物化第十章界面现象习题
一、名词解释
1. 表面活性剂
2. 接触角
3. 表面张力
4. 临界胶束浓度
5. 吸附
6. 溶液的表面吸附
二、简答题
1 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么？在推导BET公式时，所作的基本假设是什么？二者的使用范围如何？
2. 进行蒸馏实验时，通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸，试分析其原因。
3. 为什么表面活性剂能大大地降低水的表面张力？
4. 表面活性物质的增溶作用是什么？增溶作用与一般溶解有什么区别？
5. 气-固、液-固、液-液界面分别以什么方式降低表面自由能？
6. 简述人工降雨的科学道理。
7. 加热液体时为什么会出现过热现象？怎样避免暴沸？请解释原因。
8 为什么空气中会出现水蒸气过饱和的现象？人工降雨的道理何在？
9. 在亲水固体表面，经过表面活性剂（如防水剂）处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？
三、判断题
1. 比表面吉布斯自由能与表面张力符号相同，数值相等,所以两者的物理意义相同。
2. 在液体中形成的小气泡，气泡的半径越小，泡内饱和蒸汽压越小。
3. 若增加浓度能使表面张力增大时，则溶质在表面层发生正吸附。
4.只有表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，才具有增溶作用。
5. 在恒温下，液体的分散度越大，其饱和蒸气压也越大
7．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。
8．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。
9．比表面吉布斯函数是指恒温、桓压下，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。
10．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。
11．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。
12．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。
13．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。
14．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。
15．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。
16．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。
17．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。
四、选择题
1. 在吸附过程中，以下热力学量的变化正确的是（）。
A. ?G<0，?H<0，?S<0；
B. ?G>0，?H>0，?S>0；
C. ?G<0，?H>0，?S>0；
D. ?G>0，?H<0，?S<0。
3. 在100 ℃，大气压力为101.325kPa下的纯水中，如有一个半径为r 的蒸气泡，则该蒸气泡内的水的饱
和蒸气压p r （ ）大气压力p 0；若不考虑重力的作用，则该蒸气泡受到的压力为（ ）。
A. 大于；p 0- ?p ；
B. 大于；p 0+ ?p ；
C. 小于；p 0- ?p ；
D. 小于； p 0+ ?p 。
4．一定体积的水，在同温度下分散为大水滴与分散为小水滴时的两种状态相比较，性质保持不变的是
（A ）饱和蒸气压 （B ）表面能 （C ）表面张力
5．弯曲液面所产生的附加压力2p r
γ?=（ ） （A ）一定大于零 （B ）一定小于零 （C ）一定不等于零
6．附加压力p ?与液面曲率半径和表面张力的关系为（ ）
(Ａ)p r γ?= (Ｂ)2p r γ?= (Ｃ)2p r
γ?= 7. 在恒T 、p 下，于纯水中加入少量表面活性剂时，则表面活性剂在表面层中的浓度（ ）其在本体中的浓度，此时溶液的表面张力（ ）纯水的表面张力。
A. 大于；小于；
B. 大于；大于；
C. 小于；大于；
D. 小于；小于。
8．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。
9．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 。
10．同一体系，比表面自由能和表面张力都用γ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。
11．一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 。
12．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 。
13．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 。
14．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) G a = G c < G b ；(B) G a = G b > G c ； (C) G a < G b < G c ； (D) G a = G b = G c 。
15．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 。
16．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。
17．当液体的表面积增大时，那么不正确的是（）。
(A) ΔG S > 0 ； (B) ΔH S > 0 ；(C) ΔS S > 0 ；(D) Q r < ０。
18．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。
19．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。
20．开尔文方程RT ln(p/p0) = 2γ·M/(ρ·r) 不能运用的体系是（）。
(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。
21．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。
22．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。
23．一根毛细管插入水中，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。
24．某溶液表面张力γ与溶质浓度c的关系式：γ0 - γ= A + B ln c，式中γ0 为纯溶剂的表面张力，A、B 为常数. 则表面吸附量为（）。
(A) Γ = c/RT(?γ/?c)T； (B) Γ = B/RT；(C) Γ = -B/RT；(D) Γ = Bc/RT。
25．用同一支滴管分别滴取纯水与下列水的稀溶液，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。
26．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) 溶质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。
27．某温度时，对十二烷基苯磺酸钠的γ～c曲线如图所示，图中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。
28．随着溶质浓度增大，水溶液表面张力降低是因为（）。
(A) 溶质分子与水分子的亲和力小于水分子间的亲和力；
(B) 溶质分子与水分子的亲和力大于水分子间的亲和力；
(C) 溶质分子间的亲和力小于水分子间的亲和力；
(D) 溶质分子间的亲和力大于水分子间的亲和力。
29．25℃时，乙醇水溶液的表面张力与浓度的关系为：γ(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 。
30．胶束的出现标志着表面活性剂的（）。
(A) 降低表面张力的作用下降；
(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。
31．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。
32．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p b为（）。
(A) p b = p0 ；
(B) p b = p0 + ρg h ；
(C) p b = p0-ρg h ；
(D) p b = ρg h。
33．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) 管内水面高于水平面；(D) 管内汞面与汞平面一致。
34．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。
35．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。
36．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。
37．下列叙述不正确的是（）。
(A) 农药中加入润湿剂可使γ(l-g)和γ(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γ(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，非极性基向外易被吸附在泡沫上；
(D) 起泡剂的主要作用是增大液体表面张力。
38．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。
39．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。
40. 已知在25℃下，水与汞、乙醚与汞和乙醚与水的界面张力和分别为γ(H2O/Hg)、γ{(C2H5)2O/Hg}、{(C2H5)2O/H2O}分别为375、379和10.7 mN.m-1，则当水滴在乙醚与汞的界面上时的铺展系数S= ( ) N.m-1。
A. 743.3×10-3；
B. 6.7×10-3；
C. 14.7×10-3；
D. -6.7×10-3。
41. 朗格缪尔所提出的吸附理论及所推导出的吸附等温式（）。
A. 只能用于化学吸附；
B. 只能用于物理吸附；
C. 适用于与单分子层吸附；
D. 适用于任何物理吸附和化学吸附。
五、填空题
1. 弯曲液面的附加压力ΔP与液体的表面张力及曲率半径的关系为ΔP=________。
2. 通常以接触角θ值的大小来衡量液体对固体表面的润湿程度,若θ小于90°,称为_______________ 。
3. 在25℃下，于100kPa的大气中，当某溶液形成半径为r 之液滴时，液滴内的压力为150kPa。若在同温、同压下的空气中，将该溶液吹成一半径为r 的气泡时，则该气泡内气体的压力为。（不考虑重力的影响）
4. 如下图所示，管中液体对毛细管完全润湿，当在毛细管的右端加热时，则液体向
移动。（左或右）
5. 兰格缪尔( Langmuir)的吸附理论只适用于 吸附。
7. 分散在大气中的小液滴和小气泡，或者毛细管中的凸液面和凹液面，所产生的附加压力的方向均指向于 。
8. 如下图所示，该U 型管的粗、细两管的半径分别为0.05cm 和0.01cm 。若将密度ρ=0.80 g.cm -3的液体注入U 型管中，测得细管液面比粗管的液面高?h =2.2cm ，利用上述数据便可求得该液体的表面张力γl = 。设该液体能与管壁很好的润湿，即θ=0°。
9. 将同样量的两小水滴中之一灌在玻璃毛细管中，该水滴能很好的润湿管壁，而另一小水滴则放在荷叶上，若两者均放在同温度的大气中，则最先蒸发掉的是 。
10. 固体对气体的吸附有物理吸附和化学吸附之分，原因是 。
11. 同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸气压分别为滴p 、泡p 和平p ，若将三者按大小顺序排列应为 。
12. 将一玻璃毛细管垂直插入某液体中，若该液体对毛细管不润湿，则管内液面呈 形，产生的附加压力的方向指向 ，管内液面 管外平液面。
13. 一般物质当温度升高时，表面张力 ，达到 温度时，表面张力为零。
14. 室温下，水、汞的的表面张力分别为γ(H 2O)= 73 mN.m -1， γ(Hg)= 485 mN.m -1，水-汞的界面张力γ(H 2O/Hg)=375 mN.m -1，则水在Hg 表面上的铺展系数 S = ，表明水 在Hg 表面上铺展。
15. 273K 时，已知某气体在固体吸附剂上的吸附服从Langmuir 吸附规律，实验测得该气体在不同压力下的吸附量V(STP)，以P/V 对P 作图，所得的直线斜率为6×10-3m -3，截距为1.2×109Pa.m -3。则该气体在固体吸附剂上的吸附系数b= 。
16. 在溶剂中加入某溶质B ，能使该溶液的表面张力增大，则该物质的表面浓度 体相浓度，发生负吸附，该溶质为表面 物质。
17. 液体的液滴愈小，饱和蒸气压愈 ；液体中的气泡愈小，气泡内的液体饱和蒸气压愈 。
18. 兰格缪尔单分子层吸附理论的基本假设是 ， ， ， 。
19. 某气体在固体吸附剂上的吸附服从兰格缪尔吸附规律，若在一定温度下已知该气体的吸附速率常数k a =5×10-2 Pa -1.s -1，脱附速率常数k d =104 s -1，则吸附系数b 应是 。
20. 汞在玻璃上的接触角为θ，则表面张力γg-s 与γl-g ，γs-l 间的关系为 。
21. 气体在固体表面吸附的BET 公式是在兰格缪尔理论的基础上发展而得的，它与兰格缪尔理论的最主要区别是认为 。
22. 已知乙醇和玻璃的接触角θ＜90°，将玻璃毛细管下端插入乙醇中，平衡时管内液面呈 形，管中液面 管外液面，附加压力指向 。
23. 往液体①的表面滴加一滴与其不相溶的液体②，两种液体对空气③的表面张力分别为γ1-3和γ2-3，两种液体间的界面张力为γ1-2，则液体②在液体①上铺展的条件是 。
六、计算题
1. 20 ℃时汞的表面张力γ =4.85 ×10 -1 N·m -1 ， 若在此温度及101.325 kPa 时，将半径r 1 = 1 mm 的汞滴分散成半径为 r 2 =10-5 mm 的微小液滴时，请计算环境所做的最小功。
2. 某烧杯深0.1m ，杯中盛满水，底部有一直径d=2×10-6m 的球形汞滴，若已知298K 时汞-水的界面张力
为0.375N ·m -1 ，水的密度ρ=103 kg ·m -3 ，试计算该温度，101.325kPa 下汞滴所受到的压力。
3. 25 ℃半径为1 μm 的水滴与蒸气达到平衡，试求水滴的内外压力差及水滴的饱和蒸气压。已知25 ℃时水的表面张力为71.97×10 -3 N·m -1 ，体积质量(密度)为0.9971 g·cm - 3，蒸气压为 3.168 kPa, 摩尔质量为18.02 g·mol -1。
4. 20℃时汞的表面张力为 483×10 -3 N·m -1，密度为13.55×103 kg·m -3。把内直径为 10 -3 m 的玻璃管垂直插入汞中，管内汞液面会降低多少？已知汞与玻璃的接触角为180°，重力加速度g = 9.81 m ·s -2。
5. 373K 时，水的表面张力γ=0.0589N ?m -1，密度ρ=958.4kg ?m -3，问直径为1?10-7m 的凹形液面上的水蒸气压力为多少？在101.325kPa 外压下，能否从373K 的水中蒸发出直径为1?10-7m 的气泡？
6. 用活性炭吸附CHCl3时，0 ℃时的最大吸附量为93.8 dm 3·kg -1 已知该温度下CHCl 3 的分压力为1.34 ×104 Pa 时的平衡吸附量为82.5 dm 3·kg -1 ，试计算：
（1）朗缪尔吸附定温式中的常数b ；
（2）CHCl 3分压力为 6.67 ×10 3 Pa 时的平衡吸附量。
7. 在某温度下，铜粉对氢气的吸附为单分子层吸附，其具体形式为V a /（cm 3·g -1） = 1.36p / (0.5+p)，式中V a 是氢在铜粉上的吸附量（标况下体积），p 是氢气的压力（Pa ）。求在该温度下，表面上吸满单分子层时的吸附量及铜粉的比表面积。（H 2分子的截面积a m =1.318×10-19 m 2）
8. 已知 1000 K 时，界面张力如下： γ ( Al 2O 3(s)-g ) = 1 N·m -1,
γ ( Ag(l)-g )= 0.92 N·m -1, γ ( Ag(l)-Al 2O 3(s) )= 1.77 N·m -1。 则 1000 K 时，液态银滴在 Al 2O 3(s) 表面能否被液态银润湿？
9. 293K 时，水的表面张力为0.0728 N ?m -1，汞的表面张力为0.483 N ?m -1，汞—水的界面张力为0.375 N ?m -1。试判断水能否在汞的表面上铺展？汞能否在水的表面上铺展？
10. 298.2K 时，乙醇水溶液的表面张力与溶液活度的关系符合下式
24411000.41000.5072.0)m N (a a ---?+?-=?γ
试计算a =0.500时的表面过剩。