合肥工业大学-物理化学习题-第十章、界面现象合并说课材料.ppt

合肥工业大学合肥工业大学- -物理化学物理化学习题习题- -第十章、界面现象第十章、界面现象合并合并γlgls < 90 s slDAA00-7-152 9 如图在毛细管中装入润湿性液体如图在毛细管中装入润湿性液体, 当在毛细管左端加热时当在毛细管左端加热时, 则管内液体将则管内液体将 _____. A. 向左移动向左移动 B. 向右移动向右移动 C. 不发生移动不发生移动 D. 来回移动来回移动加热加热 7 表面活性物质最重要的一个特征是表面活性物质最重要的一个特征是_______ . A. 表面张力大表面张力大 B. 分子量很大分子量很大, 易被吸附易被吸附 C. 吉布斯吸附量为大的正值吉布斯吸附量为大的正值 D. 吉布斯吸附量为大的负值吉布斯吸附量为大的负值 C 8 气固相反应气固相反应 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)已达平衡已达平衡. 在其它在其它条件不变情况下条件不变情况下, 把把CaCO3(s)的颗粒变得极小的颗粒变得极小, 则平衡则平衡___. A. 向左移动向左移动 B. 向右移动向右移动 C. 不移动不移动BB00-7-153 10 天空中有大小不等的小水滴天空中有大小不等的小水滴, 在运动中在运动中, 这些水滴的变化趋这些水滴的变化趋势是势是_____ . A. 大水滴分散成小水滴大水滴分散成小水滴, 半径趋于相等半径趋于相等 B. 大水滴变大大水滴变大, 小水滴缩小至消失小水滴缩小至消失 C. 大小水滴的变化没有规律大小水滴的变化没有规律 D. 不会有什么变化不会有什么变化 11 摩尔浓度相同的下列各物质的稀水溶液中摩尔浓度相同的下列各物质的稀水溶液中, 含含____的溶液的溶液表面张力最大表面张力最大, 而而_____是其中较好的表面活性剂是其中较好的表面活性剂. A. 硫酸硫酸 B. 硬脂酸硬脂酸 C.甲酸甲酸 D. 苯甲酸苯甲酸A 12 适宜于作油水型适宜于作油水型(O/W)乳化剂的乳化剂的HLB值的范围是值的范围是____ ; 适适宜作水油型宜作水油型(W/O)乳化剂的乳化剂的HLB值的范围是值的范围是______ . A. 2~6 B. 8~10 C. 6~12 D. 12~18DABB00-7-154 14 固体表面上对某种气体发生单分子层吸附固体表面上对某种气体发生单分子层吸附, 吸附量将随气吸附量将随气体压力增大而体压力增大而 ____ . A. 成比例增加成比例增加 B. 成倍增加成倍增加 C. 逐渐趋于饱和逐渐趋于饱和 D. 恒定不变恒定不变C 15 BET公式区别于朗格缪尔公式的主要之处是公式区别于朗格缪尔公式的主要之处是 ____ . A. 吸附为单分子层吸附为单分子层 B. 吸附为多分子层吸附为多分子层 C. 吸附为动态平衡吸附为动态平衡 D. 吸附剂表面均匀吸附剂表面均匀B 13 微小晶体与普通晶体相比较微小晶体与普通晶体相比较, 下列结论中下列结论中___ 是错误的是错误的. A. 微小晶体的蒸气压较大微小晶体的蒸气压较大 B. 微小晶体的熔点较低微小晶体的熔点较低 C. 微小晶体的溶解度较大微小晶体的溶解度较大 D. 微小晶体的溶解度较小微小晶体的溶解度较小D00-7-155 1 比表面比表面Gibbs函数的定义式为函数的定义式为 ______________________. 2 引起各种过饱和现象引起各种过饱和现象(例如蒸气的过饱和例如蒸气的过饱和, 液体的过冷或过热液体的过冷或过热, 溶液的过饱和等溶液的过饱和等)的原因是的原因是 ____________________________________________________ . 3 将一根毛细管插入液体中将一根毛细管插入液体中, 从毛细管上端吹气从毛细管上端吹气, 由下端缓慢由下端缓慢逸出逸出, 对气体施加的最大压力为对气体施加的最大压力为 _________________________ .生成的新相是高度分散的生成的新相是高度分散的, 表表面积大面积大, 表面表面Gibbs函数大函数大00-7-156 4 已知某溶质溶于水后已知某溶质溶于水后, 溶液表面张力溶液表面张力  与浓度与浓度c的关系为的关系为   =  0－－aln(1 + bc), 其中其中 0为纯水表面张力为纯水表面张力, a,b为常数为常数, 则此溶则此溶液中溶质的表面超量液中溶质的表面超量 与浓度与浓度c的关系为的关系为 __________________ . 5 在有机物溶液的分馏或蒸馏实验中在有机物溶液的分馏或蒸馏实验中, 常要往液体里加一些沸常要往液体里加一些沸石石, 其目的是其目的是: ______________________________________. 6 有两块玻璃板和两块石腊板当中均夹有水有两块玻璃板和两块石腊板当中均夹有水, 欲将两种板分开欲将两种板分开, ______板会更费劲板会更费劲, 这是因为这是因为 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ .使微小气泡易于生成使微小气泡易于生成, 降低液体过热程度降低液体过热程度. 玻璃玻璃 水能润湿玻璃水能润湿玻璃, 分开玻璃板时分开玻璃板时新产生大面积的水新产生大面积的水-空气界面空气界面, 因为水的比表面因为水的比表面Gibbs函数较大函数较大,所以外界须提供较大的功所以外界须提供较大的功; 而分开石腊板时水因不能润湿石腊而分开石腊板时水因不能润湿石腊而自动缩成球滴而自动缩成球滴, 新产生的水的表面小新产生的水的表面小 00-7-157 7 图图示示一一带带活活塞塞的的玻玻璃璃管管两两端端分分别别有有一一大大一一小小的的肥肥皂皂泡泡 . 现现将将活活塞塞打打开开 , 若若肥肥皂皂泡泡不不会会马马上上破破裂裂 , 将将 会会 出出 现现 _________________的的现现象象 , 这这是是因因为为 _________________________________________________________ . 9 实践表明实践表明, 水磨米粉比干磨米粉细得多或省劲得多水磨米粉比干磨米粉细得多或省劲得多, 这是因这是因为为 __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________. 8 上题中的变化将进行到上题中的变化将进行到 _______________________________________________________________________________ .大泡变大, 小泡变小湿磨产生的新表面是湿磨产生的新表面是粉粉|水水界面界面, 干磨形成的是干磨形成的是粉粉|空气空气界面界面, 前者的界面前者的界面Gibbs函数比后者小很多函数比后者小很多, 故在外界做等量功的情故在外界做等量功的情况下况下, 湿磨能获得更多的湿磨能获得更多的粉粉|水水界面界面, 即得到的米粉细得多即得到的米粉细得多; 而要而要获得相同粒度的米粉获得相同粒度的米粉, 湿磨需要的功小得多湿磨需要的功小得多, 即省劲得多即省劲得多.两泡的曲率半径相等为止两泡的曲率半径相等为止, 此时此时小泡缩至玻璃管口处小泡缩至玻璃管口处, 其曲面不足半个球面但不至于消失其曲面不足半个球面但不至于消失小泡曲率半径较小, 泡内气体受到较大的附加压力而向大泡迁移00-7-158 12 有人设计如图所示的有人设计如图所示的“永动机永动机”, 不断不断上升的液体在未达最高点之前就折回并滴下上升的液体在未达最高点之前就折回并滴下, 推动小涡轮转动推动小涡轮转动. 这种这种“永动机永动机”不可能造不可能造成的原因是成的原因是 ________________________________________________________________________________________________________________________________. 11 已知已知20℃时时, 水水|空气界面张力为空气界面张力为7.28 10－－2 N m－－1, 当在当在20 ℃和常压下可逆地增大水的表面积和常压下可逆地增大水的表面积4cm2, 需做功需做功___________J.2.91 10－－5 10 在某盐的过饱和溶液中在某盐的过饱和溶液中, 不慎落入一小尘埃不慎落入一小尘埃, 结果使溶液很结果使溶液很快析出结晶盐快析出结晶盐. 可以推断界面张力可以推断界面张力 尘尘|盐盐____  尘尘| 液液, 理由是理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.<在相变开始的瞬间在相变开始的瞬间, 主要是界面主要是界面Gibbs函数的减小而不是相变函数的减小而不是相变本身引起的本身引起的Gibbs函数的减小起作用函数的减小起作用, 亦即新形成的尘亦即新形成的尘|盐界面盐界面和盐和盐|液界面的总界面张力应小于同步消失的尘液界面的总界面张力应小于同步消失的尘|液界面张力液界面张力.毛细上升的动力在于凹液面下的附毛细上升的动力在于凹液面下的附加压力加压力, 而在液滴脱离管口的过程中而在液滴脱离管口的过程中, 凹液面凹液面曲率半径增大曲率半径增大, 附加压力随之减小附加压力随之减小, 当减小到当减小到与静压差相等时就达平衡与静压差相等时就达平衡本章完本章完00-7-159计算表面功例 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 r1 = 1 mm的汞滴分散成半径为 r2 =10－5 mm 的微小液滴时, 请计算环境所做的最小功. 因为T, p 恒定, 所以γ为常数, 环境所做的最小功为可逆过程表面功W, 设 A1, A2分别为汞滴分散前后的总面积, N为分散后的汞的滴数, 则: 毛细高度例 20℃时, 汞的表面张力为 483×10-3 N·m-1, 密度为13.55×10 3 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. 管内汞面会降低管内汞面会降低 0.0145 m.最大泡压法测表面张力，附加压力例 泡压法测定丁醇水溶液的表面张力. 20℃实测最大泡压力为 0.4217kPa, 20℃时测的水的最大泡压力为0.5472 kPa, 已知20℃时水的表面张力为72.75×10－3 N·m－1, 请计算丁醇溶液的表面张力.  p(最大最大)压入空气压入空气设p1, p2, γ1, γ2 分别为丁醇溶液及水的最大泡压力与表面张力. 根据拉普拉斯公式可知: 实验使用同一根毛细管实验使用同一根毛细管, r为定值为定值, 故故 开尔文方程例 25 ℃半径为1 m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, 密度为0.9971g·cm-3, 蒸气压为 3.168 kPa, 摩尔质量为18.02 g·mol －1. 分散度对分解压力的影响, 开尔文公式例例 已知已知CaCO3在在773.15K时的密度为时的密度为3900kg m- -3, 表面张力为表面张力为 1210  10－－3 N m- -1, 分解压力分解压力101.325Pa. 若将若将CaCO3研磨成半径研磨成半径为为30nm的粉末的粉末, 求其在求其在773.15K时的分解压力时的分解压力. 一定温度下的分解压力是指分解产物一定温度下的分解压力是指分解产物CO2的平衡压力的平衡压力. 此此分解压力与反应物的分散度即颗粒半径之间的关系可用开尔文分解压力与反应物的分散度即颗粒半径之间的关系可用开尔文公式表示公式表示, 即即朗缪尔吸附等温式例例 已知在已知在273.15K时时, 用活性碳吸附用活性碳吸附CHCl3, 其饱和吸附量为其饱和吸附量为93.8 dm3 kg- -1, 若若CHCl3的分压为的分压为13.375kPa, 其平衡吸附量为其平衡吸附量为82.5 dm3 kg- -1. 求求: (1)朗缪尔吸附等温式中的朗缪尔吸附等温式中的 b 值值;(2) CHCl3的分压为的分压为6.6672kPa时时, 平衡吸附量为若干平衡吸附量为若干?(1) Va = Vam bp / (1 + bp) Vam = 93.8 dm3 kg－－1; p =13.375kPa, Va = 82.5 dm3 kg- -1得得 b = [82.5/{13.375  (93.8－－82.5)}] kPa- -1 ＝＝0.5459 kPa- -1 (2) 当当p = 6.6672kPa时时, Va = Vam bp / (1+bp) = {93.8  0.5459 6.6672/(1+0.5459 6.6672)} dm3 kg- -1 = 73.58dm3 kg－－1 朗缪尔吸附等温式例 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 Va /cm3(STP)·g-1 = 1.36p / (0.5Pa + p), 式中Va 是氢在铜粉上的吸附量, 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1 g 铜粉的表面积. ( H2分子的截面积 Am = 1.318 ×10-19 m2 )将 Va /cm3·g-1 = 1.36p / (0.5Pa + p) 变为:朗缪尔吸附等温式例例 在在291.15K的恒温条件下的恒温条件下, 用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸, 在不同的平衡浓度下在不同的平衡浓度下, 每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下:103c/(mol dm- -3) 2.02 2.46 3.05 4.10 5.81 12.8 100 200 500 na /(mol kg- -1) 0.202 0.244 0.299 0.394 0.541 1.05 3.38 4.03 4.57将上述数据关系用朗缪尔等温式表示将上述数据关系用朗缪尔等温式表示, 并求出式中常数并求出式中常数nam 及及 b. 以以 1/ na 对对 1/c 作图作图, 应得一条直线应得一条直线, 由直线的截距和斜率可由直线的截距和斜率可求得求得 nam 和和 b.c-1/(mol-1dm3) 495.0 406.5 327.9 243.9 172.1 78.13 10.0 5.0 2.0 na-1/(mol-1kg) 4.950 4.098 3.344 2.538 1.848 0.952 0.296 0.248 0.2193.05.04.02.01.00 100 200 300 400 500c－1/(mol－1dm3)na -1/(mol-1 kg)由图可得由图可得:截距截距 = nam - -1/(mol- -1 kg) = 0.19斜率斜率 = (nam b)- -1/(dm3 kg- -1) = 9.60  10- -3 求得求得 nam = 5.26 mol kg－－1 b =19.8 dm3 mol－－1 朗缪尔吸附等温式为朗缪尔吸附等温式为BET公式例例 假设某气体在固体表面上吸附平衡时的压力假设某气体在固体表面上吸附平衡时的压力p 远小于该吸附远小于该吸附质在相同温度下的饱和蒸气压质在相同温度下的饱和蒸气压p*. 试由试由BET吸附等温式吸附等温式:导出朗缪尔吸附等温式导出朗缪尔吸附等温式 :因因p<

lg(c/moldm-3) 2.55 2.21 1.59 1.30 0.971 0.550 0.130lg{na/(molkg－1)} －0.570 －0.450 －0.200 －0.110 0.0828 0.190 0.3400.50.30.1－－0.1- -2.5 - -2.0 - -1.5 - -1.0 - -0.5 0－－0.3－－0.5ig{na/(molkg－1)}lg(c /moldm-3)由图可得: 斜率n = 0.38; 截距 = lg(k/molkg-1) = 0.40得k = 2.51 molkg-1吸附等温式为 na = 2.51molkg-1 {c/(moldm-3)}0.38求接触角例例 293.15K时时, 乙醇乙醇- -水水, 乙醚乙醚- -汞及水汞及水- -汞的界面张力分别为汞的界面张力分别为0.0107, 0.379及及0.375N m- -1, 若在乙醚与汞的界面上滴一滴水若在乙醚与汞的界面上滴一滴水, 试求其接触角试求其接触角. (水水-乙醚乙醚) (水水-汞汞) (乙醚乙醚-汞汞) 乙醚乙醚汞汞水水由杨氏方程知由杨氏方程知   (乙醚乙醚-汞汞) =  (水水-汞汞) +  (水水-乙醚乙醚)cos  cos  = { (乙醚乙醚-汞汞) －－  (水水-汞汞)} /  (水水-乙醚乙醚) = (0.379－－0.375) / 0.0107 = 0.3738   = 68.05º吉布斯溶液表面吸附例 25℃时乙醇水溶液的表面张力随乙醇浓度的变化关系为: γ /10－3N·m－1 = 72－0.5(c /c)＋0.2 (c/c)2试分别计算乙醇浓度为0.1mol·dm-3和 0.5mol·dm-3时, 乙醇的表面吸附量(c = 1.0 mol·dm－3) 由吉布斯溶液等温吸附理论由吉布斯溶液等温吸附理论, 表面吸附量为表面吸附量为:= {－0.5 + 0.4( c/c)}×10－3N·m－1/mol ·dm－3c = 0.1 mol·dm-3时,c = 0.5 mol·dm-3时, 2 = 60.5×10-9 mol·m-2 吉布斯溶液表面吸附例例 292.15K时时, 丁酸水溶液的表面张力可以表示为丁酸水溶液的表面张力可以表示为γ=γ0 – aln(1 + bc)式中式中γ0 为纯水的表面张力为纯水的表面张力, a 和和 b皆为常数皆为常数.(1) 试求该溶液中丁酸的表面过剩量试求该溶液中丁酸的表面过剩量   和浓度和浓度 c 的关系的关系.(2) 若已知若已知a =13.1 10－－3 N m－－1, b =19.62 dm3 mol- -1, 试计算当试计算当 c = 0.200mol dm- -3 时的表面过剩量时的表面过剩量   为若干为若干?(3) 当丁酸的浓度足够大当丁酸的浓度足够大, 达到达到bc >>1时时, 表面过剩量表面过剩量 m 为若干为若干? 设设此时表面上丁酸成单分子层吸附此时表面上丁酸成单分子层吸附, 试计算在液面上每个丁酸分试计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为若干子所占的截面积为若干?　　进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起　　进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。

蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品　　记忆中的故那一把蒲扇蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉孩子们却在周下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇强子，别跑了，快来我给你扇扇”孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。

取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表我国已有三千年多年的历史取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即面光滑，因而，古人常会在上面作画古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，圆，轻巧又便宜的蒲扇　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅长的时间隧道，袅结束。