物理化学第五版答案_13第十三章_表面物
理化学
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第十三章表面物理化学
第五章 化学平衡 5－1．在某恒定的温度和压力下，取n 0﹦1mol 的A (g )进行如下化学反应：A (g ) B (g ) 若0B μ﹦0 A μ，试证明，当反应进度ξ﹦0.5mol 时，系统的吉布斯函数G 值为最小，这时A ，B 间达到化学平衡。 解： 设反应进度ξ为变量 A (g ) B (g ) t ﹦0 n A , 0﹦n 0 0 ξ0﹦0 t ﹦t 平 n A n B ξ ξ﹦ B B n ν n B ﹦νB ξ，n A ﹦n 0－n B ﹦n 0－νB ξ，n ﹦n A ＋n B ﹦n 0 气体的组成为：y A ﹦ A n n ﹦00 B n n νξ-﹦01n ξ-，y B ﹦B n n ﹦0 n ξ 各气体的分压为：p A ﹦py A ﹦0 (1)p n ξ - ，p B ﹦py B ﹦ p n ξ 各气体的化学势与ξ的关系为：0 000ln ln (1)A A A A p p RT RT p p n ξμμμ=+=+- 0 000ln ln B B B B p p RT RT p p n ξμμμ=+=+? 由 G ＝n A μA ＋n B μB ＝(n A 0A μ＋n B 0 B μ)＋00ln (1)A p n RT p n ξ-＋0 ln B p n RT p n ξ ? ＝[n 0－ξ0A μ＋ξ0 B μ]＋n 00ln p RT p ＋00()ln(1)n RT n ξξ--＋0 ln RT n ξ ξ 因为 0B μ﹦0A μ，则G ＝n 0(0 A μ＋0ln p RT p )＋00()ln(1)n RT n ξξ--＋0 ln RT n ξ ξ ,0()ln T p G RT n ξξξ?=?- 20,20()()T p n RT G n ξξξ?=-?-＜0 令 ,( )0T p G ξ?=? 011n ξξξξ ==-- ξ﹦0.5 此时系统的G 值最小。
第十章界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答：(1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”，根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG＜0，而ΔS＜0，由ΔG=ΔH－TΔS，得 ΔH＜0，即反应为放热反应。
10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面张力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N×3243r π N ＝3 132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ?＝ (A 2－A 1)＝4·( N 2 2 r －21 r )＝4 ·(3 12 r r －21r ) ＝4× ×(339 (110)110 --??－10－6) ＝5.9062 J 10－3 计算时373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知时水的表面张力为58.91×10－3 N ·m －1 (1) 水中存在的半径为0.1μm 的小气泡；kPa (2) 空气中存在的半径为0.1μm 的小液滴； (3) 空气中存在的半径为0.1μm 的小气泡； 解：(1) Δp ＝2r γ＝36 258.91100.110--???＝1.178×103 kPa (2) Δp ＝2r γ ＝36 258.91100.110--???＝1.178×103 kPa (3) Δp ＝4r γ＝36 458.91100.110--???＝2.356×103 kPa 10－4 在293.15K 时，将直径为0.1nm 的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升？若不加压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10－3 N ·m －1，密度为789.4 kg ·m －3，重力加速度为9.8 m ·s －2。设乙醇能很好地润湿玻璃。
第十三章表面物理化学练习题 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根本不同的概念。 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大的比表面吉布斯函数。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人到溶液中，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功 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·m2，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) 前者是标量，后者是矢量。 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组成时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：
第十三章《界面物理化学》练习题应化专业2009（2）班 2011-6-1 1.在等温等压条件下，将 1 mol水的表面积增加 10 倍，作功为W，水的 Gibbs 自由能变化为?G，此时W与?G的关系为： (A) ?G = -W (B) ?G = W (C) ?G < -W (D) 不能确定 2.玻璃管两端各有一大一小肥皂泡，若将中间的活塞打开使两气泡相通，将发生什么变化 ? 到何时小肥皂泡不再变化？ 3.有两根半径相同的玻璃毛细管插入水中，水面上升高度为h，其中一根在 1/2 h处使其弯曲向下，试问水在此毛细管端的行为是： ( ) (A) 水从毛细管端滴下 (B) 毛细管端水面呈凸形弯月面 (C) 毛细管端水面呈凹形弯月面 (D) 毛细管端水面呈水平面 4. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现： (A) 水并不进入毛细管 (B) 水进入毛细管并达到管内一定高度 (C) 水进入毛细管并达到管的另一端 (D) 水进入毛细管并从另一端滴出 5.在毛细管中分别装有两种不同的液体，一种能润湿管壁，另一种不能润湿。当在毛细管一段加热时，液体应向何方移动？ 6. 将内径为1× 10 -4m 的毛细管插入水银中，问管内将下降多少? 已知在该温度下水银的表面张力为0.48N.m-1，水银的密度为13.5×103Kg.m-3，重力加速度g = 9.8 m.s-1，设接触角近似等于180゜。
7. 微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？ ( ) (A) 微小晶体的饱和蒸气压大 (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 8. 已知 400 K 时，汞的饱和蒸气压为p0，密度为ρ，如果求在相同温度下，一个直径为 10-7 m 的汞滴的蒸气压，应该用公式： ( ) (A) RT ln(p/p0) = 2γM/ρR' (B) ln(p/p0) =?Vap H m(1/T0- 1/T)/R (C) p = p0+ 2γ/R' (D) p = nRT/V 9.已知水在 293 K 时的表面张力γ= 0.07275 N·m-1, 摩尔质量M = 0.018 kg·mol-1 ,密度ρ = 103 kg·m-3。273 K 时水的饱和蒸气压为 610.5 Pa，在 273 – 293 K 温度区间内水 的摩尔气化热? Vap H m = 40.67 kJ·mol-1，求 293 K 水滴半径R′= 10-9 m时，水的饱和蒸气压。 10.在一筒内有半径不同的玻璃毛细管，筒内充满水蒸气，慢慢推动活塞使筒内压力逐渐增大， 水将在毛细管内凝结，试问在何种毛细管内水先凝结？ 11.若天空中小水滴要起变化，一定是其中的较大水滴先进行蒸发，水蒸气凝结在小水滴上， 使大小不等的水滴趋于相等。这种说法对吗？为什么？ 12.液滴越小，饱和蒸气压越________；而液体中的气泡越小，气泡内液体的饱和蒸气压越 __________ 。 13. 已知某溶液溶于水后，溶液表面张力γ与活度a的关系为： γ = γ - Aln(1 + b a)，其中γ0为纯水表面张力，A、b 为常数，则此溶液中溶质的表面过剩 Γ与活度a的关系为： ( ) (A) Γ = - A a / RT(1+b a) (B) Γ = - Ab a / RT(1+b a) (C) Γ = Ab a / RT(1+b a) (D) Γ = - b a / RT(1+b a) 14. 乙醇水溶液表面张力γ = (72 - 0.5a + 0.2a2)N·m-1，若表面超额Γ > 0，则活度： (A) a > 1.25 (B) a = 0.25 (C) a < 1.25 (D) a = 0.5 15. 液体在固体表面的润湿程度以__________衡量，当_________时称为不润湿。 16. 兰缪尔吸附等温式： ( )
物理化学第五版答案 内容介绍本书是在第四版的基础上，遵照教育部高等学校化学与化工学科教学指导委员会2004年通过的“化学专业和应用化学专业化学教学基本内容”进行了适当的调整和增删。全书重点阐述了物理化学的基本概念和基本理论，同时考虑到不同读者的需要也适当介绍了一些与学科发展趋势有关的前沿内容。各章附有扩展阅读的参考文献和书目，拓宽了教材的深度和广度。为便于读者巩同所学到的知识，提高解题能力，同时也为了便于自学，书中编入了较多的例题，每章末分别有复习题和习题，供读者练习之用。全书采用以国际单位制(SI)单位为基础的“中华人民共和国法定计量单位”和国家标准(GB 3100～3102 93)所规定的符号。全书分上、下两册，共14章。上册内容包括：气体，热力学第一定律，热力学第二定律，多组分系统热力学，相平衡，化学平衡和统计热力学基础。下册内容包括：电解质溶液，可逆电池电动势的测定和应用，电解和极化，化学动力学基础，表面化学和胶体分散系统等。即将与本书配套出版的有：学习与解题指导书，多媒体电子教案，多媒体网络课程等，形成一套新型的立体 《物理化学》为教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材。1999年出版的《物理化学》第四版,内容大致与国际趋势接轨。本版则是一个精要版,是在第四版的基础上修订而成。它并不降低基本要求,而是从实际出发,进一步取其精华,提高质量,篇幅比第四版减少约三分
之一。全书仍分为5篇共18章。平衡篇包括物质的pVT关系和热性质、化学热力学、相平衡和化学平衡。速率篇包括传递现象和化学动力学。结构篇有量子力学基础、化学键和分子间力的理论,以及波谱原理。统计篇有独立子系统和相倚子系统的统计热力学,以及速率理论。... [显示全部]
第13章表面物理化学 1.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、增大； B、减小； C、不变； D、无法判定 2.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：( ) 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； 3.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，经过这一变化过程，以下性质保持不变的是：( ) A、总表面能； B、比表面； C、液面下的附加压力 D、表面张力 4.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）( ) A、5 Pa； B、10 Pa； C、15 Pa； D、20 Pa 5.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：( ) 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； 6.微小晶体与普通晶体相比较，性质不正确的是：( ) A、微小晶体的饱和蒸气压大 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 7.当水中加入表面活性剂后，将发生：( ) A、d/da < 0 正吸附； B、d/da < 0 负吸附； C、d/da > 0 正吸附； D、d/da > 0 负吸附； 8.把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许距离，小心地在中间滴一滴肥皂水，则两纸条间距离将：( ) A、增大； B、缩小； C、不变； D、以上三种都有可能 9.水不能润湿荷叶表面，接触角大于90°，当水中加入皂素后，接触角将：( ) A、变大 B、变小 C、不变 D、无法判断 10.表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是：( ) A、增溶作用可以使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
第十三章 表面物理化学 【复习题】 【1】比表面有哪几种表示方法？表面张力与Gibbs 自由能有哪些异同点？ 【解析】比表面积可以用单位质量的表面积表示，其单位通常为2 1 m g -g ，还可以用单位体积的表面积来表示，单位为1 m -；表面张力和表面自由能物理意义不同 ，单位不同，但具有相同的数值。 【2】为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口），这些现象的本质是什么？用同一支滴管滴出相同体积的苯、水和NaCl 溶液，所得滴数是否相同？ 【解析】这些现象的本质是：由于表面张力的存在，液体尽可能缩小其表面积，所以气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形，这样使之表面能降低以达到稳定状态。 用同一支滴管滴出相同体积的苯、水和NaCl 溶液，所得滴数不相同，因为它们各自的表面张力不同。 【3】用学到的关于界面现象的知识解释下列几种做法的基本原理：①人工降雨；②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸汽时的毛细凝聚；④过饱和溶液、过饱和蒸汽、过冷液体的过饱和现象；⑤重量分析中的“陈化”过程；⑥喷洒农药时为何常常要在药液中加少量表面活性剂。 【解析】这些都可以用Kelvin 公式解释，因小液滴的蒸气压比大液滴大，所以凹液面上的蒸气压比平面小（因其曲率半径为负值），小颗粒的溶解度比大颗粒大等。 【4】如图13.51所示，在三同活塞的两端涂上肥皂液，关断右端通路，在左端吹一个大泡；然后关闭左端，在右端吹一个泡，最后让左右两端相通。试问 当将两管接通后，两泡的大小有何变化？到何时达到平衡？讲出变化的原因及平衡时两端的曲率半径的比值。 【解析】两气泡连通后，由于液面附加压力的作用，大气泡会 变的更大，小气泡会变的更小，直到小气泡收缩至毛细管口，其液面的曲率半径与大气泡相等为止。 【5】因系统的Gbbis 自由能越低，系统越稳定，所以物体总有降低本身表面Gibbs 自由能的趋势。请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的表面Gibbs 自由能的。
第七章 电化学 7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝ 201560635462.F ???＝5.527 g n Cu ＝201560 2F ??＝0.09328 mol (2) 2Cl n ＝2015602F ??＝0.09328 mol 2Cl V ＝00932830015 100 .R .??＝2.328 dm 3 7－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098 考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝262501151166103312098(..)..--??－11513312098..＋01658 21078682 ..? ＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+ )＝4 4 36823107685310..--??＝0.4791 考虑3NO -： n 迁＝n 后－n 前 ＝1151 3312098 ..－262501151166103312098(..)..--??＝4.0030×10－3 mol t －(3 NO -)＝4 4 40030107658310..--??＝0.5209 7－3．用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解： 考虑Ag +： n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝3233760236739101698731(..)..--??－023********..＋00781078682 .. ＝1.007×10－ 3－1.3893×10－ 3＋7.231×10－ 4
第十三章表面物理化学 一、思考题 1.因吉布斯自由能越低，体系越稳定，所以物体总有降低本身表面吉布斯自由 能的趋势。纯液体、溶液和固体，它们各采用什么方法来降低表面能以达到稳定状态。 2.为什么泉水、井水都有比较大的表面张力？将为什么当把泉水小心注入干燥 杯子时，水面会高出杯面？这时加一滴肥皂液将会发生什么现象。 3.纯水在某毛细管中上升的高度为h，当把毛细管折断一半，水能否从官顶冒 出？若把1 2 h长的毛细管头部弯曲向下，水能否从管口滴下？为什么？ 4.为什么气体吸附在固体表面一般总是放热的？而确有一些气—固吸附是吸热 的（如H2在玻璃上的吸附），如何解释这种现象？ 5.为什么气泡、液滴、肥皂泡等等都呈圆形？玻璃管口加热后会变得光滑并缩 小（俗称圆口），这些现象的本质是什么？ 6.为什么小晶粒的熔点比大块的固体的熔点略低而溶解度却比大晶粒大？ 7.为什么吸附法测固体比比表面的实验一般在比压0.05～0.35之间进行？ 8.把大小不等的液滴封在一玻璃罩内，隔相当长时间后，估计会出现什么现象？ 9. 判断下列说法是否正确 1). 比表面Gibbs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里力。所以表面Gibbs函数与表面张力是两个根本不同的概念。 2).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。 3).对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。 4).过饱和蒸汽压之所以可能存在，是因为新生成的微小液滴具有很大的比表面Gibbs函数。 5).液体在毛细管内上升或下降取决于该液体的表面张力的大小。 6).单分子吸附只能是化学吸附，多分子层只能是物理吸附。 7).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
第十章 界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。 10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N ×3243r π N ＝3132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ? ＝γ(A 2－A 1)＝4πγ·( N 22 r －21 r )＝4πγ·(3 12 r r －21r )
第十三章表面物理化学 【复习题】 【1】比表面有哪几种表示方法？表面张力与Gibbs自由能有哪些异同点？ m g-，还可以用单位体【解析】比表面积可以用单位质量的表面积表示，其单位通常为21 m-；表面张力和表面自由能物理意义不同，单位不同，但具积的表面积来表示，单位为1 有相同的数值。 【2】为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口），这些现象的本质是什么？用同一支滴管滴出相同体积的苯、水和NaCl溶液，所得滴数是否相同？ 【解析】这些现象的本质是：由于表面张力的存在，液体尽可能缩小其表面积，所以气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形，这样使之表面能降低以达到稳定状态。 用同一支滴管滴出相同体积的苯、水和NaCl溶液，所得滴数不相同，因为它们各自的表面张力不同。 【3】用学到的关于界面现象的知识解释下列几种做法的基本原理：①人工降雨；②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸汽时的毛细凝聚；④过饱和溶液、过饱和蒸汽、过冷液体的过饱和现象；⑤重量分析中的“陈化”过程；⑥喷洒农药时为何常常要在药液中加少量表面活性剂。 【解析】这些都可以用Kelvin公式解释，因小液滴的蒸气压比大液滴大，所以凹液面上的蒸气压比平面小（因其曲率半径为负值），小颗粒的溶解度比大颗粒大等。 【4】如图13.51所示，在三同活塞的两端涂上肥皂液，关断右端通路，在左端吹一个大泡；然后关闭左端，在右端吹一个泡，最后让左右两端相通。试问 当将两管接通后，两泡的大小有何变化？到何时达到平衡？讲 出变化的原因及平衡时两端的曲率半径的比值。 【解析】两气泡连通后，由于液面附加压力的作用，大气泡会 变的更大，小气泡会变的更小，直到小气泡收缩至毛细管口，其液面的曲率半径与大气泡相等为止。 【5】因系统的Gbbis自由能越低，系统越稳定，所以物体总有降低本身表面Gibbs自由能的趋势。请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的表面Gibbs自由能的。
第十三章表面物理化学 [本章要点] 1.明确表面张力和表面吉布斯自由能的概念，了解表面张力与温度的关系。 2.明确弯曲表面附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，会使用杨——拉普拉斯公式。 3.掌握吉布斯吸附等温式的表示形式及各项的物理意义，并能做简单计算。 4.了解表面活性剂及分类和集中重要用途。 5.了解润湿和铺展，了解气固吸附的本质及吸附等温式的主要要求。 6.了解化学吸附和物理吸附的区别，以及化学吸附与多相催化反应的关系。 截面科学是化学，物理，生物，材料和信息等学科之间相互交叉和渗透的一门重要边缘科学，是当前三大科学技术（生命科学、材料科学和信息科学）前沿领域的桥梁，是在原子或分子尺度上探讨两相界面是激昂发生的化学过程，以及化学过程前驱的一些物理过程。 研究对象：气-液，气—固，液—液，液—固和固—固等宏观截面和一些微观界面。 研究表面层上的行为或研究多相的高分散系统的性质时，必
须考虑物质的分散度。 比表面（A 0)：表示多相系统的分散尺度。 A 0 def m As 或 A 0=V A S As:物质的总表面积，m 物质的质量，则比表面表示单位质量物质的表面积。其单位是m 2·g -1 V:物质的体积；比表面也可用单位体积物质的表面积表示，则单位为m -1 . 比表面A0的值随分散粒子的变小而迅速增加，即对一定质量的物体，分散粒子越小，其比表面越大。 §13.1表面张力机表面吉布斯自由能 一.表面张力：（分析P313，） 另一方面：恒温、恒压、恒组成时。可逆的增加体系的表面积dAn 所需对体系作的功，则表面功，即：f W 'δ=rdA ∴r=P T A G .)(?? r 的物理意义：在定温定压下，可逆的增加体系的表面积所引起的体系吉布斯自由能的改变。单位：J ·m -2 .故r 称为表面吉布斯自由能或叫比表面能。由于J=N ·m ，所以r 的单位也可以为
第十三章表面物理化学 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．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。所以表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。 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大的表面吉布斯函数。 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人到溶液中，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) 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，在两相的界面上，垂直作用于界面上单位长度的表面紧缩力； (C) 表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同； (D) 表面自由能单位为J·m2，表面张力单位为N·m-1时，两者数值不同。2．同一系统，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) 前者是标量，后者是矢量。3．纯水的表面张力是指恒温恒压组成时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。 4．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。 5．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；
第十二章胶体化学 12－1 如何定义胶体系统？总结胶体系统的主要特征。 答：(1) 胶体定义： 胶体系统的主要研究对象是粒子直径d至少在某个方向上在1－100nm之间的分散系统。 (2) 胶体系统的主要特征： 溶胶系统中的胶粒有布朗运动，胶粒多数带电，具有高度分散性，溶胶具有明显的丁达尔效应。胶体粒子不能透过半透膜。 [注] 溶胶系统中的胶粒的布朗运动不是粒子的热运动，且只有溶胶才具有明显的丁达尔效应。 12－2 丁铎尔效应的实质及产生的条件是什么？ 答：丁铎尔现象的实质是光的散射作用。丁铎尔效应产生的条件是分散相粒子的直径小于入射光波长、分散相与分散介质的直射率相差较大。 12－3 简述斯特恩双电层模型的要点，指出热力学电势、斯特恩(Stern)电势和ζ电势的区别。 答：斯特恩认为离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外还有范德华力。 (1) 在靠近质点表面1～2个分子厚的区域内，反离子受到强烈地吸引而牢固地结合在质点表面，形成一个紧密地吸附层－斯特恩层， (2) 在斯特恩层，非离子的电性中心将形成一假想面－斯特恩面。在斯特恩面内电势呈直线下降的变化趋势，即由质点表面的?0直线下降至处的?s，?s称为斯特恩电势； (3) 其余的反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层部分。在扩散层中，电势由?s降至零。因此斯特恩双电层由斯特恩层和扩散层构成； (4) 当固、液两相发生相对运动时，紧密层中吸附在质点表面的反离子、溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，滑动面与溶液本体之间的电势差，称为ζ电势。 热力学电势?0是质点表面与液体内部的总的电位差，即固液两相之间双电层的总电势。它与电极∕溶液界面的双电层总电势相似，为系统的热力学性质，在定温定压下，至于质点吸附的(或电离产生的)离子在溶液中活度有关，而与其它离子的存在与否无关。 斯特恩电势?s是斯特恩面与容液本体的电势差，其值与集中在斯特恩层里的正负离子的电荷总数有关，即与双电层的结构状态有关。外加电解质的种类和浓度对其亦有较大的影响。 ζ电势是当胶粒与分散介质之间发生相对滑动时，胶粒滑动面与溶液本体之间的电势差、ζ电势有如下性质： ①ζ电势则只有当固液两相发生相对运动时才能呈现出来，且可以通过电泳或电渗实验测定； ②ζ电势绝对值的大小与反号离子在双电层中的分布状况有关，扩散曾层中反号离子越少，│ζ│值就越小；反之就越大； ③ζ电势极易受外加电解质的影响。随着外加电解质浓度增加，│ζ│值显著下降直
第十三章 表面物理化学自测题 I.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?10-2 m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为 0.025 N ?m -2）（d ）。 (a) 5 Pa (b) 10 Pa (c) 5 Pa (d) 24 Pa 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: ()0=1A Ba γγ-+ln 式中0γ为纯水的表面张力，A ，B 为常数，则溶液表面过剩2Γ为(c )。 (a)()2=1Aa RT Ba Γ- + (b)()2=1ABa RT Ba Γ-+ (c)()2=1ABa RT Ba Γ+ (d)() 2=1Ba RT Ba Γ-+ 4.298 K 时，苯蒸气在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式，在苯蒸气 压力为40 Pa 时，覆盖率θ=0.05，当θ=0.5时，苯蒸气的平衡压力为(b )。 (a)400 Pa (b)760 Pa (c)1 000 Pa (d)200 Pa 5甲在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 )12 倍 (b)1倍 (c )2倍 (d)4倍 6.将一毛细管插人水中，毛细管中水面上升5 cm ，在3 cm 处将毛细管折 断，这时毛细管上端(c )。 (a)的水从上端溢出 (b)水面呈凸面 (c)水面呈凹形弯月面 (d)水面呈水平面 7.用同一滴管分别滴下1 cm 3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 8.当水中加入表面活性剂后，将发生(a )。 (a) d γ/d a <0 正吸附 (b) d γ/d a < 0 负吸附 (c) d γ/d a > 0 正吸附 (d) d γ/d a > 0 负吸附 9.把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许距离，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 10.水不能润湿荷叶表面，接触角大于90?，当水中加人皂素以后，接触角将(b )。 (a)变大 (b)变小 (c)不变 (d)无法判断
第十三章表面物理化学 1. 在298 K,101.325 kPa下,将直径为1 μm的毛细管插入水中,问需在管内加多大压力才能防止水面上升? 若不加额外的压力,让水面上升,达平衡后管内液面上升多高? 已知该温度下水的表面张力为0.072N/m,水的密度为1000kg·m-3,设接触角为0度。重力加速度为g=9.8 m/s2. 2. 将内径为0.01 cm毛细管插入水银中,问管内液面下降多少? 已知在该温度下水银的表面张力为0.48 N/m,水银的密度为13500 kg·m-3, 重力加速度为g=9.8 m/s2,设接触角近似等于180度. 3. 求在283 K时,可逆的使纯水表面增加 1.0 平方米的面积,吸热0.04 J.求该过程的ΔG, W, ΔU, ΔH, ΔS和ΔF各为多少? 已知该温度下纯水的表面吉布斯自由能为0.074 J·m-2. 4. 在298 K时,平面水面上的饱和蒸汽压为3168 Pa,求在相同温度下,半径为3 nm 的小水滴上水的饱和蒸汽压. 已知此时水的表面张力为0.072 N/m, 水的密度为1000 kg·m-3. 5. 将正丁醇(Mr=74)蒸汽骤冷至273 K,发现其过饱和度(即p/p0)约达到4,方能自行凝结为液滴.若在273 K时,正丁醇的表面张力为0.0261 N/m, 密度为1000 kg·m-3,试计算: (1) 在此过饱和度下开始凝结的液滴的半径. (2) 每一液滴中所含正丁醇的分子数. 6. 373K时,水的表面张力为0.589 N/m, 密度为958.4 kg·m-3,问:
(1)直径为1×m的气泡内(即球形凹面上),在373 K时的水蒸气压力为多少? (2)在101.325 kPa外压下,能否从373 K的水中蒸发出直径为1×m的蒸汽泡? 7. 水蒸气骤冷会发生过饱和现象.在夏天的乌云中,用飞机撒干冰微粒,使气温降 至293 K,水气的过饱和度(p/p s)达4.已知在293 K时,水的表面张力为0.07288 N/m,密度为997 kg·m-3,试计算: (1) 此时开始形成雨滴的半径. (2) 每一雨滴中所含的分子数. 8. 在298K时,1,2-二硝基苯(NB)在水中形成的饱和溶液的浓度为5.9× mol·dm-3,计算直径为0.01 μm的NB微球在水中的溶解度? 已知在该温度下,NB与水的γ(l-s)为0.0257 N/m,NB的密度为1566 kg·m-3. 9. 在292K时,丁酸水溶液的表面张力可以表示为:,式中γ0为纯水的表面张力,a,b为常数. (1) 试求该溶液中丁酸的表面超额Γ2和其浓度c之间的关系式(设活度系数均为 1) (2) 若已知 a=0.0131 N/m,b=19.62, 试计算当c=0.2 mol·dm-3时Γ2值为多少? (3) 如果当浓度增加到>>1时,再求Γ2的值为多少?设此时表面上丁酸成单分子紧密排列层,试计算在液面上丁酸分子的截面积为若干? 10. 在298K时,乙醇水溶液的表面张力与溶液活度之间的关系为γ=γ0-Aa+B, 式中常数A=5× N/m,B=2× N/m,求活度a=0.5时的表面超额Γ2为多少?
第一章 气体的pVT 关系 1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下： 1 1T T p V p V V T V V ???? ????-=??? ????= κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系？ 解：对于理想气体，pV=nRT 111 )/(11-=?=?=??? ????=??? ????= T T V V p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=?=?=???? ????-=???? ????- =p p V V p nRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯（C 2H 3Cl ）气体300m 3 ，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？ 解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为 mol RT pV n 623.1461815 .300314.8300 106.1213=???== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 13 3153.144145 .621090109032-?=?=?=h mol M v Cl H C n/v=（14618.623÷1441.153）=10.144小时 1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。试求甲烷在标准状况下的密度。 解：33 714.015 .273314.81016101325444 --?=???=?=?=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 1-4 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g 。充以4℃水之后，总质量为125.0000g 。若改用充以25℃、13.33kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为25.0163g 。试估算该气体的摩尔质量。 解：先求容器的容积33 ) (0000.1001 0000.100000 .250000.1252 cm cm V l O H == -= ρ n=m/M=pV/RT mol g pV RTm M ?=?-??== -31.3010 13330) 0000.250163.25(15.298314.84 1-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。 解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为 )/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+= 终态（f ）时 ??? ? ??+=???? ??+ =+=f f f f f f f f f f T T T T R V p T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1
物理化学第十三、十四章习题课内容 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第十三章表面现象习题课内容 一、单选题： 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。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。 8．已知20℃时水～空气的界面张力为7.27 × 10-2N·m-1，当在20℃和p下可逆地增加水的表面积4cm2，则系统的ΔG为： (A) 2.91 × 10-5 J ； (B) 2.91 × 10-1 J ；(C) -2.91 × 10-5 J ； (D) -2.91 ×10-1 J 。 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。 22．25℃时，乙醇水溶液的表面张力与浓度的关系为： σ(N·m-1) = 0.072 - 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) > 0.5 ；(B) < 0.5 ；(C) > 1.25 ；(D) < 1.25 。 28．矿石浮选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) H LB值大，易形成W/O型； (B) H LB值小，易形成O/W型； (C) H LB值大，易形成O/W型； (D) H LB值小，不易形成W/O型。 1） (6651) 在 298 K 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) 1/2倍 (B)一倍 (C) 二倍 (D) 四倍 2）(6842)