13章_表面物理化学
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1.为什么气泡、小液滴、肥皂泡都呈圆形?玻璃管口加热后会变的光滑并缩小,现象的本质?用同一滴管滴出相同体积的苯、水和Nacl溶液,所得滴数是否相同?答:①本质是:由于表面张力的存在,液体表面都有自动缩成最小的趋势,使之表面能降低以达到稳定状态,而球形是相同体积的物体具有表面积最小的一种形式,所以气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形,玻璃管口加热后会变的光滑并缩小也是同理。
②滴数不相同,因为他们各自的表面张力不同。
2.解释现象的基本原理:①人工降雨②有机蒸馏中加沸石③多孔固体吸附蒸气时的毛细凝聚④过饱和溶液、过饱和蒸汽、过冷液体等过饱和现象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?答:这些都可以用Kelvin公式解释,①②④⑤是新相刚行面时的体积小,曲率半径小,对与之平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。
③多孔固体吸附蒸气时,被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的,其曲率半径小于零,当气体的分压小于其饱和蒸气压时,就可以发生凝聚。
⑥喷洒农药时,在农药中加入少量的表面活性剂,可以降低药液的表面张力,使药液在叶面上铺展。
3.为什么小晶粒的熔点比大块的固体的熔点略低,而溶解度却比大晶粒大?答:晶粒越细小,比表面积就越大,表面效应就越明显。
所以。
4.若用CaCO3进行热分解,问细粒CaCO3的分解压p1与大块CaCO3的分解压p2相比,两者大小如何?为什么?答:细粒CaCO3的分解压p1更大,因为△rGmθ=—RTlnKpθ,而CaCO3的分解压p1正比于Kpθ。
又△rGmθ=△fGmθ(CaO)+△fGmθ(CO2)—△fGmθ(CaCO3).热力学数据表中的数据一般是对大颗粒而言的,而细小CaCO3的粒子有较大的表面能,从而△rGm θ使减小,pθ变大,所以细粒CaCO3的分解压更大。
5、试说明同一个气固相催化反应,为何在不同的压力下表现出不同的反应级数?请在符合Langmuir吸附假设的前提下,从反应物和产物分子的吸附性,解释下列实验事实:①NH3(g)在金属钨表面的分解呈零级数反应的特点;②N2O(g)在金表面的分解是一级反应;③H原子在金表面的复合是二级反应;④NH3(g)在金属钼的分解速率由于N2(g)的吸附而显著降低,但尽管表面被N2(g)所饱和,但速率不为零。
第十三章选择题1. 在空间轨道上运行的宇宙飞船中,漂浮着一个足够大的水滴,当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时,将会出现: ( )(A) 水并不进入毛细管 (B) 水进入毛细管并达到管内一定高度(C) 水进入毛细管并达到管的另一端 (D) 水进入毛细管并从另一端滴出2.表面活性剂具有增溶作用,对增溶作用说法不正确的是: ( )(A) 增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低 (B) 增溶作用是一个可逆的平衡过程(C) 增溶作用也就是溶解作用 (D) 增溶作用与乳化作用不同3.气固相反应 CaCO 3(s)CaO(s) + CO 2(g) 已达平衡。
在其它条件不变的情况下,若把 CaCO 3(s) 的颗粒变得极小,则平衡将: ( )(A) 向左移动 (B) 向右移动 (C) 不移动 (D) 来回不定移动 4BET 吸附等温式中 V m 为: ( )(A) 饱和吸附量 (B) 平衡吸附量 (C) 铺满第一层的吸附量 (D) 常数,无物理意义5.对于亲水性表面,其各界面张力之间关系是: ( )(A) γs-l > γs-g (B) γs-l < γs-g (C) γs-l = γs-g (D) 不能确定6.某有机物水溶液浓度为3.0 mol ·m -3,在300 K 时31d 8.31410 N m d /c cγ--=-⨯⋅$,则表面超额为:( ) (A) 0.01 mol ·m -2 (B) 0.02 mol ·m -2 (C) 1.0×10-5 mol ·m -2 (D) 1×10-7 mol ·m -27 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。
为从实验数据来计算 Γ∞ 及 b ,常将方程改变成直线形式。
当以 1/Γ对 1/p 作图时能得到直线。
第13章表面物理化学1.恒温恒压下,将一液体分散成小颗粒液滴,该过程液体的熵值将:( )A、增大;B、减小;C、不变;D、无法判定2.用同一滴管分别滴下1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为:( )A、三者一样多;B、水 > 乙醇水溶液 > NaOH水溶液;C、乙醇水溶液 > 水 > NaOH水溶液;D、NaOH水溶液 > 水 > 乙醇水溶液;3.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,经过这一变化过程,以下性质保持不变的是:( )A、总表面能;B、比表面;C、液面下的附加压力D、表面张力4.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)( )A、5 Pa;B、10 Pa;C、15 Pa;D、20 Pa5.将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm,在3cm处将毛细管折断,这时毛细管上端:( )A、水从上端溢出;B、水面呈凸面;C、水面呈凹形弯月面;D、水面呈水平面;6.微小晶体与普通晶体相比较,性质不正确的是:( )A、微小晶体的饱和蒸气压大B、微小晶体的溶解度大C、微小晶体的熔点较低D、微小晶体的溶解度较小7.当水中加入表面活性剂后,将发生:( )A、d/da < 0 正吸附;B、d/da < 0 负吸附;C、d/da > 0 正吸附;D、d/da > 0 负吸附;8.把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上,中间留少许距离,小心地在中间滴一滴肥皂水,则两纸条间距离将:( )A、增大;B、缩小;C、不变;D、以上三种都有可能9.水不能润湿荷叶表面,接触角大于90°,当水中加入皂素后,接触角将:( )A、变大B、变小C、不变D、无法判断10.表面活性剂具有增溶作用,对增溶作用说法不正确的是:( )A、增溶作用可以使被溶物的化学势大大降低;B、增溶作用是一个可逆的平衡过程;C、增溶作用也就是溶解作用;D、增溶作用与乳化作用不同11.多孔硅胶有强烈的吸水性能,硅胶吸水后其表面Gibbs自由能将:( )A、变大B、变小C、不变D、无法判断12. Langmuir吸附等温式满足的条件下,下列不恰当的是:( )A、固体表面是均匀的;B、吸附质分子之间的相互作用可忽略不计;C、吸附是多分子层的;D、吸附热不随吸附量改变;13.对于物理吸附的描述中,不正确的是:( )A、吸附力来源于范德华力,其吸附一般不具有选择性;B、吸附热较小;C、吸附层可以是单分子层或多分子层;D、吸附速率较小;14.称为催化剂毒物的主要行为是:( )A、和反应物之一发生化学反应;B、增加逆反应的速率;C、使产物变得不活泼;D、占据催化剂的活性中心;15.已知水溶解某物质以后,其表面张力与溶质的活度a呈如下关系式中为纯水的表面张力,A、B为常数,则溶液的表面过剩为:A、 B、 C、 D、16.一般来说,物理吸附的吸附量随温度升高而,化学吸附的吸附量随温度升高。
第十三章 表面物理化学自测题I.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⨯10-2 m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0.025 N ⋅m -2)(d )。
(a) 5 Pa (b) 10 Pa (c) 5 Pa (d) 24 Pa3.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:()0=1A Ba γγ-+ln式中0γ为纯水的表面张力,A ,B 为常数,则溶液表面过剩2Γ为(c )。
(a)()2=1Aa RT Ba Γ-+ (b)()2=1ABa RT Ba Γ-+ (c)()2=1ABa RT Ba Γ+ (d)()2=1Ba RT Ba Γ-+ 4.298 K 时,苯蒸气在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式,在苯蒸气压力为40 Pa 时,覆盖率θ=0.05,当θ=0.5时,苯蒸气的平衡压力为(b )。
(a)400 Pa (b)760 Pa (c)1 000 Pa (d)200 Pa5甲在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 )12倍 (b)1倍 (c )2倍 (d)4倍6.将一毛细管插人水中,毛细管中水面上升5 cm ,在3 cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端(c )。
(a)的水从上端溢出 (b)水面呈凸面(c)水面呈凹形弯月面 (d)水面呈水平面7.用同一滴管分别滴下1 cm 3的NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为(c )。
(a)三者一样多(b)水>乙醇水溶液>NaOH 水溶液(c)乙醇水溶液>水> NaOH 水溶液(d) NaOH 水溶液>水>乙醇水溶液8.当水中加入表面活性剂后,将发生(a )。
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21m-;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。