物理化学第五版答案_13第十三章_表面物理化学

(3) y H3n N2n N23n N2y N所以有P H :P N 231汀:4p3:1第一章气1- 1物质的体膨胀系数 V 与等温压缩系数T 的定义如下:解：对于理想气体，pV=nRT1- 5两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。

若将其中一个球加热到100C ，另一个球则维持0C,忽略连接管中气体体积，试求该容器 内空气的压力。

解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。

并且设玻璃泡的体积不随温度而 变化，则始态为n n 口 n 2J 2 p i V /（RT i ）1-8如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均克视为理 想气体。

3n N 2)£蚀孚啤⑵4dm 3 4dm 3 1dm 3（2），可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为 p 。

RT/ p ，N 2 的摩尔体积 V m ,N 2RT / p抽去隔板后 所以有 V m,H 2RT/ P ，V m,N 2RT / p试导出理想气体的T与压力、温度的关系?终态（f ）时nPfV V p fV T2,f%f n 2,fRRT 1, f T 2, fT vT 1, f T 2, f（1） 保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体 混合后的压力。

（2） 隔板抽去前后，H 及N 的摩尔体积是否相同？（3） 隔板抽去后，混合气体中H 2及N 2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？ 解： P H（1）抽隔板前两侧压力均为p ，温度均为T o“H ZRT厂 PN3dm叽RTp （ 1） 1dm 3得: 叶23n N 2而抽去隔板后, 体积为4dm,温度为，所以压力为p 乎 5N2 比较式（1）、（2）抽隔板前，“的摩尔体积为v m ,H 2可见，隔板抽去前后, “及N 的摩尔体积相同。

*1-17试由波义尔温度T B 的定义式，试证范德华气体的 T B 可表示为T B =a/( bR式中a 、b 为范德华常数。

第13章表面物理化学13.1 复习笔记一、表面和界面1．定义界面是指密切接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区。

若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。

严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。

常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。

其中气-液界面和气-固界面习惯称为表面。

2．界面现象的本质处在界面层的分子，与内部分子相比所处的环境不同，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消，因此，界面层会显示出一些独特的性质。

对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。

3．比表面比表面是单位质量物质的表面积，单位通常以m2·g-1来表示。

其定义为s AAm或式中，m 和V 分别为物质的质量和体积，A s 为物质的总表面积。

比表面通常用来表示多相分散系统的分散程度。

对一定质量的物体，若将其分散为粒子，粒子越小，比表面越大。

二、表面张力及表面Gibbs 自由能1．液体的表面张力、表面功及表面Gibbs 自由能（1）表面张力：在两相（特别是气液）界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。

把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，其方向指向液体方向并与表面相切，并和两部分的分界线垂直。

表面张力可以看作是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位为N ·m -1。

（2）表面功：在恒温、恒压和组分恒定下，使系统增加单位表面积所需的可逆功，其单位为J ·m -2。

可表示为（3）表面Gibbs 自由能：在恒温恒压下，使系统增加单位表面积所需的Gibbs 自由能的增值，其单位为J ·m -2。

可表示为注意：表面张力、表面功及表面吉布斯函数均用γ表示。

第13章表面物理化学的小水滴，试计算（已1．在293 K时，把半径为1.0 mm的水滴分散成半径为1.0m知293 K时水的表面Gibbs自由能为（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs自由能增加了多少？（3）完成该变化时，环境至少需做多少功？解：（1）设小水滴个数为N，则根据分散前后体积不变，可得所以。

（2）表面吉布斯自由能的增加量为＝9.15×10－4J。

（3）完成变化时，环境至少需做功为＝－9.15×10－4J。

2．已知汞溶胶中胶粒（设为球形）的直径为22 nm，在1.0 dm3的溶胶中含Hg为8×10－5 kg，试计算：（1）在1.0 cm3的溶胶中的胶粒数。

（2）胶粒的总表面积。

（3）若把质量为8×10－5kg的汞滴，分散成上述溶胶粒子时，表面Gibbs自由能增加多少？已知汞的密度为13.6 kg·m －3，汞一水界面张力为解：（1）设Hg溶胶的体积为V，则有＝5.575×10－24 m3设1.0cm3溶胶中的胶粒数为N，则＝1.055×1012（2）胶粒总表面积为＝1.604×10－3 m2（3）设质量为的汞滴半径为r0，则有解得所以表面吉布斯自由能增加量为＝5.96×10－4J。

3．试证明：证明：（1）因为所以又因故（2）由，得因，故4．已知水的表面张力与温度的关系式为在283 K时。

可逆地使一定量纯水的表面积增加0.01 m2（设体积不变），求系统的如下各个解：当T＝283K时，根据题给关系式，有故，因为所以＝4.95×10－8J·K－1＝7.56×10－4J。

5．把半径为R的毛细管插在某液体中，设该液体与玻璃间的接触角为θ，毛细管中液体所成凹面的曲率半径为液面上升到h高度后达到平衡，试证明液体的表面张力可近似地表示为式中g为重力加速度，为液体的密度。

证明：附加压力与上升的液柱所产生的静压力相等时，才能达到力的平衡，则。

物理化学第五版答案现如今，随着我国对教育事业的日趋重视，人们对于成绩也越来越看重。

对于高中生而言，很多同学都会对物理化学感到头痛，感觉自己再怎么学也没有进步，得不到高分。

为了能够在一定程度上使大家的物理化学成绩有所提高，我在此给大家讲讲自己的感悟，希望能够帮助到大家。

有一句话“物理难，化学繁”，所以我们先解决物理这一难题。

许多学生反映物理难学，不好理解，面对着一道道的物理题，就像是雾中看花一样，总有不识庐山真面目之感，其实，我觉得难不难在于你对该科学习技巧的摸索和掌握。

能不能学好物理，在很大程度上决定于你对物理概念能否理解得透彻，物理概念因其抽象性，总有：“只可意会，不可言传”之感，比如“能量”、“惯性”等等这些概念，单靠老师的“言传”并不能传神地表达出概念的真谛所在，而只有自己做到了“意会”才能真正领略出它的全部内涵，这种“意会”的感觉就只有靠我们对概念的反复分析、琢磨才能体会得到，所谓“师傅引进门，修行在个人”意义正在于此.例如“摩擦力”这个概念，书中是这样下定义的：“两个互相接触的物体，当它们发生相对运动时，就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力”，经过分析，我们可首先找出概念中的关键字句，“互相接触”、“相对运动”、“接触面上”“阻碍相对运动”然后琢磨、体会这些字句的含义。

而就化学而言，《化学课程标准》指出：让每一个学生以轻松愉快的心情去认识多姿多彩与人类息息相关的化学，积极探究化学的奥秘，形成持续的化学学习心趣，增强学好化学的自信心。

化学课本是依据教学大纲系统地阐述教材内容的教学用书，抓住课本，也就抓住了基础知识，应该对课本中的主要原理，定律以及重要的结论和规律着重去看、去记忆。

同时还应注意学习化学中研究问题的方法，掌握学习的科学方法比掌握知识更重要。

因为它能提高学习的思维能力。

首先，全面看一节教材，把握一节书的整体内容，在头脑中形成一个初步整体印象，要做到能提纲挈领地叙述出教材中的重点、难点、关键和本质的问题。

第十三章 表面物理化学本章知识要点与公式 1.表面张力及表面Gibbs 自由能 B B B B,,n ,,n ,,n ,,n s s s s S V S p T V T p U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂====⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2.弯曲表面上的附加压力和蒸气压 （1）Young -Laplace 公式：''1211R R s p γ⎛⎫=+⎪⎝⎭上式表示附加压力与球曲率半径及表面张力的关系。

若是球面，'''12'2, s R R R p R γ===若为平面，则'1R 和'2, 0s R p →∞→。

毛细管内液柱上升（或下降）的高度（h ）计算方法。

2cos h R gγθρ=∆（θ为液体与管壁之间的接触角，11g ρρρρ∆=-≈ ） （2）弯曲表面上的蒸气压—Kekvin 公式''0022ln r p M p MRT p p R RTR γγρρ∆==简化式： 3.溶液的表面吸附 Gibbs 吸附公式 22d d 2a RT a γΓ=-若2d 0,0d 2a γ〈Γ〉则，是正吸附，表面活性物质；若22d 0,0d a γ〉Γ〈则，是负吸附，非表面活性物质。

4.液—固界面——润湿作用 杨氏润湿方程：cos s g l sl gγγθγ----=当090o o θ≤〈时，液体能润湿固体， 0o θ=时，液体完全润湿固体。

当90180o o θ〈≤时，液体不能润湿固体， 180o θ=时，液体完全不能润湿固体。

粘湿功()1cos a g s g l l s g l W γγγγθ----=+-=+ 浸湿功cos i g s l s g l W γγγθ---=-=铺展系数()cos 1g s g l l s g l S γγγγθ----=--=- 5.固体表面吸附 Langmuir 等温式：m m11ap p pap V V a V θ==++或 混合气体的Langmuir 吸附等温式：B 1B BB BBa p a p θ=+∑Fieundlich 等温式：1nq kp = BET 吸附公式（=常数公式）：()()11pms s C V V p p p C p =⎡⎤-+-⎢⎥⎣⎦eMKHH T 方程式：()ln o m V RT A p V θα== 通过Clausius -Clapeyron 方程式求化学吸附热2ln Q RTq p T ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭ 6.气－固相表面催化反应单分子反应2A A 2A A A 1k a pr k a p θ==+（假定产物的吸附很弱）若A p 低，A A 1a p ，则2A A A r k a p kp ==，一级反应； 若A p 高，A A 1a p ，则2r k =，零级反应； 若A p 适中，2A AA A1k a p r a p =+，介于0~1级之间。

表面物理化学练习题一、选择题1. 2 分(6601)在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：( )(A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 左右来回移动2. 2 分(6602)如图在毛细管内装入润湿性液体, 当在毛细管内左端加热时,则管内液体将：(A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 因失去平衡而左右来回移动3.1 分(6608)对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：( )(A) (∂γ/∂T)p> 0 (B) (∂γ/∂T)p< 0(C) (∂γ/∂T)p= 0 (D) 无一定变化规律4. 2 分(6628)恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的熵值增大(B) 减小(C) 不变(D) 无法判定5. 2 分(6635)已知293 K 时，水-空气的表面张力为7.275×10-2 N·m-1, 当已知298 K 和101.325 kPa下，可逆地增大水的表面积4 cm2, 体系的吉布斯自由能的变化为：(A) 2.91×10-5 J (B) 2.91×10-1 J(C) -2.91×10-5 J (D) -2.91×10-1 J6.2(6644)临界温度时，纯液体的表面张力（）(A)大于零(B) 小于零(C) 等于零(D) 无法确定7. 2 分(6651)在298 K 时，已知A 液的表面张力是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) 1/2倍(B) 一倍(C) 二倍(D) 四倍8. 2 分(6652)已知400 K 时，汞的饱和蒸气压为p0，密度为ρ，如果求在相同温度下，一个直径为10-7 m 的汞滴的蒸气压，应该用公式：( )(A) p = p0+ 2γ/R'(B) ln(p/p0) =∆Vap H m(1/T0- 1/T)/R(C) RT ln(p/p0) = 2γM/ρR'(D) p = nRT/V9. 2 分(6653)298 K，101.325 kPa 下，将直径为1μm 的毛细管插入水中，问需要多大压力才能防止水面上升？（已知此时水的表面张力为71.97×10-3 N·m-1，水对玻璃完全润湿cosθ = 1）( )(A) 288 kPa (B) 316 kPa (C) 489 kPa (D) 576 kPa10. 1 分(6654)弯曲表面上附加压力的计算公式：∆p = p' - p0= 2γ/R' 中，R' 的符号：1(A) 液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正(C) 总为正(D) 总为负11. 2 分(6655)在298 K 时，已知A 液的表面张力是B 液的一半，其密度是B 液的两倍。

第十三章胶体与大分子溶液练习题一、判断题：1．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。

2．溶胶与真溶液一样是均相系统。

3．能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶。

4．通过超显微镜可以看到胶体粒子的形状和大小。

5．ξ 电位的绝对值总是大于热力学电位φ的绝对值.。

6．加入电解质可以使胶体稳定，加入电解质也可以使胶体聚沉；二者是矛盾的。

7．晴朗的天空是蓝色，是白色太阳光被大气散射的结果。

8．旋光仪除了用黄光外，也可以用蓝光。

9．大分子溶液与溶胶一样是多相不稳定体系。

10．将大分子电解质NaR的水溶液与纯水用半透膜隔开，达到Donnan平衡后，膜外水的pH值将大于7。

二、单选题：1．雾属于分散体系，其分散介质是：(A) 液体；(B) 气体；(C) 固体；(D) 气体或固体。

2．将高分子溶液作为胶体体系来研究，因为它：(A) 是多相体系；(B) 热力学不稳定体系；(C) 对电解质很敏感；(D) 粒子大小在胶体范围内。

3．溶胶的基本特性之一是：(A) 热力学上和动力学上皆属于稳定体系；(B) 热力学上和动力学上皆属不稳定体系；(C) 热力学上不稳定而动力学上稳定体系；(D) 热力学上稳定而动力学上不稳定体系。

4．溶胶与大分子溶液的区别主要在于：(A) 粒子大小不同；(B) 渗透压不同；(C) 带电多少不同；(D) 相状态和热力学稳定性不同。

5．大分子溶液和普通小分子非电解质溶液的主要区分是大分子溶液的：(A) 渗透压大；(B) 丁铎尔效应显著；(C) 不能透过半透膜；(D) 对电解质敏感。

6．以下说法中正确的是：(A) 溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统；(B) 溶胶与真溶液一样是均相系统；(C) 能产生丁达尔效应的分散系统是溶胶；(D) 通过超显微镜能看到胶体粒子的形状和大小。

7．对由各种方法制备的溶胶进行半透膜渗析或电渗析的目的是：(A) 除去杂质，提高纯度 ；(B) 除去小胶粒，提高均匀性 ；(C) 除去过多的电解质离子，提高稳定性 ；(D) 除去过多的溶剂，提高浓度 。

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) TëMKuH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) NaCl5．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(C) 毛细管上端水面呈凹形弯月面(D) 毛细管上端水面呈水平面9．明矾净水的主要原理是：(A) 电解质对溶胶的聚沉作用(B) 溶胶的相互聚沉作用(C) 电解质的敏化作用(D) 电解质的对抗作用10．在pH ＜7 的Al(OH)3溶胶中，使用下列电解质使其聚沉：(1)KNO3(2) NaCl (3) Na2SO4(4) K3Fe(CN)6在相同温度、相同时间内，聚沉能力大小为：(A) (1) ＞(4) ＞(2) ＞(3) (B) (1) ＜(4) ＜(2) ＜(3)(C) (4) ＞(3) ＞(2) ＞(1) (D) (4) ＜(3) ＜(2) ＜(1) 11．兰缪尔的吸附等温式为Γ = Γ∞bp/(1+bp)，其中Γ∞为饱和吸附量，b为吸附系数。

第十三章表面物理化学—练习题一、判定题：1．只有在比表面专门大时才能明显地看到表面现象，因此系统表面增大是表面张力产生的缘故。

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，表面张力那么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全然不同的概念。

4．恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的进程都是自发进程。

5．过饱和蒸气之因此可能存在，是因新生成的微小液滴具有专门大的比表面吉布斯函数。

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，因此吸附速度慢，不易达到平稳。

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，而且当溶质达饱和时，Γ达到极大值。

10．由于溶质在溶液的表面产生吸附，因此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，能够降低溶液表面张力的物质。

二、单项选择题：1．以下表达不正确的选项是：(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发系统吉布斯自由能的增量；(B) 表面张力的物理意义是，在相表面的功面上，垂直作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力；(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·m2，表面张力单位为N·m-1时，二者数值不同。

2．在液面上，某一小面积S周围表面对S有表面张力，以下表达不正确的选项是：(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) 前者是标量，后者是矢量。

表面物理化学练习题一、选择题1. 2分(6601)在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体, 管内液体将：(A)向左移动 (B)向右移动 (C)不移动2. 2分(6602)如图在毛细管内装入润湿性液体 ，当在毛细管内左端加热时，则管内液体 将:(A)向左移动(B)向右移动 (C)不移动 (D)因失去平衡而左右来回移动T 加热3.1分(6608)对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：()(A) (:：/汀)p > 0 (B)(:：/T)P < 0(C) (:：/汀)P = 0(D) 无一定变化规律4. 2分(6628)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 增大 (B)减小 (C)不变 (D)无法判定2 1 5. 2分(6635)已知293 K 时，水-空气的表面张力为 7.275 X 10-N • m -,当已知 298 K和101.325 kPa 下，可逆地增大水的表面积 _5(A) 2.91 X 10 J(C) -2.91 X 10-5J4 cm 2,体系的吉布斯自由能的变化为:-1(B) 2.91 X 10 J -1(D)-2.91 X 101 J6.2(6644)临界温度时，纯液体的表面张力(A) 大于零(B)小于零(C) 等于零 (D)无法确定倍。

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) 1/2倍(B) 一倍(C)二倍(D)四倍8. 2分(6652)已知400 K 时，汞的饱和蒸气压为p 0, 密度为「,如果求在相冋温度下， 一个直径为 ■710 m 的汞滴的蒸气压，应该用公式：()(A) p = P 0+ 2 /R'当将毛细管右端用冰块冷却时，( )(D)左右来回移动7. 2分(6651)在298 K 时，已知 A 液的表面张力是 B 液的一半，其密度是 B 液的两(B)In (p/p0) = vap H m(1/T0- 1/T)/R(C)RTIn(p/p°) = 2 M/’R'(D)p = n RT/V9. 2 分(6653)298 K , 101.325 kPa 下，将直径为 1 J m的毛细管插入水中，问需要多大压力才能防止水面上升？(已知此时水的表面张力为71.97 X 10-3N•m-1，水对玻璃完全润湿COST1= 1 )(A) 288 kPa (B) 316 kPa (C) 489 kPa (D) 576 kPa10. 1分(6654)弯曲表面上附加压力的计算公式：邙=p' - p0= 2 /R'中，R'的符号:(A)液面为凸面时为正，凹面为负(B) 液面为凸面时为负，凹面为正(C) 总为正(D) 总为负11. 2分(6655)在298 K时，已知A液的表面张力是B液的一半，其密度是B液的两倍。