壓力（Pa）。求在該溫度下，表面上吸滿單分子層時的吸附量及銅粉的比表面積。（H2分子的截面積am=1.318×10-19m2）1.36cm3·g-1

4.82m2·g-1已知1000K時，界面張力如下：(Al2O3(s)-g)=1N·m-1,(Ag(l)-g)=0.92N·m-1,(Ag(l)-Al2O3(s))=1.77N·m-1。則1000K時，液態(tài)銀滴在Al2O3(s)表面能否被液態(tài)銀潤濕

根據(jù)潤濕方程：不潤濕293K時，水的表面張力為0.0728Nm-1，汞的表面張力為0.483Nm-1，汞—水的界面張力為0.375Nm-1。試判斷水能否在汞的表面上鋪展汞能否在水的表面上鋪展

解：所以水能在汞面上