物理化學(xué)傅獻(xiàn)彩課后復(fù)習(xí)題答案第十三章表面現(xiàn)象

1、第十一章表面現(xiàn)象復(fù)習(xí)題部分t比表面有哪幾種表示方法？表面張力與表面Gibss自由能有哪些異同點？答：仃）比表面可比用單位質(zhì)最物質(zhì)的表面積表示，血=甩*單位通當(dāng)以m3 - gf表示還可以用單位 ?w體積物質(zhì)的表面積表示為=令,單位為nT'（刃表面張力是在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意單位長度切線的表面收縮力.表面自由髄的 廣義定文為在指定各相應(yīng)變卅不變的情況下,每增加單位表面積時，其熱力學(xué)函數(shù)的增值;狹義的定義是措 在等溫、等壓和組成不變時，每增加單位表面積時體系吉布斯自由能的增值表面張力與表面Gbbs自由能 物理意義不同，單位不同*但具有相同的數(shù)值.B_ _ _ - 厶# 再；T

2、ESS 辭皿:豔賞"隔積:總說鬻臨韻蠢囂鶯 圳襦滴數(shù)不同*因為它們具有不同的表面張力締'常鸚黑豐譽嚴(yán)幾種雌或現(xiàn)帥基本原理'人工降雨'鋤獅中加 囂豊負(fù)鳥黑驚F過曬液'過飽和蒸氣、過緑搭過辭現(xiàn)仙量分析 中的陳化過程;噴灑農(nóng)藥時為何常常要在藥液中加少量表面活性劑祓滴越小，蒸氣壓越大，凹液面曲率半徑為負(fù)答:這些現(xiàn)象都可以用Kelvien公式解式型=Po亙飛泡愈小宅 w氐呦孔逍內(nèi)導(dǎo)曲液面上的蒸氣壓比平面上小$小顆粒的確度比大聯(lián)粒大，等等.A如圖hT所示"在二通活塞的兩端涂上肥皂液關(guān)斷右端通路,在左端吹一個大剋燃后關(guān)閉左端, 在右和-個小忍最后讓左冇兩端

3、相遇.試問當(dāng)將兩管接通后，兩和的大小有何變化勺到何時達(dá)到平薊 許岀變牝的原因及平衡時兩泡的曲率半徑的比值，答:根據(jù)公武A二學(xué),曲率半徑愈小，受到的附加壓力愈大.且附加壓力指向曲面圓心與外壓方向一致.因此兩氣泡連通后，大氣利會變得更大小氣泡會變得更小+直到小氣泡收縮至毛細(xì)管口其液面的曲率半徑與大氣鬼相等時為止*M因系統(tǒng)的Gibbs自由能越低，系統(tǒng)越穩(wěn)定所以物體總有降 懲；低本身表面Gib辰自由能的趨勢請說說純液體、溶液、固體是如圖13T自己的夷面Gibbs白由能前*答:表面積的縮小和表面張力的降低都可以降低系統(tǒng)的Gibbs自由能純液體盡可能縮小表面積液 滴都呈球狀;溶液通過縮小表面積調(diào)節(jié)表面濃度

4、來降低表面能;固體通過吸附來降低表面能.6.為什么小晶粒的熔點比大塊的固體的熔點略低而溶解度卻比大晶粒大？答:因為在體積相同的情況下,分割得越細(xì)比表面積就越大致使微小*子的表面效應(yīng)突出物理化學(xué) 性質(zhì)發(fā)生變化.7 若用CaCCHs）進(jìn)行分解問細(xì)粒CaCQ（s）的分解壓S）與在塊（、心）、啲分解壓5）相比兩者 大小如何？試說明為什么？答:細(xì)粒CaCa（s）的分解壓大.g = d GL （ CaO）+g/CQ） G（ CaCQ紹粒的CaCQ有較大的表面能使滅少又= InK；所以K；增大他正比于圖 13-2所以/to?也增大，即細(xì)粒CaCtt的分解壓大.8. 設(shè)有內(nèi)徑一樣大的a.b.c.d.e. f管

5、及內(nèi)徑比較大的g管 一起插入水中（如圖13-2所示），除f管內(nèi)壁涂有石蠟外，其余 全是潔凈的玻璃管，若a管內(nèi)液面升高為爪試估計其余管內(nèi)的 水面高度？若先將水在管內(nèi)（c,d管除外）都灌到人的島度再讓 其自動下降,結(jié)果又如何？答:b管液面與a管升高,管在管口處稍呈凹形"管 液面處于租細(xì)管下相交處丿管液面低于管外液面管液面幾乎與管外液面相平.（2）a,6,/,g管與（1）相同,f管液面離于人.9. 把大小不等的液滴（或家粒）密封在一玻璃罩內(nèi)，隔相當(dāng)長時間后，估計會出現(xiàn)什么現(xiàn) 答:隔相當(dāng)長時間后，液滴（或薬粒）會聚集在一起.10為什么泉水和井水都有較大的表面張力？當(dāng)將泉水小心注人干燥杯子時，

6、水面會高岀杯面什么？如果在液面上滴一滴肥皂液，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？'1答:因為泉水和井水中含有較多的無機(jī)鹽離子，這些離子都是非表面活性物質(zhì)，會使泉水和井水的亥面 張力增大.較大的表面張力會使水面高出杯面，能使滴在上面的肥皂液起泡."*11. 為什么在相同的風(fēng)力下梅面的浪會比湖面的大？用泡沫護(hù)海堤的原理是什么？答:（1）海水中含有大址的非表面活性物質(zhì)無機(jī)鹽離子，使表面張力增大,因此相同風(fēng)力下海面的浪比 湖面的大.（2）泡沫護(hù)海堤的原理是通過加人表面活性刑使表面張力降低，有助于降低系統(tǒng)的表面自由能而使系 統(tǒng)得以穩(wěn)定.12. 如果某固體的大粒子（半徑RJ在水中形成飽和溶液的濃度為心.微

7、小粒子（半徑為R?）在水中形 成飽和溶液的濃度為固一液界面張力為齊T，試證明飽和溶液濃度與曲率半徑的關(guān)系式為ln£L=2M/l lxci RTp R2 R）式中M為該固體的摩爾質(zhì)量叩為其密度.證朋:對于大塊固體（R=8）與溶液達(dá)平衡時T, p） =土 （人 T.p）+RT In 予半徑為R'的小粒子與溶液達(dá)平衡時伽）=加（人T，P）+RT In 為一得卩（“T、pR）p（s.T,p=RT In Vdp =逬.=RT ln對于半徑為R；和R；的粒子，分別有 羅警=RT吧一得13什么叫表面壓？如何測定？它與通常的氣體壓力有何不同？.答:鋪展的膜在表面上對單位長度的浮片施加的力稱為

8、表面壓其數(shù)值等d舗膜的舀衣血張力之:一 n=/o-/,/o是純水的表面張力是有膜后的表面張力它與通常的氣體壓力不同之處任卜喪曲玉維壓力，是可以直接測定的.NlftjU以用喪1的壓測定儀（Jngmuir廉天平）進(jìn)行雋定一齊14後融角甌義址什么，它的大小受哪些因索形響？如何用接魁角的大小來判斷液體咖體的麗W況？ f.農(nóng)帀F" 4 g*1）當(dāng)系統(tǒng)迖¥衡時存氣液個三相交畀處氣-液界面與面-腋界血之冏的夾角稱為接敵爾.用 #喪示它實際是液體農(nóng)面張力人（與液一固界面張力并_間的夾角.（2）接儺角的大小是由在氣、液、固三相交界處,三種界面張力的相對大小所決定的（3）根據(jù)楊氏潤濕方程3?=

9、血一力如果“m-、則co奶叮eo°,這是完全潤濕的悄況。如果，則1>85>0# <90,固體能被液體所潤血如衆(zhòng)則co*0,Q90°個體不為液體所稠肱15. K面活性刑的效率與能力冇何不同？表面活性劑有哪些主要作用？）： R答：（1）衣面活性劑的效率是新使水的表面張力降低到一定値時所需耍的農(nóng)面活性劑噥度.表面活性劑的能力有時也稱為有效值，是指該表面活性劑能夠把水的表面張力可能降低的程度.（2）表面活性劑的主耍作用有:潤濕作用、起泡作用用溶作用、乳化作用、洗滌作用.16. 什么叫吸附作用？物理吸附與化學(xué)吸附竹何界同點？兩打的根本區(qū)別是什么？答：（1吸附作用超指

10、固體表分子由于受力不平衡，右乘余力場，可以吸附氣體或液體分子.（2）物理吸附的作用力是范徳華力吸附熱類似于氣體液化熱，吸附無選癢性且不穩(wěn)定,吸附既可以是 單分子層又可能是多分子層，吸附速度較快，低溫下就可完成；而化學(xué)吸附的作用力接近于化學(xué)饞力，吸附 坯接近于反應(yīng)熱，有選擇性，吸附很穩(wěn)定，是單分子層吸附，隨著溫度的升高吸附速度加快但物理吸附與化 學(xué)吸附無明確的界限兩類吸附的吸附熱都町以用ClausiusClapeyron公式來計算,Langmuir吸附等溫式（3）兩者的根本區(qū)別在于:物理吸附的作用力是Vander Waals引力，而化學(xué)吸附是在固體表面與吸附 密之間形成了化學(xué)鍵是化學(xué)反應(yīng).17.

11、 為什么氣體吸附在固體表面一般總是放熱的？而確有一些氣一固吸附是吸熱的如Hz（g在玻璃上的吸附，如何解釋這種現(xiàn)象少答:（1）_般化學(xué)吸附和物理吸附都是自發(fā)的，即uvo并ill體被吸勒后運動的自由度減小了，因而 烤也減小了，即ASVO,因為可知AHVO,所以氣仇乃狛在固體表面一般總是放熱的.（2）出（g）在玻璃上的吸附是物理吸附，吸附速度快，活化能仔北肚吸熱的.18試說明同一個氣-固相催化反應(yīng)，為何在不同的壓力下表現(xiàn);”同的反'挪數(shù)？請在符合3一 muir吸附假設(shè)的前提下，從反應(yīng)物和產(chǎn)物分子的吸附性質(zhì)，解釋F列實於事實MH"丿警嚴(yán)表面的 分解呈題級反應(yīng)的特點;MC®在

12、金表面的分解是-級反加OH原子在金表面上的復(fù)合是豎 粉）在金屬鑰上的分解速率由于M（g>的吸附而顯著降低擔(dān)盡管表面被M（g）所飽和但速率'眾扳靄需篇k花鬧爲(wèi)債況題中所述實驗爭實分屬于不同的分應(yīng)歷程例如，實驗歸為單分f mr=l+a加NH®任閃上的分解呈零級反應(yīng).反應(yīng)物的吸附很強(qiáng)】，所以尸-瞬入表面完全為吸附分子所"總 的反應(yīng)斟與反應(yīng)分子在氣相中的壓力無關(guān),而只依賴于被吸附躋分子的反應(yīng)速率如崔 的分壓隨時間而線性地F降.實驗N,O被微弱地吸附在金表面，處于Langmuir吸附等溫線的線性范圍因面瓦尸叫。心。 r=x：OO =（N：ON2O）/>N?O =

13、/>N：O 為一級反應(yīng)實驗6）氫原子在金表面是弱吸附，創(chuàng)=aHpi復(fù)合速率正比于表面上兩個氫原子的碰慷或一氣態(tài)氫 原子與表面上的氫原子的碰撞因而廠=加幾=（幾或廠=軸加如=（砂知）加=60八為二級反應(yīng)實驗產(chǎn)物N：在鉗表面是強(qiáng)吸附嚴(yán)重影響N2在鉗上的分績速率但、的吸附系數(shù)隨表面覆盤度 的增大而減小因此當(dāng)表面被N2接近充滿時，在尚可利用的表面部分、與舊3競爭吸附，即NH3的分 解速率并不為零.19.為什么用吸附法測定固體比表面時被吸附蒸氣的比壓要簽制在。050. 35之間？ BET吸附公 式與Langmuir吸附公式有何不同？試證明BET公式在壓力很小時（即ZP"可還原為Langmuir吸附等 溫式' 總答:（1）當(dāng)比壓小于0.05時壓力太小建立不起多層物理吸附平衡甚至連單分子層物理吸附也遠(yuǎn)未 完全形成表面的不均解剖學(xué)性就顯得突出；比壓大于°昵時，由于毛細(xì)凝聚變得顯著起來，因而破壞了多 層物理吸附平衡.（2）Langmuir吸附公式是一個理想的吸附公式它代表了在均勻表面上吸附分子彼此沒有作用而且 吸附是單分子層情況下吸附達(dá)平衡時的規(guī)律性 BET吸附公式的理論基礎(chǔ)是認(rèn)為表面已經(jīng)吸附了一層分 子之后由于被吸附氣體本身的范氏引力還可以繼續(xù)發(fā)生多分子層的吸附（3）BET公式為p _ 1c_ . pV（Ap） VmC Vmc pt