10-界面现象 习题

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=×10-1N/m ，求在此温度及的压力下，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=×10-1N/m w=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。

这样才深化出静电力、诱导力和色散力的观点，并研究出其计算过程。

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。

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。

第十章界面现象1．液体在毛细管中上升的高度与基本无关。

A．温度 B．液体密度 C．大气压力 D．重力加速度2．微小晶体与同一种的大块晶体相比较，下列说法中不正确的是。

A．微小晶体的饱和蒸气压大 B.微小晶体的表面张力未变C. 微小晶体的溶解度小D.微小晶体的熔点较低3．水在某毛细管内上升高度为h，若将此管垂直地向水深处插下，露在水面以上的高度为h/2，则。

A．水会不断冒出B. 水不流出，管内液面凸起C. 水不流出，管内凹液面的曲率半径增大为原先的2倍D．水不流出，管内凹液面的曲率半径减小为原先的一半4. 在用最大气泡法测定液体表面张力的实验中，是错误的。

A.毛细管壁必须清洁干净B.毛细管口必须平整C.毛细管必须垂直放置D.毛细管须插入液体内部一定深度5. 在干净的粗细均匀的U形玻璃毛细管中注入纯水，两侧液柱的高度相同，然后用微量注射器从右侧注入少许正丁酸水溶液，两侧液柱的高度将是。

A．相同 B．左侧高于右侧C．右侧高于左侧 D．不能确定6. 在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后使左右两端相通，将会出现什么现象。

A．大泡变小，小泡变大 B．小泡变小，大泡变大C．两泡大小保持不变 D．不能确定7. 在一支干净的、水平放置的、内径均匀的玻璃毛细管中部注入一滴纯水，形成一自由移动的液柱。

然后用微量注射器向液柱右侧注入少量NaCl水溶液，假设接触角不变，则液柱将。

A. 不移动 B．向右移动C．向左移动 D无法判断8. 在潮湿的空气中，放有3只粗细不等的毛细管，其半径大小顺序为:r1>r2>r3，则毛细管内水蒸气易于凝结的顺序是。

A．1，2，3 B．2，3，1C．3，2，1 D无法判断9．人工降雨是将AgI微细晶粒喷洒在积雨云层中，目的是为降雨提供。

A. 冷量 B．湿度 C．晶核 D．温度10. 下面对于物理吸附的描述，不正确。

A．吸附力基于van der Waals力，吸附一般没有选择性B．吸附层可以是单分子层或多分子层C．吸附速度较快，吸附热较小D．吸附较稳定，不易解吸11．下列叙述不正确的是 .A 农药中加入润湿剂可使和减小，药液在植物表面易于铺展；B 防水布上涂表面活性剂使减小，水珠在其上不易铺展；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液体表面张力。

第十章 界面现象习题答案一、名词解释1. 表面活性剂：溶于水中能显著地降低水的表面张力的物质，称为表面活性剂。

2. 接触角：是指在一光滑水平的固体表面上的液滴，在一定的T 、p 下达平衡时，固液界面与气液界面的切线在三相接触点处的夹角（夹有液体）。

3. 表面张力：液体的表面张力定义为沿着液体表面垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。

用符号γ表示。

4. 临界胶束浓度：形成一定形状的胶束所需表面活性物质的最低浓度。

5. 吸附：物质在两相界面上自动富集或贫乏的现象称为吸附。

6. 溶液的表面吸附：溶质在溶液表面层（或表面相）中的浓度与在溶液本体（或本相）中的浓度不同的现象，称为溶液表面的吸附。

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 兰格缪尔吸附理论的基本假设有四条：（1）固体表面是均匀的；（2）吸附是单分子层的；（3）被吸附分子间无相互作用力；（4）吸附平衡是动态平衡。

兰格缪尔吸附等温式适用于五种常见吸附等温线中的第一种类型。

BET 吸附理论接受了兰格缪尔理论的许多观点，其主要区别在于他们认为吸附可形成多分子层的，而且第二层以后的各层吸附，是相同分子间的相互作用。

吸附热均相等，并相当于该气体的凝聚热。

BET 公式适用于相对压力p/p 0=~范围的吸附。

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。

暴沸现象是由于新相种子（小气泡）难以生成而产生的。

由开尔文公式可知，对小气泡，r<0，|r|越小，气泡内的饱和蒸气压也越小，而附加压力却越大。

在液面下的小气泡须承受的外压力等于大气压力、液体静压力及附加压力三者之和。

在正常沸腾温度下，气泡内的饱和蒸气压远远小于p 外，因此小气泡无法产生。

只有再升高温度，使p r 增大，当达到p mgh p p r ∆++≥0时，液体便开始沸腾。

而一旦气泡生成，它便迅速长大，随之p r 相应增加，p 相应降低，气泡反抗的外压迅速减小，因而液体沸腾激烈，形成暴沸现象。

第10章界面现象思考题：1.利用界面现象原理解释毛细凝结现象。

2.为什么气泡、液滴、肥皂泡等等都呈圆形？为什么玻璃管口加热后会变得光滑并缩小？这些现象的本质是什么？3.如右图所示，在三通旋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，在右端吹一个小泡。

最后让左右两端相通，试问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泡的曲率半径的比值。

4.井水与河水相比，何者表面张力大？为什么？5.为什么气体吸附在固体表面一般是放热的？选择题：1.关于表面吉布斯函数与表面张力，下列说法正确的是（）A．它们是体系的两个热力学变量B．它们描述体系的同一性质C.它们都是指向体系内部的向量D. 它们是完全相同的一个量2.已知20℃时水的表面张力为7.28×10-2 N·m-1，在此温度和标准压力下将水的表面积可逆增大10 cm2，体系的ΔG等于（）A．7.28×10-5 J B．-7.28×10-5 JC. 7.28×10-1 JD. -7.28×10-1 J3.等温等压下，10g水的表面积增大2倍，做功W，水的吉布斯函数变化为（）A．ΔG=W B．ΔG=-W C.ΔG > W D. 不能确定4.设反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)已达平衡，在其他条件不变的情况下，将CaCO3进一步粉碎，则平衡（）A．左移B．右移 C.不移动 D. 不能确定5.关于物理吸附，说法不正确的是（）A．吸附力基于范德华力，吸附一般没有选择性B．吸附层可以是多分子层，也可以是单分子层C．吸附速度快，吸附热小D．吸附层较稳定，不易解吸6.Freundlich吸附等温式Γ= kp n适用于（）A．低压B．中压C．高压D．任何压力ngmuir吸附等温式所基于的一个假设是（）A．理想的气体行为B．平整的固体表面C．吸附热为一常数，不随吸附过程变化D．吸附与脱附的活化能均为零8.气体在固体表面发生等温吸附（）A．ΔS > 0 B．ΔS < 0 C．ΔS = 0 D．ΔS ≥ 09.向水中加入表面活性剂后，（）A．dσ/dc > 0，产生正吸附B．dσ/dc > 0，产生负吸附C．dσ/dc < 0，产生正吸附D．dσ/dc < 0，产生负吸附10.已知293K时水—辛醇的表面张力为0.009 N·m-1，水—汞的表面张力为0.375 N·m-1，汞—辛醇的表面张力为0.348 N·m-1。

第10章界面现象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？解：常见的亚稳定状态有：过饱和蒸汽、过热或过冷液体和过饱和溶液等。

产生亚稳定状态的原因是新相种子难生成。

如在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生产新相，故而最初生成的新相，故而最初生成的新相的颗粒是极其微小的，其表面积和吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极其困难，进而会产生过饱和蒸气、过热或过冷液体和过饱和溶液等这些亚稳定状态。

为防止亚稳定态的产生，可预先在系统中加入少量将要产生的新相种子。

（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？解：若钟罩内还有该液体的蒸气存在，则长时间恒温放置后，出现大液滴越来越大，小液滴越来越小，并不在变化为止。

其原因在于一定温度下，液滴的半径不同，其对应的饱和蒸汽压不同，液滴越小，其对应的饱和蒸汽压越大。

当钟罩内液体的蒸汽压达到大液滴的饱和蒸汽压时。

该蒸汽压对小液滴尚未达到饱和，小液滴会继续蒸发，则蒸气就会在大液滴上凝结，因此出现了上述现象。

（3）物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么？解：物理吸附与化学吸附最本质的区别是固体与气体之间的吸附作用力不同。

物理吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为范德华力，化学吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为化学键力。

（4）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？解：在一定温度、压力下，物理吸附过程是一个自发过程，由热力学原理可知，此过程系统的ΔG<0。

同时气体分子吸附在固体表面，有三维运动表为二维运动，系统的混乱度减小，故此过程的ΔS<0。

根据ΔG=ΔH-TΔS可得，物理吸附过程的ΔH<0。

在一定的压力下，吸附焓就是吸附热，故物理吸附过程都是放热过程。

10.2 在293.15K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。