物理化学论 界面现象习题
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第八章 界 面 现 象
1、分析:参照比表面Gibbs 函数、表面功的定义计算。
解:分散前:水滴的表面积A =4πr 2,比表面A s =A /V
分散后:小水滴的个数为:()()
93633101m 10134m 10134⨯=⨯⨯--ππ,每个小水滴的面积:A =4πr 2,总面积:1×109A ,比表面A s =1×109A /V 。
比较两个比表面的值,即得倍数。
J 1015.94-⨯=∆=∆A G σ
4、分析:用Laplace 公式(8-19)直接计算即可。
5、分析:根据开尔文公式(8-24)直接计算即可。
6、分析:用式(8-38)直接求接触角θ,这里能否润湿,指θ>90或<90度。
9、分析:一方面,凹面上平衡蒸汽压减小,另一方面,沸腾时,已减小的平衡蒸汽压还要克服大气压与附加压
力p s [用Laplace 公式(8-19)计算]。
用克──克方程可计算沸点。
解法如下:
解:由 Laplace 公式(8-19)可得水中直径为10-3mm 的空心气泡中的p s 为:p s =2σ/r =……=1.178×105(Pa ) 该气泡中内表面的分子要汽化,则须克服相当于平整表面上
p θ+p s =101325+117800=219125 Pa 的压力
又已知 R =∞的平整表面上水的正常沸点T 1为373.15 K ,压力p 1为101325 Pa
将Δvap H m θ及上述数据代入克──克方程得:……。
故 T 2=396.3 K
10、分析:完全不润湿时,cos θ=-1。
根据公式(8-22)计算。
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。
一、 选择题1. 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变的是(d )(a )总表面能 (b )比表面 (c )液面下的附加压力 (d )表面张力2. 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0.025N•m -1)(d ) (a )5 Pa (b )10 Pa (c )15 Pa (d )20 Pa思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力是负值,外面的附加压力是正值,故 4's p R γ=,答案选d 。
3. 已知水溶解某物质以后,其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系:()0ln 1A Ba γγ=-+式中γ0为纯水的表面张力,A ,B 为常数,则溶液表面过剩Γ2为(c )(a )()21Aa RT Ba Γ=-+ (b )()21ABa RT Ba Γ=-+ (c )()21ABa RT Ba Γ=+ (d )()21Ba RT Ba Γ=-+ 思路:()211a d a B ABa A RT da RT Ba RT Ba γ⎛⎫Γ=-=--= ⎪++⎝⎭,答案选c 。
4. 298K 时,苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式,在苯蒸汽压力为40Pa 时,覆盖率θ=0.05,当θ=0.5时,苯蒸汽的平衡压力为(b )(a )400 Pa (b )760 Pa (c )1000 Pa (d )200 Pa思路:Langmuir 公式1ap apθ=+ 将已知条件的压强和覆盖率代入公式,计算得到a 的值,然后根据新的覆盖度和a ,计算出平衡压力。
答案为b 。
(要求能够自己推导Langmuir 公式)5. 在298K 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 )(a )0.5倍 (b )1倍 (c )2倍 (d )4倍 思路:2's p R γ=,代入该公式计算比值,答案选a 。
界⾯现象题⽬--答案参考界⾯现象习题集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:Γ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:通常以等温等压和定组成条件下,每增加单位表⾯积引起⾃由焓的变化,即⽐表⾯⾃由焓。
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、20℃时汞的表⾯张⼒Γ=4.85×10-1N/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?答: dA=8dr = -w Γ=4.85×10-1N/m w=6.091x J5、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9章界面现象习题解答第9章界面现象习题解答1、293K 时,水的表面张力为0.0728N ·m -1,汞的表面张力为0.483N ·m -1,汞-水的界面张力为0.375N ·m -1。
试判断水能否在汞的表面上铺展?汞能否在水的表面上铺展?解:(1)1lg m N 0352.0375.00728.0483.0-?=--=--=?-=ls sg A A A G S S =0.0352N ·m -1>0,能铺展开(2)1lg m N 7852.0375.0483.00728.0-?=--=--=?-=ls sg A A A G S S =-0.7852N ·m -1<0,不能铺展开答:(1)S =0.0352N ·m -1>0,能铺展开(2)S =-0.7852N ·m -1<0,不能铺展开2、在293.15K 及101.325kPa 下,半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 的小汞滴,试求此过程系统的表面吉布斯函数变为若干?已知293.15K 汞的表面张力为0.470N ·m -1。
解:每个半径为m 1013-?的汞滴的表面积为252321m 10256.1)101(14.344--?===r A π每个半径为m 1019-?的汞滴的表面积为2172922m 10256.1)101(14.344--?===r A π将一滴半径为m 10131-?=r 的汞滴分散成半径为m 10192-?=r 的微粒时,微粒的个数n 为183********101101()(3434?=??===--r r r n ππ故表面积增加变化25171812m 56.1210256.110256.1101=?-=-=?--A nA A 表面吉布斯函数变化2-1242,7.2810N m (4m 410m )0.914J T p s G A A ππ--?=?=-?=J903.556.12470.0,=?=??=?A A G p T 答:5.906J3、在293.15K 时,乙醚-水、乙醚-汞及水-汞的界面张力分别为0.0107N ·m -1、0.379N ·m -1及0.375N ·m -1,若在乙醚与汞的界面上滴一滴水,试求其润湿角。
物理化学测验题(六)答案一、选择题。
1、解:(1)2、解:(4)3、解:(1)4、解:(1)5、解:(1)(3)6、解:( 2 )7、解:(4)8、解:(3)9、解:(2)10、解:(1)二、填空题。
1、解: <2、解: 单分子层 或 化学吸附3、解: 单 多4、解: 减小 零5、解: 范德华力 单或多分子6、解:bp bp ΓΓ+=∞1或 θ=bp bp 1+ 单分子层吸附 或 化学吸附 7、解: 表面活性 8、解: 开尔文 开尔文 9、解: 阴离子活性剂 阳离子活性剂 两性活性剂 非离子活性剂 10、解: 放三、是非题。
在题后括号内,正确的打“√”,错误的打“×”。
1、解: 是2、解: 是3、解: 不是4、解: 是5、解: 是6、解:是7、解:是8、解:是9、解:不是 10、解:是 11、解: 不是 12、解: 不是四、计算题。
解:bp b ΓΓ+=∞1 12212111bp bp p p ΓΓ++⋅=即 ()()Pa 101.01Pa 101111.02.45.266⨯+⨯+⋅=b b 所以 b = 12.2 ×10 -6 Pa -1bp bp ΓΓ+=∞121=∞ΓΓ 即 211=+bp bp所以 k P a 82Pa 1082Pa 102.1211316=⨯=⨯==--b p五、计算题。
解:A nL A S m ⋅= 18123133310m ol 10022.6m ol cm 22414cm 129nm 162.0---⨯⨯⨯⋅⨯= = 562 m 2六、计算题解:设A 为总表面积 则 321⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=r r N ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=≈∆212124r r r A A π⨯=∆=σσA W '⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛21214r r r π ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯=-----7222211010)m 101(1416.34m J 1085.4 =60.9 J七、证明题。
第十章界面现象练习题一、是非题(对的画√错的画×)1、液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。
()2、液体的表面张力的方向总是与液面垂直。
()3、分子间力越大的物体其表面张力也越大。
()4、垂直插入水槽中一支干净的玻璃毛细管,当在管中上升平衡液面外加热时,水柱会上升。
()5、在相同温度下,纯汞在玻璃毛细管中呈凸液面,所以与之平衡的饱和蒸气压必大于其平液面的蒸汽压。
()6、溶液表面张力总是随溶液的浓度增大而减小。
()7、某水溶液发生负吸附后,在干净的毛细管中的上升高度比纯水在该毛细管中上升的高度低。
()8、通常物理吸附的速率较小,而化学吸附的速率较大。
()9、兰格缪尔等温吸附理论只适用于单分子层吸附。
()10、临界胶束浓度(CMC)越小的表面活性剂,其活性越高。
()11、物理吸附无选择性。
()12、纯水、盐水、皂液相比,其表面张力的排列顺序是:γ(盐水)<γ(纯水)<γ(皂液)。
()13、在相同温度与外压力下,水在干净的玻璃毛细管中呈凹液面,故管中饱和蒸气压应小于水平液面的蒸气压力。
()14、朗缪尔吸附的理论假设之一是吸附剂固体的表面是均匀的。
()15、同一纯物质,小液滴的饱和蒸气压大于大液滴的饱和蒸气压。
()16、弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温度下平液面的蒸气压。
()17、表面张力在数值上等于等温等压条件下系统增加单位表面积时环境对系统所做的可逆非体积功。
()18、某水溶液发生正吸附后,在干净的毛细管中的上升高度比在纯水的毛细管中的水上升高度低。
()19、弯曲液面处的表面张力的方向总是与液面相切。
()20、吉布斯所定义的“表面过剩物质的量”只能是正值,不可能是负值。
( )21、封闭在容器内的大、小液滴若干个,在等温下达平衡时,其个数不变,大小趋于一致。
()22、凡能引起表面张力降低的物质均称之为表面活性剂。
()23、表面过剩物质的量为负值,所以吸附达平衡后,必然引起液体表面张力降低。
第九章:界面现象一、选择题1. 下列说法中不正确的是()。
(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. 液体在毛细管中上升的高度与下列那一个因素无关()。
(A)温度(B)液体密度(C)重力加速度(D)大气压力3. 把玻璃毛细管插入水中,凹面下液体所受的压力p与平面液体所受的压力p0相比()。
(A)p = p0 (B)p < p0(C)p > p0(D)不确定4. 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5. 有一飘荡在空气中的球形液膜,内部也是空气。
若其直径为 2×10-3 m,表面张力为 0.07N·m-1,则液膜所受总的附加压力为()。
(A)0.14 kPa (B)0.28 kPa (C)0.56 kPa (D)0.84 kPa6. 在相同温度和压力下, 凹面液体的饱和蒸气压p r与水平面液体的饱和蒸气压p0相比(同一种液体)()。
(A)p r= p0(B)p r< p0(C)p r> p0(D)不能确定7. 用同一滴管分别滴下 1 cm3 NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液, 各自的滴数为()。
(A)水15 滴,NaOH 水溶液 18 滴,乙醇水溶液 25 滴(B)水18 滴,NaOH 水溶液 25 滴,乙醇水溶液 15 滴(C)水18 滴,NaOH 水溶液 15 滴,乙醇水溶液 25 滴(D)三者的滴数皆为18 滴8. 下面说法不正确的是()。
(A)生成的新鲜液面都有表面张力(B)平面液面没有附加压力(C )液滴越小其饱和蒸气压越小 (D )液滴越小其饱和蒸气压越大9. 同一固体, 大块颗粒和粉状颗粒, 其溶解度哪个大( )。
界面现象测试题(二)参考答案1. 液体的表面自由能γ可以表示为:( )参考答案: C(A) (∂H/∂A)T,p,n(B) (∂F/∂A)T,p,n(C) (∂U/∂A)S,V,n(D) (∂G/∂A)T,V,n2.下列叙述不正确的是:参考答案: D(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。
3. 对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是:( ) 参考答案: B(A) (∂γ/∂T)p> 0 (B) (∂γ/∂T)p< 0(C) (∂γ/∂T)p= 0 (D) 无一定变化规律4.同一体系,比表面自由能和表面张力都用σ表示,它们:参考答案: D(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。
5.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:参考答案: B(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. 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:( ) 参考答案: C(A)p =p0+ 2γ/R' (B) ln(p/p0) =ΔVap Hm(1/T0- 1/T)/R(C) RTln(p/p0) = 2γM/ρR' (D) p = nRT/V7.某温度压力下,有大小相同的水滴、水泡和气泡,其气相部分组成相同,见图。
它们三者表面自由能大小为:参考答案: A(A) G a = G c < G b;(B) G a = G b > G c ;(C) G a < G b < G c ;(D) G a = G b = G c 。
物化第十章界面现象习题一、名词解释1. 表面活性剂2. 接触角3. 表面张力4. 临界胶束浓度5. 吸附6. 溶液的表面吸附二、简答题1 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么?在推导BET公式时,所作的基本假设是什么?二者的使用范围如何?2. 进行蒸馏实验时,通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸,试分析其原因。
3. 为什么表面活性剂能大大地降低水的表面张力?4. 表面活性物质的增溶作用是什么?增溶作用与一般溶解有什么区别?5. 气-固、液-固、液-液界面分别以什么方式降低表面自由能?6. 简述人工降雨的科学道理。
7. 加热液体时为什么会出现过热现象?怎样避免暴沸?请解释原因。
8 为什么空气中会出现水蒸气过饱和的现象?人工降雨的道理何在?9. 在亲水固体表面,经过表面活性剂(如防水剂)处理后,为什么可以改变其表面性质,使其具有憎水性?三、判断题1. 比表面吉布斯自由能与表面张力符号相同,数值相等,所以两者的物理意义相同。
2. 在液体中形成的小气泡,气泡的半径越小,泡内饱和蒸汽压越小。
3. 若增加浓度能使表面张力增大时,则溶质在表面层发生正吸附。
4.只有表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时,才具有增溶作用。
5. 在恒温下,液体的分散度越大,其饱和蒸气压也越大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。
第十一章界面现象1.表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念?相同否?答:总的说来四者都是描述表面的过剩能量,但概念上有区别,表面能为物质表面较其内部多余的能量;若在T,p恒定时,这部分能量称为表面自由能(表面吉布斯自由能);若在T,p恒定时,单位表面的自由能,便称为比表面自由能,其单位为J·m-2,因J =N·m,故J·m-2也可化为N·m-1,这样表面自由能又转变为另一概念,成为垂直作用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力,称为表面张力。
虽然比表面自由能和表面张力的数值相同,也可混用,但概念有差别,前者是标量,后者是矢量。
2.若在容器内只是油与水在一起,虽然用力振荡,但静止后仍自动分层,这是为什么?答:油与水是互不相溶的,当二者剧烈振荡时,可以相互分散成小液滴,这样一来,表面能增大,这时又没有能降低表面能的第三种物质存在,因此这时为不稳定体系,体系有自动降低能量的倾向,分层后,体系能量降低,因此会自动分层。
3.铅酸蓄电池的两个电极,一个是活性铅电极,另一个是活性氧化铅电极,你是怎样理解这理解这“活性”两字?答:这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性,即具有大的比表面积,具有较高比表面自由能,处于化学活性状态。
这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成的高分散状态,根据热力学理论及表面性质,若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电,电极的高分散状态会逐渐减低,这种活性也就消失。
4.在化工生产中,固体原料的焙烧,目前很多采用沸腾焙烧,依表面现象来分析有哪些优点?答:沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒,通入预热的空气或其它气体,使炉内固体颗粒在气体中悬浮,状如沸腾,这样就增大了固气间的接触界面,增强了传质与传热,使体系处于较高的化学活性状态。
5. 在滴管内的液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出,并呈球形?答:因在滴管下端的液面呈凹形,即液面的附加力是向上的,液体不易从滴管滴出,因此若要使液滴从管端滴下,必须在橡胶乳头加以压力,使这压力大于附加压力,此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面的附加压力,使凹形表面变成凸形表面,最终使液滴滴下,刚滴下的一瞬间,液滴不成球形,上端呈尖形,这时液面各部位的曲率半径都不一样,不同部位的曲面上所产生附加压力也不同,这种不平衡的压力便迫使液滴自动调整成球形,降低能量使液滴具有最小的表面积。
第十章界面现象
10.1在293.15 K及101.325kPa下,把半径为1×10-3m的汞滴分散成半径为1×10-9m小汞滴,试求此过程系统的表面吉布斯函数变为多少?已知汞的表面张力为0.4865N·m-1。
10.2计算373.15K时,下列情况下弯曲液面承受的附加压。
已知373.15K时水的表面张力为58.91×10-3 N·m-1。
(1)水中存在的半径为0.1μm的小气泡;
(2)空气中存在的半径为0.1μm的小液滴;
(3)空气中存在的半径为0.1μm的小气泡。
10.3 293.15K时,将直径为0.1mm的玻璃毛细管插入乙醇中。
问需要在管内加入多大的压力才能防止液面上升?如不加任何压力,平衡后毛细管内液面高度为多少?已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10-3 N·m-1,密度为789.4kg·m-3,重力加速度为9.8m·s-2。
设乙醇能很好地润湿玻璃。
10.4水蒸气迅速冷却至298.15K时可达过饱和状态。
已知该温度下的表面张力为71.97×10-3 N·m-1,密度为997kg·m-3。
当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸汽压的4倍时,计算。
(1)开始形成水滴的半径;
(2)每个水滴中所含水分子的个数。
10.5已知CaCO3(s)在773.15K时的密度3900kg·m-3,表面张力为1210×10-3 N·m-1,分解压力为101.325Pa。
若将CaCO3(s)研磨成半径为30nm(1nm=10-9m)的粉末,求其在773.15K时的分解压力。
10.6已知273.15K时,用活性炭吸附CHCl3,其饱和吸附量为93.8dm3·kg-1,若CHCl3的分压为13.375kPa,其平衡吸附量为82.5 dm3·kg-1。
试求:(1)朗缪尔吸附等温的b值;
(2)CHCl3的分压为6.6672 kPa时,平衡吸附量为若干?
10.7在1373.15K时向某固体表面涂银。
已知该温度下固体材料的表面张力γs =9 65 mN·m-1,Ag(l)的表面张力γl = 878.5 mN·m-1,固体材料与Ag(l)的表面张力γsl = 1364mN·m-1。
计算接触角,并判断液体银能否润湿该材料表面。
10.8 293.15K时,水的表面张力为72.75mN·m-1,汞的表面张力486.5 mN·m-1,而汞和水之间的表面张力为375 mN·m-1,试判断:
(1)水能否在汞的表面上铺展开;
(2)汞能否在水的表面上铺展开。
补充题
10.1 请回答下列问题:
(1)常见的亚稳定状态有哪些?为什么会产生亚稳定状态?如何防止亚稳定状态的产生?
(2)在一个封闭的钟罩内,有大小不等的两个球形液滴,问长时间恒温放置后,会出现什么现象?
(3)物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么?
(4)在一定温度、压力下,为什么物理吸附都是放热过程?
10.2在351.15K时,用焦炭吸附NH3气测得如下数据,设V a~p关系符合V a = kp n方程。
p/kPa 0.7224 1.307 1.723 2.898 3.931 7.528 10.102
10.2 14.7 17.3 23.7 28.4 41.9 50.1 V a/dm3·kg-
1
试求方程V a = kp n中k及n的数值。
10.3在77.2K时,用微型硅铝酸吸附N2(g),在不同的平衡压力下,测得每千克催化剂吸附的N2(g)在标准状况下的体积数据如下:
表10.12
p/kPa 8.6993 13.639 22.112 29.924 38.910 V a/dm3·kg-1115.58 126.3 150.69 166.38 184.42 已知77.2K时N2(g)的饱和蒸气压为99.125kPa,每个N2分子截面积
a=16.2×10-29m2。
试用BET公式计算该催化剂的比表面积。
10.4 292.15K时,丁酸水溶液的表面张力可以表示为γ =γ0- a ln(1+ bc),式中γ0为纯水的表面张力,a和b皆为一常数。
(1)试求该溶液中丁酸的表面吸附量Г和浓度c的关系;
(2)若已知a=13.1 mN·m-1,b=19.62 dm3·mol-1,试计算当c=0.20 mol·dm-3时的Г为多少;
(3)当丁酸的浓度足够大,达到bc>>1时,饱和吸附量Гm为多少?设此时表面上丁酸呈单分子层吸附,计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为多少?。