第十二章界面现象 复习题解答

第十二章界面现象(418题)一、选择题( 共144 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. 2 分(6603)单组分气-液平衡体系，在孤立条件下，界面A 发生了d A > 0 的微小变化, 体系相应的熵变d S变化为：( )(A) d S > 0 (B) d S = 0 (C) d S < 0 (D) 不能确定4. 2 分(6604)在298 K下，将液体水分散成小液滴，其热力学能：（）(A)增加(B) 降低(C) 不变(D) 无法判定5. 2 分(6605)在等温等压条件下，将1 mol水的表面积增加10 倍，作功为W，水的Gibbs 自由能变化为∆G，此时W与∆G的关系为：(∆U = Q - W) ( )(A) ∆G = -W(B) ∆G = W(C) ∆G < -W(D) 不能确定6. 2 分(6621)在绝热条件下，将液体分散成小颗粒液滴，液体的温度将：（）(A)上升(B) 下降(C) 不变(D) 无法判定7. 2 分(6606)液体的表面自由能γ可以表示为：( )(A) （∂H/∂A）T p n i,,(B) （∂F/∂A）T p n i,,(C) （∂U/∂A）S V n i,,(D) （∂G/∂A）T V n i,,8. 1 分(6607)298 K时，水－空气的表面张力γ= 7.17×10-2 N·m-1，若在298 K，标准压力p∃下，可逆地增加4×10-4 m2水的表面积，环境对体系应做的功W为：( )(∆U = Q - W)(A) -2.868×10-5 J (B) 2.868×10-5 J(C) -7.17×10-5J (D) 7.17×10 –5 J9. 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10. 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（）(A)增大(B) 减小(C) 不变(D) 无法判定11. 2 分(6635)已知293 K 时，水-空气的表面张力为7.275×10-2N·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 J12. 2 分(6637)在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大? ( )(A) 冰的大(B) 水的大(C) 一样大(D) 无法比较13. 2 分(6642)水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（）(A)大于零(B) 小于零(C) 等于零(D) 无法确定14. 2 分(6643)纯液体温度升高时，表面张力（）(A) 随温度升高指数增大（B）随温度升高线性降低(C）随温度呈对数变化（D）不变15. 2 分(6644)在临界温度时，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16. 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。

界面现象习题集1为什么自由液滴必成球形？答：纯液体表面上的分子比内部分子具有更高的能量， 而能量降级为一自发过程， 所以它必然导致表面面积为最小状态。

2、为什么有云未必有雨？如何使云变成雨答：空气的上升运动，造成气温下降，形成过饱和水气；加上吸湿性较强的凝结核的作用, 水气凝结成云，来自云中的云滴，冰晶体积太小，不能克服空气的阻力和上升气流的顶托， 从而悬浮在空中。

当云继续上升冷却，或者云外不断有水气输入云中，使云滴不断地增大, 以致於上升气流再也顶不住时候，才能从云中降落下来，形成雨。

3、分子间力与什么有关，其与表面张力的关系何在？答：分子间力与温度、电荷分布、偶极矩、分子相对质量、外加电场有关 表面张力实质为每增加单位表面积所增加的自由焓1）表面张力的物理意义需用分子间作用力解释:在液体表面，表面分子的两侧受力不等。

气相分子对它的引力远远小于液相。

必然受到向下的拉力。

所以，要将液体内部的分子拉至表面，必须克服分子间力对其做功。

该功主要用来增加其表面能。

即： d w' dAr 为增加单位表面积所做的功。

对纯液体而言，热力学诸函数关系为：dG Vdp sdT dAdF pdV sdT dAdH Tds Vdp dAdV Tds pdVdAGFHUAP,T,nAV,T,n AS,P,nA S,V,n比表面自由焓即为表面张力。

2）表面张力是液体分子间引力大小的度量指标之一,凡是影响分子间力的因素必将影响表面张力。

4、20C 时汞的表面张力r =4.85X 10-1N/m ，求在此温度及 101.325kPa 的压力下，将半径r1=1.0mm 的汞滴分散成r2=10-5mm 的微小汞滴至少需要消耗多少的功？5、分子间力的认识过程说明了什么 ？你有哪些体会？答：我们对于分子间力的认识是一个不断深化的过程。

由于看到了各物质之间的异同而提 出了分子间力这样一个概念来解释。

随着解释的不断深入，认识也在不断地提高，从而对其进行更多的修正。

第十二章界面现象一、选择题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，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γ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D前者是标量，后者是矢量相同，单位不同4.一个玻璃毛细管分别插入25ºC和75ºC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C25ºC水中高于75ºC水中D75ºC水中高于25ºC水中5.纯水的表面张力是指恒温恒压组成时水与哪类相接触的界面张力( )A饱和水蒸汽B饱和了水蒸气的空气C空气D含有水蒸气的空气6.已知20ºC时水～空气的界面张力为7.27×10-2N·m-1，当在20ºC下可逆地增加水的表面积4cm2,则系统的ΔG为( )A2.91×10-5J B2.91×10-1J C－2.91×10-5J D－2.91×10-1J7.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8.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C产生的原因相同，而方向不同D作用点相同，而产生的原因不同9.在一个密闭容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后会发生( )A大水珠变大，小水珠变小B大水珠变大，小水珠变大C大水珠变小，小水珠变大D大水珠、小水珠均变小10.下列摩尔浓度相同的各物质的稀水溶液中，哪一种溶液的表面发生负吸附：( )A硫酸 B乙酸 C硬脂酸 D苯甲酸11.随着溶质浓度增大，水溶液表面张力降低是因为:( )A溶质分子与水分子的亲和力小于水分子间的亲和力B溶质分子与水分子的亲和力大于水分子间的亲和力C溶质分子间的亲和力小于水分子间的亲和力D溶质分子间的亲和力大于水分子间的亲和力12.胶束的出现标志着表面活性剂的:( )A降低表面张力的作用下降 B溶解已达到饱和C分子间作用超过它与溶剂的作用 D分子远未排满溶液表面13.在空间轨道站中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一内壁干净，外壁油污的毛细管接触水滴时:( )A水不进入毛细管B水进入毛细管并达到一定高度C水进入直到毛细管另一端D水部分进入并从另一端出来，形成两端有水球14.矿石浮选法的原理是根据表面活性剂的：( )A乳化作用B增溶作用C去污作用D湿润作用15.有机液体与水形成W/O型还是O/W型乳状液与乳化剂的HLB值有关，一般是：( )A HLB值大，易形成W/O型B HLB值小，易形成O/W型C HLB值大，易形成O/W型D HLB值小，不易形成W/O型16.下列叙述不正确的是：( )A农药中加入润湿剂可使γ(l-g)与γ(l-s)减小，药液在植物表面易于铺展B防水布上涂表面活防水布上涂表面活性剂使γ(s-g)减小，C泡沫浮选法中捕集剂极性基吸附在矿石表面，非极性基向外易被吸附在泡沫上D起泡剂的主要作用是增大溶液表面张力17.对于增容作用，下列叙述不正确的是：()A增溶作用使被溶物质化学势降低B增溶系统是热力学稳定系统，而乳状液或溶胶是热力学不稳定系统C增溶作用于真正的溶解作用一样，均是溶剂依数性有很大变化D增溶作用发生在有大量胶束形成的离子型表面活性剂溶液中18．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。

第十二章界面现象12.1 表面吉布斯自由能和表面张力12.1.1 表面和界面(surface and interface)界面是指两相接触的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：1.气-液界面，2.气-固界面，3.液-液界面，4.液-固界面，5. 固-固界面。

12.1.2 界面现象的本质表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。

体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销；但是处在界面层的分子，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销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。

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

最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。

液体内部分子所受的力可以彼此抵销，但表面分子受到体相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入体相的作用力。

这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。

12.1.3 比表面（specific surface area）比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的固体所具有的表面积；另一种是单位体积固体所具有的表面积。

即：/ m V A A m A A V ==或式中，m 和V 分别为固体的质量和体积，A 为其表面积。

目前常用的测定表面积的方法有BET 法和色谱法。

12.1.4 分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。

把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。

例如，把边长为1cm 的立方体1cm 3逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列于下表：边长l/m 立方体数 比表面A v /（m 2/m 3） 1×10-2 1 6 ×1021×10-3 103 6 ×1031×10-5 109 6 ×1051×10-7 1015 6 ×1071×10-9 1021 6 ×10912.1.5 表面功（surface work ）由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子之间的作用力，对体系做功温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加d A 所需要对体系作的功，称为表面功。

•胶体界面现象问题答案1.为什么自然界中液滴、气泡总是圆形的为什么气泡比液滴更容易破裂?同样体积的水,以球形的表面积为最小,亦即在同样条件下,球形水滴其表面吉布斯自由能相对为最小。

气泡同理。

半径极小的气泡内的饱和蒸气压远小于外压,因此在外压的挤压下,小气泡更容易破裂。

2.毛细凝结现象为什么会产生?根据Kelvin公式RTln(pr/po)=2Vγ/r, 曲率半径极小的凹液面蒸气压降低,低于正常饱和蒸气压,即可以在孔性固体毛细孔中的凹液面上凝结。

因毛细管曲率半径极小,所以会产生毛细凝结现象。

3.天空为什么会下雨人工降雨依据什么原理向高空抛撒粉剂为什么能人工降雨天上的雨来自空中的云,空中的云其实就是水的气溶胶,它来自地面的水汽蒸发。

当水蒸气压大于水的饱和蒸汽压，云中水滴增大，达到一定程度,也就是不能被上升的气流顶托住的时候,水滴（冰滴、雪花）就会落到地面上,即是我们所见的雨、雹、雪。

•只有过饱和水蒸气的云才能实施人工增雨。

雾状小水滴的半径很小，根据开尔文公式，由于小水滴的饱和蒸气压p r*大于水的饱和蒸汽压，水滴难以长大，可以添加碘化银、干冰，增大粒径（干冰还降低温度），降低p r* ，使水滴凝结。

•实施人工隆雨时就是向空中撒入凝结核心，使最初的小水滴的曲率半径加大，这时小水滴的饱和蒸气压小于高空中的蒸气压，从而形成降雨。

4.为什么会产生液体过热现象加入沸石为什么能消除过热现象⏹液体中的小气泡，r <0, p r*<p*即液体的小气泡中的饱和蒸气压小于平面下的液体，且半径越小，泡内的蒸气压越小。

⏹当液体的水蒸气和外压相等时，水就到达沸点。

但沸腾时小气泡的形成是从无到有，从小到大。

最初形成的小气泡内的饱和蒸气压很小，在外压的压迫下很难形成，至使液体不易沸腾形成过热液体。

易发生暴沸现象. 加入沸石, 提供现成的小气泡.5.水在玻璃上能铺展,水银在玻璃上却形成液滴,为什么?由Young方程γsg-γsl=γlgcosΘ,Θ由γsg、γsl和γlg决定,对于指定的固体,液体表面张力越小,其在该固体上的Θ也越小。

界面现象练习题一、填空题1、表面能是：。

2、比表面自由能是：。

3、表面张力是：。

4、表面功是：。

5、温度愈高，表面张力。

6、凸液面上方与液体相平衡的蒸气压p r要比正常的蒸气压Pθ。

凹液面上方与液体相平衡的蒸气压p r要比正常的蒸气压Pθ。

7、液滴越小，饱和蒸气压越，8、表面活性物质及性质是: , , 。

9、半径为r的球形肥皂泡内的附加压力是。

10、表面活性剂分子的结构特点是，依据分子结构上的特点，表面活性剂大致可以分为和两大类。

11、HLB称为表面活性剂的，根据它的数值可以判断其适宜的用途。

二、判断题1、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。

2、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。

3、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。

4、对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。

5、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根本不同的概念。

6、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。

7、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。

8、对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。

9、比表面吉布斯函数是指恒温、桓压下，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根本不同的概念。

10、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。

11、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比表面吉布斯函数。

12、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。

13、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。

14、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。