2023年界面物理化学习题.doc

界面物理化学习题 　 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〕总外表能〔b〕比外表〔c〕液面下的附加压力〔d〕外表张力2. 直径为1×10-2m的球形肥皂泡所受的附加压力为〔外表张力为0.025Nm-1〕〔d〕〔a〕5 Pa 〔b〕10 Pa 〔c〕15 Pa 〔d〕20 Pa思路：因为肥皂泡有内、外两个外表，内面的附加压力是负值，外面的附加压力是正值，故，答案选d。3. 水溶解某物质以后，其外表张力γ与溶质的活度a呈如下关系：式中γ0为纯水的外表张力，A，B为常数，那么溶液外表过剩Γ2为〔c〕〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕思路：，答案选c。4. 298K时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等温式，在苯蒸汽压力为40Pa时，覆盖率θ=0.05，当θ=0.5时，苯蒸汽的平衡压力为〔b〕〔a〕400 Pa 〔b〕760 Pa 〔c〕1000 Pa 〔d〕200 Pa思路：Langmuir公式将条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a的值，然后根据新的覆盖度和a，计算出平衡压力。答案为b。〔要求能够自己推导Langmuir公式〕5. 在298K时，A液的外表张力是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〕0.5倍〔b〕1倍〔c〕2倍〔d〕4倍思路：，代入该公式计算比值，答案选a。6. 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〔c〕〔a〕水从上端溢出〔b〕水面呈凸面〔c〕水面呈凹形弯月面〔d〕水面呈水平面思路：液体具有流动性，Yang-Laplace公式中的半径是可以变化的，不可能出现“井喷〞的情况。7. 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〔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>乙醇水溶液思路：乙醇对水而言是外表活性剂，NaOH对水而言是非外表活性剂。8. 当水中参加外表活性剂后，将发生〔a〕〔a〕正吸附〔b〕负吸附〔c〕正吸附〔d〕负吸附思路：，外表活性剂在水面富集，可以减小外表张力，为正吸附。答案选a。9. 把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许举例，小心地在中间滴一滴肥皂水，那么两纸条间距离将〔a〕〔a〕增大〔b〕缩小〔c〕不变〔d〕以上三种都有可能思路：肥皂是外表活性剂，中间的界面张力减小，因此在两侧的水的界面张力作用下，距离增大。答案选a。10. 水不能润湿荷叶外表，接触角大于90o，当水中参加皂素后，接触角将〔b〕〔a〕变大〔b〕变小〔c〕不变〔d〕无法判断思路：接触角为锐角，说明是可以润湿。答案选b。11. 多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其外表Gibbs自由能将〔b〕〔a〕升高〔b〕降低〔c〕不变〔d〕无法比拟思路：自发过程，故吉布斯自由能减小。答案选b。12. 某气体A2在外表均匀的催化剂〔K〕外表发生解离反响，生成产物B+C，其反响机理为第二步为决速步，当A2(g)压力较高时，反响表现的级数为〔d〕〔a〕一级〔b〕二级〔c〕0.5级〔d〕零级思路：因为第二步是决速步，所以速率方程写为：是中间吸附态，根据稳态近似法，求解AK的平衡浓度，代入上面的速率方程表达式，得当初始压强很大的时候，上式简化为，反响速率为一恒定值，所以为0级反响。13. 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〕〔a〕增大〔b〕减小〔c〕不变〔d〕无法判定思路：外表积增大，是混乱度增加的过程，所以熵增。答案选a。14. 微小晶体与普通晶体相比拟，性质不正确的选项是〔d〕〔a〕微小晶体的饱和蒸汽压大〔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思路：考察Kelvin公式。15. 气相中的大小相邻液泡相碰，两泡将发生的变化是〔a〕〔a〕大泡变大，小泡变小〔b〕大泡变小，小泡变大〔c〕大泡、小泡均不变〔d〕两泡将别离开思路：根据Yang-Laplace公式，气泡越小，所受的附加压力越大。小的变小，大的变大。答案选a。16. 外表活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的选项是〔c〕〔a〕增溶作用可以是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思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在胶束内，该过程不是溶解过程，而是自发的包裹聚集。17. Langmuir吸附等温式满足的条件下，以下不恰当的是〔c〕〔a〕固体外表是均匀的〔b〕吸附质分子之间相互作用可以忽略不计〔c〕吸附是多分子层的〔d〕吸附热不随吸附量改变思路：Langmuir吸附是单分子层吸附。18. 对于物理吸附的描述中，不正确的选项是〔d〕〔a〕吸附力来源于Van Der Waals力，其吸附一般不具有选择性〔b〕吸附层可以是单分子层或多分子层〔c〕吸附热较小〔d〕吸附速率较小思路：物理吸附，吸附的快，脱附也容易。19. H2的解离能为436kJmol-1，用气态H原子在清洁的W外表上进行化学吸附时放热293kJmol-1。假设用1mol H2在W外表上全部进行解离吸附，估计其吸附热约为〔c〕〔a〕-150kJmol-1〔b〕586kJmol-1〔c〕150kJmol-1〔d〕-143kJmol-1思路：吸热取正号，放热取负号。20. 称为催化剂毒物的主要行为是〔d〕〔a〕和反响物之一发生化学反响〔b〕增加逆反响的速率〔c〕使产物变得不活泼〔d〕占据催化剂的活性中心思路：毒化的机理是催化剂外表的活性中心被毒物占领。填空题1. 20oC，101.325kPa下，把一半径R1=5mm的水珠分散成R2=10-3mm的小水滴，那么小水滴的数目为1.25×1011个，此过程系统ΔG=0.1143J。20oC时，水的外表张力γ=7.275×10-2Nm-1。思路：，计算得，n=1.25×1011。，在恒温、恒压条件下，，计算得0.1143J。2. 20oC，101.325kPa的标准大气压力下，在液体水中距液面0.01m处形成半径为1mm的小气泡时，气泡内气体的压力为p=1.0157×105Pa。思路：因为凹液面的附加压力是负值，所以当形成这个气泡时，为了抵消这个负的附加压力，其内部压强应该是3. 同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸汽压分别是p滴，p泡和p平，假设将三者按大小顺序排列应为p滴>p平>p泡。思路：考察Yang-Laplace公式。4. 液态汞的外表张力γ=[0.4636+8.32×10-3T/K-3.13×10-7(T/K)2]Nm-1，在400K时，汞的0.5137Jm-2。思路：，将上述两个等式联立，有，〔参看教材316页〕5. T=298K时，水-空气外表张力γ=7.17×10-2Nm-1，。在T，p时，可逆地增加2×10-4m2外表，对系统所做的功W=1.434×10-5J，熵变ΔS=3.14×10-8J。思路：因为所以6. 300K时，水的外表张力γ=0.0728Nm-1，密度ρ=0.9965×103kgm-3。在该温度下，一个球形水滴的饱和蒸汽压是相同温度平面水饱和蒸汽压的2倍，这个小水滴的半径是1.52×10-9m。思路：Kelvin公式：解得7. 从吸附的角度考虑，催化剂的活性取决于吸附强度，一个良好的催化剂应是中等吸附强度。8. 一般来说，物理吸附的吸附量随温度增高而降低，化学吸附的吸附量随温度增高而先增加，后降低。三、计算题1. 在一封闭容器底部钻一个小孔，将容器浸入水中至深度0.40m处，恰可使水不浸入孔中。298K时水的外表张力为7.2×10-2Nm-1，密度为1.0×103kgm-3，求孔的半径。解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡时，其外表的附加压力应等于外面液体的压强，即计算得，R’=3.6×10-5m。2. 室温时，将半径为1×10-4m的毛细管插入水与苯的两层液体之间，水在毛细管内上升的高度为0.04m，玻璃-水-苯的接触角为40o，水和苯的密度分别为1×103kgm-3和8×102kgm-3，求水与苯间的界面张力。解：根据公式：计算得，3. 水在293K时的外表张力为0.072Nm-1，摩尔质量为0.018kgmol-1，密度为1×103kgm-3，273K时水的饱和蒸汽压为610.5Pa，在273~293K温度区间内的水的摩尔汽化热为40.67kJmol-1，求在293K时，半径为10-9m水滴的饱和蒸汽压。解：用Kelvin公式计算液滴的饱和蒸汽压，但是题目中没有告诉298K时，液体平面对应的饱和蒸汽压。题目中给出了摩尔汽化热，所以可以用克-克方程来计算293K对应的液体平面上的饱和蒸汽压。解得，再代入Kelvin公式：解得，293K下，半径为1nm的液滴外表的饱和蒸汽压为4. 291K时，各种饱和脂肪酸水溶液的外表张力γ与其活度a的关系式可表示为是纯水的外表张力，该温度下为0.07286Nm-1，常数A因酸不同而异，b=0.411，试求：该脂肪酸的Gibbs吸附等温式；当a>>A时，在外表的紧密层中，每个脂肪酸分子的截面积。解：〔1〕Gibbs吸附等温式公式：先把外表张力的公式进行变换，得因此，外表超量为〔2〕当a>>A时，因此，单个脂肪酸分子的截面积为，即3.09×10-19m2。5. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等温式，在273K时饱和吸附量为0.0938m3kg-1。CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为0.0825m3kg-1。试求：〔1〕Langmuir吸附等温式中的常数a。〔2〕当CHCl3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。解：〔1〕Langmuir吸附等温式将条件代入公式，计算得〔2〕根据上述a的值，计算得出分压为6.67kPa时的覆盖度为0.7842。因为饱和吸附量，所以用饱和吸附量乘以覆盖度即得在该分压下的平衡吸附量，为0.0736m3kg-1。6. 在正常沸点时，如果水中仅含有直径为10-6m的空气泡，问这样的水开始沸腾，需过热多少度？水在373K时的外表张力γ=0.05890Nm-1，摩尔蒸发焓ΔvapHm=40656Jmol-1。解：因为凹面气泡的附加压力是负值，所以尽管到达了沸点，但是气泡内部的实际压强仍小于这个值。为了沸腾，需要继续吸收热量，直至抵这局部取负号的附加压力。又水的摩尔蒸发焓，可以用克-克方程求解需要升高的温度。代入数据，解得T=411K，因此，需要继续升高38K。