中南大学研究生考试试卷 2009— 2010学年二学期期末考试试题时间110分钟 表面物理化学化学课程32学时2.0学分考试形式：开卷 专业班级：姓名学号 卷面总分100分，占总评成绩 70 %，卷面得分 一、选择题(每小题2分，共20分) 1.液体表面最基本的特性是（ A ） A.倾向于收缩 B.倾向于铺展 C.形成单分子吸附层 2.若将液体与毛细管壁间的接触角近似看作0°，则液体在毛细管中的液面可以看作（ C ） A.凹型 B.凸型 C.球面 3.下列方程均为计算液a/液b界面张力γab的经验公式，其中Fowkes公式为（ C ） A.γab =γa -γb B.γab =γa + γb -2（γaγb）1/2 C.γab =γa + γb -2（γa dγb d）1/2 4.吊片法测定液体表面张力时，要求尽可能采用表面粗糙的吊片材料，其目的是（ A ） A.改善液体对吊片的润湿使θ接近于0° B. 改善液体对吊片的润湿使θ接近于90° C.改善液体对吊片的润湿使θ接近于180° 5.溶液中溶剂记为1、溶质记为2，则吸附量Γ2(1)的含义为（ C ） A.单位面积表面相与含有相等总分子数的溶液相比较，溶质的过剩量 B.单位面积表面相与含有等量溶质的溶液相比较，溶剂的过剩量 C.单位面积表面相与含有等量溶剂的溶液相比较，溶质的过剩量 6.C12H25SO4Na（1）、C14H29SO4Na（2）、C16H33SO4Na（3）三种物质在水表面吸附达到饱和状态时，三种物质分子在表面所占面积a m存在下列关系（ B ） A. a m,1> a m,2> a m,3 B. a m,1≈a m,2≈a m,3 C. a m,1< a m,2< a m,3 7.苯在水面上先迅速展开后又自动收缩成为小液滴漂浮在水面上，用于描述苯液滴形状的表化专业术语是（ C ） A.二维液膜 B.多分子层 C.透镜 8.下列说法中不正确的是（ C ） A.任何液面都存在表面张力 B.平面液体没有附加压力 C.弯曲液面的表面张力方向合力指向曲率中心 D.弯曲液面的附加压力指向曲率中心 9.运用过滤手段进行溶胶净化的目的是（ B ） A.除掉反应过程中过量的副产物 B.除掉过量的电解质 C.除掉溶胶体系中的粗离子 10.对于胶体体系下列说法正确的是（ B ） A.电解质引发胶体体系聚沉的主要原因是使扩散层变厚 B.低浓度的聚合物可以使胶体体系发生聚沉，而高浓度的聚合物却可以使胶体体系稳定 C.胶体体系属于热力学多相体系，由于界面自由能显著，所以无论采取何种措施都不可 能获得相对稳定的胶体溶液 二、填空题(每小题2分，共20分) 1.液-固润湿过程有_沾湿_ ,_ 浸湿_ , _铺展_ . 2.固体自溶液中吸附时，极性吸附剂易于从非极性溶液中吸附__极性_____物质，而非极 性吸附剂易于从极性溶液中吸附__非极性____物质。
表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固 ?表面浓度 ?分散度 ?表面形貌非均匀性 原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。 ?位错密度 ?表面粗糙度： ?原矢 ?米勒指数（miller index）
?晶面间距d hkl ? 表面原子最近邻数100110111 Fcc879 Bcc464 Sc543? ?表面自由能 ?减小表面能的方法 ?表面原子重排机理 1：表面弛豫作用 2：表面相转变 3：吸附对纯净底物表面结构的影响 层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组?内外表面 内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面 比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量
1.固体表面性质简介 固体表面的性质 结构特征：不同的位置有不同的性质 表面运动：气体分子表面撞击速度R=P/2蟺mkT1/2； 表面扩散系数（爱因斯坦方程）：D=x2/2t 外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g 粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上 化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度R 相界面（Gibbs界面） 表面热力学函数 其他类推：S，G，G s 比表面自由能及温度的关系 ; ; Van der Waals and Guggenheim Equation: Where: T c为临界温度；为0Kし的表面张力 ； 固体表面能的理论估算 金属表面张力估算 ； 偏析作用 来自晶体或固溶体中的杂质或溶质在界面聚集的现象
物理化学表面现象练习题 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毫无联系的概念。 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低的表面吉布斯自由能。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入到溶液中，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。 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) 物理意义不同，单位不同。 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下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，
1.Introduction ?表界面的分类：气-液；气-固；液-液；液-固；固-固 ?表面浓度 ?分散度 ?表面形貌非均匀性 原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。 ?位错密度 ?表面粗糙度： ?原矢
?米勒指数（miller index） ?晶面间距d hkl ? ? ?表面自由能 ?减小表面能的方法 ?表面原子重排机理 1：表面弛豫作用
2：表面相转变 3：吸附对纯净底物表面结构的影响 层间距的变化；重组的表面结构的变化；吸附原子可以诱导表面重组 内外表面 内表面：多孔或多层材料，孔内或层间的表面 比表面积：单位质量材料的表面积；用BET方法测量 2.固体表面性质简介 固体表面的性质 结构特征：不同的位置有不同的性质 表面运动：气体分子表面撞击速度蟺； 表面扩散系数（爱因斯坦方程）： 外延生长原子的运动流程：a沉积/吸附在平台上-deposition；b沉积在原子岛上；c平台上扩散-diffusion；d脱附-desorption；e成核-nucleation；f交互扩散-interdifusion；g 粘附在平台上-attachment；h从平台上脱离-detachment；i：粘附在台阶上 化学性质：表面浓度依赖于气体分子撞击速度R 相界面（Gibbs界面） 表面热力学函数 其他类推：S，G，G s 比表面自由能与温度的关系 ; ; Van der Waals and Guggenheim Equation:
表面物理化学习题集和答案解析
一、选择题 1. 下列说法中不正确的是：( C ) (A) 生成的新鲜液面都有表面张力 (B) 平面液体没有附加压力 (C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心 2. 水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ） (A)(A)大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定 3. 一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水 的表 面张力为 0.072 N·m-1。如用这个 U 型管装上水来测量压力，将引入的误差 为： ( B ) (A) 72 Pa (B) 192 Pa (C) 96 Pa (D) 288 Pa 4. 低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进行催化转化反应, 其机理为： A(g) ＋ K A K ─→ B(g) ＋ K 第一步是快平衡, 第二步是速控步, 则该反应表观为几级? ( B ) (A) 零级 (B) 一级 (C) 二级 (D) 无级数 5 .表面过程中ΔG（表面）= -W'的充要条件除了等温等压外，还有：( D ) A，不做其它功； B，热力学可逆； C，组成不变； D，是B和C。
6. 物质表面张力的值与：( C ) A，温度无关； B，压力无关； C，表面大小无关； D，另一相物质无关。 7. 以P平、P凸、P凹分别表示平面、凸面、凹面液体上的饱和蒸汽压，三者关系为：( B ) A，P平>P凹>P凸； B，P凸>P平>P凹； C，P凸>P凹>P平； D，三者相同。 8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D ) A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致； B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小； C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大； D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成 9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B ) A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角 1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A ) A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。 11. Langmuir吸附形式之一：θ=bp/(1+bp),它不适用于：( C )
０引言 ２００７年１０月１０日，瑞典皇家科学院宣布将２００７年度诺贝尔化学奖授予德国科学家ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ［１］（图 １），以表彰他对 “固气界面基本分子过程的研究”所做出的杰出贡献［２］。 ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ现年７１岁，１９３６年生于德国斯图加 特，１９６５年获得慕尼黑技术大学（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｕｎｉｃｈ）物理化学博士学位。此后，他一直致力于研 究发生在固体表面的物理和化学反应过程。ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ在１９７３－１９８６年担任路德维希－马克西米利安大学（ＬｕｄｗｉｇＭａｘｉｍｉｌｉａｎｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）教授及该校物理化学研究所所长。１９８６年至２００４年出任德国马普学会弗里茨－哈伯研究所（Ｆｒｉｔｚ－Ｈａｂｅｒ－ＩｎｓｔｉｔｕｔｄｅｒＭａｘ－Ｐｌａｎｃｋ－Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ）所长，２００４年至今，仍在该所从事科学研究工作，担任该所的名誉教授。 ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ的研究工作是围绕着气体分子与固体 收稿日期：２００７－１１－２０ 作者简介：马秀芳，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，研究方向为表面化学物理； Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｕｆａｎｇｍａ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 李微雪（通讯作者），中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，研究员，研究方向为表面催化； Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｘｌｉ＠ｄｉｃｐ．ａｃ．ｃｎ 固体表面化学过程 ———２００７年度诺贝尔化学奖成果简介 马秀芳１，２，邓辉球２，李微雪１ １．中国科学院大连化学物理研究所，催化基础国家重点实验室，大连１１６０２３２．湖南大学物理与微电子科学学院，长沙４１００８２ ［摘要］瑞典皇家科学院将２００７年度诺贝尔化学奖授予德国科学家ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ，以表彰他在固体表面化学过程研究中做出的开拓性贡献。ＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌ不仅成功地描述了合成氨、ＣＯ氧化、Ｈ在金属表面的吸附等基本化学反应的具体过程，而且建立的一套表面化学研 究方法，奠定了现代表面化学研究的基础。 ［关键词］诺贝尔化学奖；合成氨；ＣＯ氧化［中图分类号］Ｏ６４７，Ｏ６－０９［文献标识码］Ａ ［文章编号］１０００－７８５７（２００７）２４－００２５－０５ ＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓｏｎＳｏｌｉｄＳｕｒｆａｃｅｓ —Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅ２００７ＮｏｂｅｌＰｒｉｚｅｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ ＭＡＸｉｕｆａｎｇ１，２，ＤＥＮＧＨｕｉｑｉｕ２，ＬＩＷｅｉｘｕｅ１ １．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ，ＤａｌｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，ＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ２００７ＮｏｂｅｌＰｒｉｚｅｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙｉｓａｗａｒｄｅｄｂｙｔｈｅＲｏｙａｌＳｗｅｄｉｓｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓｔｏＧｅｒｈａｒｄＥｒｔｌｆｏｒｈｉｓｔｈｏｒｏｕｇｈｓｔｕｄｉｅｓｏｎｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｍｏｌｅｃｕｌａｒｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｔｔｈｅｇａｓ－ｓｏｌｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｅｒｔｌｈａｓｎｏｔｏｎｌｙｓｕｃｃｅｅｄｅｄｉｎｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓａｍｍｏｎｉａｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＣＯｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔａｋｉｎｇｐｌａｃｅｏｎｓｕｒｆａｃｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｇｅｎｅｒａｌｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｕｒｆａｃｅｓｃｉｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｆｏｒｍｏｄｅｒｎｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｔｈｅＮｏｂｅｌＰｒｉｚｅｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ；ａｍｍｏｎｉａｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ＣＯｏｘｉｄａｔｉｏｎＣＬＣＮｕｍｂｅｒｓ：Ｏ６４７，Ｏ６－０９ＤｏｃｕｍｅｎｔＣｏｄｅ：ＡＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１０００－７８５７（２００７）２４－００２５－０５
第一章固体材料与表面结构 表面物理化学性质的特殊性 1、组成（成分偏析、表面吸附） 2、原子排列结构（重排）、原子振动状态等 3、悬挂键，化学性质活泼 4、周期势场中断，表面电子状态差异 表面浓度(surface concentration) Area of unit cell =(0.3 x 10-9)2m2 1 atom per unit cell 表面原子浓度= 1/ (0.3 x 10-9)2= 1.1 x 1019atoms m-2= 1.1 x 1015atoms cm-2 体相原子浓度=3.7*1022cm-3 分散度 随原子数增加，D下降。颗粒尺寸增加，D下降。 立方八面体，催化剂理论模型中常用的颗粒形状，是热力学平衡条件下表面能最低的形状。 表面粗糙度
表面形貌非均匀性 1、平台 2、螺型位错 3、刃型位错 4、8、10、外来吸附原子 5、单原子台阶 6、9、11、褶皱 7、扭折 原因：由于固体表面原子的组成、排列、振动状态和体相原子的不同，由于悬挂键导致的化学性质活泼，以及周期性的势场中断导致的表面电子状态差异，固体表面形成很多导致表面形貌非均匀性的元素。 位错密度 位错分割平台 表面原子排列有序性 表现在具有一定原子间距，二维周期性 1、具有底物结构 2、表面原子重排 原矢
米勒指数（miller index） 晶面间距d（hkl） 晶体类型：体心立方，面心立方，简单立方 在立方晶系中，晶向和晶面垂直 Wood记号和矩阵表示（必考） 100，110，111
选取基矢时，若中心包含原子，则写成c（q×r） 矩阵表示： 固体表面性质简介 1、相界面（Gibbs界面） 2、表面热力学函数 其他类推：S，G，G s 3、固体表面能的理论估算 表面自由能 表面的分子处于一种比体相更大的自由能状态，这是由于在表面缺乏最近邻的相互作用。 减小表面能的方法
1、从催化作用的角度，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列？ (1)催化反应过程中，要完成催化作用，反应物分子必须被吸附到金属活性位上。被吸附的反应物分子数量越多，活化的几率就越高，相应生成物也越多。所以，金属表面的吸附性能很重要，关系到催化剂的选择性和催化效率的高低。(2)在催化剂表面金属原子的排列有三种类型，处于晶角，晶棱和晶面上三种。金属原子的吸附性与原子的不饱和度是成正相关的，而处于晶角和晶棱上的金属的不饱和度比晶面上的要高，另外，如果金属出现晶格缺陷时，也会提高不饱和度，从而提高吸附性能。(3)所以，一定程度上，金属催化剂上金属原子排列的越不规整，边，角，褶皱等处的原子越多，则这种金属催化剂的吸附性就好，其催化性能也会相应提高。 2、从表面热力学角度出发，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列才能达到最佳？ 从表面热力学角度讲，比表面积越低，表面自由能越低，表面就越稳定。经验的规律是：高的表面原子密度和表面原子的高配位数。这可以通过减小晶粒的比表面积并且确保只有低表面自由能的表面暴露在外来实现。球型催化剂最稳定，但考虑到活性的因素，金属颗粒通常被做成削角八面体的 3. 什么叫表面驰豫？什么叫表面重构？在催化研究中如何利用这两种过程？ 弛豫是指一个平衡体系因受外来因素快速扰动而偏离平衡位置的体系，在新条件下趋向新平衡的过程，如果表面原子只有垂直于表面的原子，则称为表面弛豫；表面重构是由于表面原子受力的情况与体内有所不同，或者由于有外来原子的吸附，最表面原子常有垂直于或倾斜与表面的位移，表面下的数层原子也会有垂直于或倾斜与表面的位移的现象，重构后周期性损失，相邻原子键合或形成悬挂键，表面自由能降低，使得体系稳定。 反应往往是在表面进行，在选择某催化剂之后，提高催化剂的催化效率的一个重要方法就是改变其表面，通过控制弛豫和重构的形成过程，得高活性表面结构，从而提高催化剂性能。弛豫和重构过程的细节了解对改善催化剂操作性能具有关键的作用，重构促进并稳定了对催化剂的修饰，反之若重构起破坏作用，就要设法抑制它。弛豫会使表面的对称性降低，周期性变弱，表面原子的光滑性变差，表面原子受力不均，向体相靠近，使得结构变化，由于表面原子比较活泼，在热力学上，表面原子易发生重排，又由于动力学上因素的限制，在低温下阻止了原子的重排，利用这一特点可以制备纳米材料，也可以对半导体和晶型进行研究。 4、表面自由能总是正值，可靠吗？从热力学定律进行分析。 表面自由能恒为正。分析如下：由封闭体系热力学公式可得： 在恒温恒压下，可得： 而要使材料的表面增加，例如通过粉碎材料或表面打洞，都需要外界对表面做功，即dG>0，故γ>0。所以表面自由能总为正值。另外，因为切开固体表面形成新表面必须要使原子间键发生断裂，而断键需要能量这就需要对系统做功，这就导致表面总处于热力学不稳定状态，表面自由能为正值。 5为什么金属密堆积方式只有三种？他们分别是什么？比较其密堆积方式，配位数及其空间占有率，谈谈你对此的理解。 答：金属密堆积的三种方式：六方紧密堆积，面心立方紧密堆积，体心立方紧密堆积。
表面物理化学习题和答案
一、选择题 1. 下列说法中不正确的是：( C ) (A) 生成的新鲜液面都有表面张力 (B) 平面液体没有附加压力 (C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲 率中心 (D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心 2. 水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ） (A)(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定 3. 一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1× 10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水的表 面张力为 0.072 N·m-1。如用这个 U 型管装上 水来测量压力，将引入的误差为： ( B ) (A) 72 Pa (B) 192 Pa (C) 96 Pa (D) 288 Pa 4. 低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进
8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D ) A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致； B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小； C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大； D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成 9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B ) A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角 1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A ) A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。
11. Langmuir吸附形式之一：θ=bp/(1+bp), 它不适用于：( C ) A，化学吸附；B，单分子层吸附；C，多种分子 同时被强吸附；D，固体对稀溶液中溶质的吸附。 12. 表面活性物质的实质性作用是：( B ) A，乳化作用；B，降低表面张力；C，加溶作用；D，降低物质的溶解性 13. 一定体积的水，当聚成一个大水球或分散 成许多水滴时，同温度下，两种状态相 比，：以下性质保持不变的 ( B ) (A) 表面能 (B) 表面张力 (C) 比表面 (D) 液面下的附加压力 14. 某物质R 1kg，当为一立方时，总面积 0.24m2，表面能0.3J，当粉碎为边长为10-9m的 立方体时，其表面能为(kJ):（ A ） A,6x104； B，3.84x104； C，5.88x104； D，7.35x104 15 . 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0.5h处使其弯曲 向下，试问水在此毛细管端出的行为是（ A ）
一、选择题 1. 下列说法中不正确的是：( C ) (A) 生成的新鲜液面都有表面张力 (B) 平面液体没有附加压力 (C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心 (D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心 2. 水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ） (A)(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定 3. 一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水的表 面张力为 N·m-1。如用这个 U 型管装上水来测量压力，将引入的误差为： ( B ) (A) 72 Pa (B) 192 Pa (C) 96 Pa (D) 288 Pa 4. 低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进行催化转化反应, 其机理为： A(g) ＋ K A K ─→ B(g) ＋ K 第一步是快平衡, 第二步是速控步, 则该反应表观为几级 ( B ) (A) 零级 (B) 一级 (C) 二级 (D) 无级数 5 . 表面过程中ΔG（表面）= -W'的充要条件除了等温等压外，还有：( D ) A，不做其它功； B，热力学可逆； C，组成不变； D，是B和C。 6. 物质表面张力的值与：( C ) A，温度无关； B，压力无关； C，表面大小无关； D，另一相物质无关。
7. 以P平、P凸、P凹分别表示平面、凸面、凹面液体上的饱和蒸汽压，三者关系为：( B ) A，P平>P凹>P凸； B，P凸>P平>P凹； C，P凸>P凹>P平； D，三者相同。 8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D ) A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致； B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小； C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大； D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成 9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B ) A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角 1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A ) A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。 11. Langmuir吸附形式之一：θ=bp/(1+bp),它不适用于：( C ) A，化学吸附；B，单分子层吸附；C，多种分子同时被强吸附；D，固体对稀溶液中溶质的吸附。 12. 表面活性物质的实质性作用是：( B ) A，乳化作用；B，降低表面张力；C，加溶作用；D，降低物质的溶解性 13. 一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，：以下性质保持不变的 ( B ) (A) 表面能 (B) 表面张力 (C) 比表面 (D) 液面下的附加压力
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 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；
第十三章表面物理化学练习题 一、选择题 1．在电泳实验中，观察到分散相向阳极移动，表明: (A) 胶粒带正电(B) 胶粒带负电 (C) 电动电位相对于溶液本体为正(D) Stern 面处电位相对溶液本体为正2．通常称为表面活性物质的就是指当其加入于液体中后： (A) 能降低液体表面张力(B) 能增大液体表面张力 (C) 不影响液体表面张力(D) 能显著降低液体表面张力3．实验测得O2在金表面上的吸附热Q与吸附量无关，这种吸附满足以下哪种吸附规律？ (A)L angmuir等温式(B) Freundlich等温式 (C) T?MKuH等温式(D) 以上三种皆可以 4．对于有过量KI 存在的AgI 溶液，电解质聚沉能力最强的是： (A) K3[Fe(CN)6] (B) MgSO4 (C) FeCl3(D) NaCl 5．多孔硅胶的强烈吸水性能说明硅胶吸附水后，表面自由能将 (A) 变高(B) 变低 (C) 不变(D) 不能比较 6．为直接获得个别的胶体粒子的大小和形状，必须借助于： (A) 普通显微镜(B) 丁铎尔效应 (C) 电子显微镜(D) 超显微镜 7．由0.01 dm3 0.05 mol·kg-1的KCl 和0.1 dm3 0.002 mol·kg-1的AgNO3溶液混合生成AgCl 溶胶，为使其聚沉，所用下列电解质的聚沉值由小到大的顺序为： (A) AlCl3＜ZnSO4＜KCl (B) KCl ＜ZnSO4＜AlCl3 (C) ZnSO4＜KCl ＜AlCl3(D) KCl ＜AlCl3＜ZnSO4 8．将一毛细管端插入水中，毛细管中水面上升5 cm，若将毛细管向下移动，留了 3 cm 在水面，试问水在毛细管上端的行为是： (A) 水从毛细管上端溢出(B) 毛细管上端水面呈凸形弯月面
xx大学考试试卷 2014— 2015学年一学期期末考试试题时间110分钟 界面化学课程40学时 2.5学分考试形式：开卷 专业班级：教化班姓名学号 卷面总分100分，占总评成绩 70 %，卷面得分 一、选择题(每小题2分，共26分) 1.液体表面最基本的特性是（）A.倾向于收缩 B.倾向于铺展 C.形成单分子吸附层 2.若将液体与毛细管壁间的接触角近似看作0°，则液体在毛细管中的液面可以看作（） A.凹型 B.凸型 C.球面 3.下列方程均为计算液a/液b界面张力γab的经验公式，其中Fowkes公式为（） A.γab =γa -γb B.γab =γa + γb -2（γaγb）1/2 C.γab =γa + γb -2（γa dγb d）1/2 4.吊片法测定液体表面张力时，要求尽可能采用表面粗糙的吊片材料，其目的是（） A.改善液体对吊片的润湿使θ接近于0° B. 改善液体对吊片的润湿使θ接近于90° C.改善液体对吊片的润湿使θ接近于180° 5.溶液中溶剂记为1、溶质记为2，则吸附量Γ2(1)的含义为（） A.单位面积表面相与含有相等总分子数的溶液相比较，溶质的过剩量 B.单位面积表面相与含有等量溶质的溶液相比较，溶剂的过剩量 C.单位面积表面相与含有等量溶剂的溶液相比较，溶质的过剩量 6.C12H25SO4Na（1）、C14H29SO4Na（2）、C16H33SO4Na（3）三种物质在水表面吸附达到饱和状态时，三种物质分子在表面所占面积a m存在下列关系（） A. a m,1> a m,2> a m,3 B. a m,1≈a m,2≈a m,3 C. a m,1< a m,2< a m,3 7.苯在水面上先迅速展开后又自动收缩成为小液滴漂浮在水面上，用于描述苯液滴形状的表化专业术语是（） A.二维液膜 B.多分子层 C.透镜 8.下列说法中不正确的是（） A.任何液面都存在表面张力 B.平面液体没有附加压力 C.弯曲液面的表面张力方向合力指向曲率中心 D.弯曲液面的附加压力指向曲率中心 9.运用过滤手段进行溶胶净化的目的是（） A.除掉反应过程中过量的副产物 B.除掉过量的电解质 C.除掉溶胶体系中的粗离子 10.溶液中胶体离子表面的热力学电位是指下列哪个电学参数（） A.φ0 B. φs C. ξ 11.造成接触角滞后的主要原因是（） A.测量方法 B.实验者过失 C.表面不均匀和表面不平整 12.固体自稀溶液中吸附等温线可分为4类18种，对于具有L型吸附等温线的吸附过程的特征，下列说法正确的是（） A.溶液有强烈的吸附竞争，且溶质分子以单一端基近似垂直吸附于固体表面 B.溶质与固体表面具有高亲和力，有类似与化学吸附特征的强烈吸附行为 https://www.doczj.com/doc/2114307410.html,ngmuir型，溶质比溶剂易于吸附，吸附时溶质分子多以其长轴或平面平行于固体表面 13.对于胶体体系下列说法正确的是（）
表面物理化学自测题
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：
2016/1/12 10:49:00 在固体表面研究中，有关（1）固体表面组成（2）表面原子及吸附原子或吸附分子的几何结构（3）吸附原子或吸附分子同表面的键合及吸附分子中的键合的三方面的信息至关重要，为获 得以上信息，请列举至少一种有效的表征方法，简要说明原理、所获信息和为什么是表面敏感 手段。 Low-Energy Electron Diffraction(LEED) 从低能电子（≤500 ev电子束,平均自由程(波长) ≤ 2 nm ）与表面作用，发生弹性散射研究清洁固体表面 或表面吸附的几何结构的有效手段。 可获得信息为：清洁表面原子排列形式（几何结构）；吸附原子或分子在表面排列形式 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) X射线激发固体中原子或离子的内层电子，通过能量差得出内层电子结合能的信息。对于特定的原子其 结合能是特定的，因而可用于表面组成分析。随价态及化学环境的变化，结合能会有一定移动，从移动 可以判断原子价态及配位环境。 可获得信息为：表面组成；表面原子的价态、配位环境 因光电子逃逸深度小于2－3 nm, 所以是表面敏感手段。 High-Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy (HREELS) 低能电子束同固体表面相互作用，引起表面吸附物种分子的振动发生跃迁，通过测定反射电子束的能量， 从能量损失的情况得到吸附物种振动跃迁的信息。 可获得信息为：表面吸附物种的键合结构 HREELS实际上所得信息与IR相似，只不过HREELS使用低能电子，从而所得信息是高度表面灵敏的。 对表面吸附物种的灵敏程度为IR的约100倍。 真空中的清洁固体表面结构常与从体相所预测的晶面结构不同，这种差异主要可归结为 表面弛豫和表面重构现象，请 （1）叙述什么是表面重构和表面弛豫 （2）图示Ir（100）的理想表面结构，该表面有可能重构为（5×1）结构，为什么？图示过程。 （3）TiO2(100)在真空中加热可能重构为（7×1）结构，而将该重构结构在氧气中适当温度加热会转变 为（3×1）结构，分析原因。 （2）半导体比金属更容易发生表面重构，为什么？分析为什么Si（100）表面易取（2×1）结构。 （3）请就你能考虑的情形，分析当出现表面吸附物时，固体表面结构会如何变化？为什么会出现这些变化？ 2\固体表面组成一般与体相组成相差甚远， （1）说明导致这种差别的主要原因 （2）估算含4atom%Ag的Au-Ag合金在300K和800K的表面组成，并分析计算结果的科 学意义，假定合金为理想固体溶液，并已知Au和Ag 的升华热分别为77kcal/mol和 64kcal/mol。 对理想固体溶液 1kcal=4185.85
1.从催化作用的角度，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列？ 催化反应过程中，要完成催化作用，反应物分子必须被吸附到金属活性位上。被吸附的反应物分子数量越多，活化的几率就越高，相应生成物也越多。所以，金属表面的吸附性能很重要，关系到催化剂的选择性和催化效率的高低。 金属晶体结构有hcp,fcc,bcc三种形式，不同形式的晶面上原子的不饱和度不同，如fcc(110)> fcc(100) > fcc(111)；在催化剂表面金属原子的排列位置有三种：晶角，晶棱和晶面，其中处于晶角和晶棱上的原子配位不饱和度较大，金属原子的反应活性与其不饱和度是成正相关的。所以，从催化角度讲，在高分散的金属催化剂上，表面金属原子排列越稀松，空间利用率越低，配位数越小，对于不规则形状晶体，金属原子应尽可能排列在角，台阶和扭折等低配位数处，有利于原子的迁移，提高反应活性，此外，原子排列时出现的晶格缺陷与位错处都具有较高的催化活性。2．从表面热力学角度出发，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列才能达到最佳？ 从表面热力学角度讲，表面自由能越低，就越稳定。经验的规律是：表面原子的密度和配位数越高，稳定性越好。密堆积的方式在热力学上最为有利，因而金属原子排列越紧密，所处位置的配位数越高越好，例如稳定性fcc(110)