界面化学思考题答案

第十章界面化学思考题答案1.已知水在两块玻璃间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面。

试解释为什么两块玻璃间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开？答：水在两玻璃和两石蜡板间的状态如下图。

水能润湿玻璃，在两块玻璃之间的水层两端液面呈凹形，故其附加压力方向指向空气，使水层内的压强小于外部大气压强，两者相差2γ/r，即相当于两块玻璃板外受到2γ/r的压力作用，所以要把它们分开很费力。

且两板越靠近，此压力差越大，使两板难以拉开。

石蜡板的情况相反，液体压力p大于外压力，易于拉开。

2.如下图所示，在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。

当开启活塞使两泡相通时，试问两泡体积将如何变化？为什么？2图3图答：开启活塞后，大泡将变大，小泡将变小。

活塞关闭时，由于肥皂泡膜产生附加压力，Δp=p内－p外＝４γ/r.泡的半径r越小，附加压力越大，而大、小泡的p外是相同的，故小泡内空气压力大于大泡内空气压力。

因此打开活塞后，小泡内空气就流向大泡，导致小泡变成更小。

当小泡收缩至其半径等于玻璃管口半径时的r最小，若再收缩，其曲率半径反而增大。

所以当小泡收缩至其曲率半径与大泡半径相等时，停止收缩。

3.如上图所示，玻璃毛细管A插入水中后，水面上升高度应能超过h，因此推断水会从弯口B处不断流出，于是便可构成第一类永动机，如此推想是否合理？为什么？答：不合理，由于毛细管上方弯曲，当液面上升到顶端后，又沿弯曲管下降到弯口B处，液面下降时，由于弯曲部分液体受到重力作用，使凹液面的曲率半径由r增大到r',故附加压力也相应减小到Δp'＝2γ/r ' 。

到B处，Δp'与B处高度的静压力达到平衡，曲率不再变化（仍是凹液面）。

故水滴不会落下。

4.一定量的小麦，用火柴点燃并不易着火。

若将它磨成极细的面粉，并使之分散在一定容积的空气中，却很容易着火，甚至会引起爆炸。

这是为什么？答：这有两方面原因。

磨成极细的面粉后，比表面积大大增加，磨得越细，其表面能越高，所处的状态就越不稳定，其化学活性也越大，因而容易着火。

第五章思考题1. 在电极界面附近的液层中，是否总是存在着三种传质方式？为什么？每一种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液层主要传质方式是扩散。

三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J来表示。

2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有什么区别？答：当电极反应所消耗的反应粒子数和扩散补充来的反应粒子数相等，就可以达到一种动态平衡状态，即扩散速度与电极反应速度相平衡。

这时反应粒子在扩散层中各点的浓度分布不再随时间变化而变化，而仅仅是距离的函数；扩散层的厚度不再变化；离子的浓度梯度是一个常数，这就是稳态扩散过程。

理想条件下，人为地把扩散区和对流区分开了，因此理想稳态扩散过程中，扩散层有确定的厚度；而实际情况下，扩散区与对流区是相互重叠、没有明显界限的，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。

二者在扩散层内都是以扩散作用为主。

因此二者具有相似的扩散动力学规律，但推导实际情况下的稳态扩散动力学公式需要借用理想稳态扩散的动力学公式。

3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？答：旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。

这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。

它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。

4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。

扩散层中有没有剩余电荷？答：根据扩散传质理论，紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。

思考题和练习题解答思考题1. 表面性质与相邻两体相的性质有关，但又与两体相性质有所不同。

处于表面层的分子由于它们的受力情况与体相中分子的受力情况不相同，因此，表面层的分子总是具有较高的能量。

此外，表面性质还与表面积密切相关。

表面积越大，则表面能越高，表面越不稳定。

这将导致表面层自发地减少表面能（减少表面积或表面吸附）。

药粉的药效比药丸快。

因为药粉的比表面积比药丸大得多，表面能较高，活性高。

2. 将变成绷紧的圆环状。

这是因为液膜被刺破后，细丝两边不同曲率的部分附加压力方向不同（均指向曲面的球心方向）。

经附加压力的调整后，最后，线圈以规则的形状存在。

3．一个过程的自发与否是由过程的吉布斯自由能决定的。

尽管表面扩展过程熵是增加的，但同时也是吸热的，因此，ΔH >0。

可见，单凭熵增加无法判断过程的方向。

4．可根据0pT γ∂⎛⎫<⎪∂⎝⎭判断之。

上管中，管内液面呈凹状，附加压力朝外，当温度升高，表面张力下降，附加压力降低。

因此，当右端液体受热时，朝右附加压力小于朝左边的附加压力，液体朝左移动。

下管可同样分析，由于下管液面呈凸状，附加压力朝内。

因此，液体移动方向与上管相反。

5．附加压力s p 与曲率半径r ，表面张力γ的关系为s 2p rγ=由于右边气泡比左边气泡大，因此，曲率半径大，附加压力小。

当将两边连通后，则左泡变小，右泡变大，直到左、右两边曲率半径相同时，两边达平衡。

若活塞同时连通大气，则两气泡同时变小，但变化速率不同，左泡先消失，右泡后消失。

6．从图可见，不均匀毛细管的左端管径大，曲率半径大，附加压力小，因此液体两端附加压力不相等，液体向右端移动；直到两端附加压力相等为止。

因此，平衡时，液体应处于右端细管半径均匀的位置。

7. B 8．112gh r γρ= 222gh r γρ=121221()2r r gh h r r ργ⎛⎫=- ⎪-⎝⎭优点，不必校正液柱高度。

9．加入溶质后，使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性，用0d d c c γ→⎛⎫- ⎪⎝⎭表示。

实验一 燃烧热的测定1. 在本实验中，哪些是系统？哪些是环境？系统和环境间有无热交换？这些热交换对实验结果有何影响？如何校正？提示：（氧弹中的样品、燃烧丝、棉线和蒸馏水为体系，其它为环境。

）盛水桶内部物质及空间为系统，除盛水桶内部物质及空间的热量计其余部分为环境，（实验过程中有热损耗：内桶水温与环境温差过大，内桶盖有缝隙会散热，搅拌时搅拌器摩擦内筒内壁使热容易向外辐射。

）系统和环境之间有热交换，热交换的存在会影响燃烧热测定的准确值，可通过雷诺校正曲线校正来减小其影响或（降低热损耗的方法：调节内筒水温比外筒水温低0.5-1℃，内桶盖盖严，避免搅拌器摩擦内筒内壁，实验完毕，将内筒洗净擦干，这样保证内筒表面光亮，从而降低热损耗。

）。

2. 固体样品为什么要压成片状？萘和苯甲酸的用量是如何确定的？提示：压成片状有利于样品充分燃烧；萘和苯甲酸的用量太少测定误差较大，量太多不能充分燃烧，可根据氧弹的体积和内部氧的压力确定来样品的最大用量。

3. 试分析样品燃不着、燃不尽的原因有哪些?提示：压片太紧、燃烧丝陷入药片内会造成燃不着；压片太松、氧气不足会造成燃不尽。

4. 试分析测量中影响实验结果的主要因素有哪些? 本实验成功的关键因素是什么?提示：能否保证样品充分燃烧、系统和环境间的热交换是影响本实验结果的主要因素。

本实验成功的关键：药品的量合适，压片松紧合适，雷诺温度校正。

5. 使用氧气钢瓶和氧气减压器时要注意哪些事项？1. 在氧弹里加10mL 蒸馏水起什么作用？ 答：在燃烧过程中，当氧弹内存在微量空气时，N 2的氧化会产生热效应。

在一般的实验中，可以忽略不计；在精确的实验中，这部分热效应应予校正，方法如下：用0.1mol ·dm -3 NaOH 溶液滴定洗涤氧弹内壁的蒸馏水，每毫升0.1 mol ·dm -3 NaOH 溶液相当于5.983 J(放热)。

2. 在环境恒温式量热计中，为什么内筒水温要比外筒的低？低多少合适？在环境恒温式量热计中，点火后，系统燃烧放热，内筒水温度升高 1.5-2℃，如果点火前内筒水温比外筒水温低1℃，样品燃烧放热最终内筒水温比外筒水温高1℃，整个燃烧过程的平均温度和外筒温度基本相同，所以内筒水温要比外筒水温低0.5-1℃较合适。

第三章学势与平衡2、对3、错，溶剂遵从拉乌尔定律，溶质遵从亨利定律。

4、>5、错。

沸点升高要求非挥发性溶质，凝固定降低要求该过程溶质不析出。

6、错。

食盐在水中解离后使溶质的浓度发生改变。

15、C第六章界面现象2、表面积增加，考虑到表面功，整个体系的吉布斯自由能增大，从而使体系不稳定更易发生反应。

4、接触角：在气、液、固三相接触的交界点A处，沿气液界面作切线AM，则AM与液固界面AN之间的角称为接触角。

完全润湿：0°；润湿：<90°；不润湿：>90°；完全不润湿：180°。

6、（1）向左；（2）向右7、小变小；大变大。

11、不变。

13、矿物质含量高，矿物质为非表面活性物质。

14、小液滴消失，大液滴变得更大。

17、亲水亲油平衡值。

18、保持土壤水分，锄地破坏毛细管，可防毛细管蒸发。

19、吸附：两相界面层中一种或多种组分的浓度与体相中浓度不同的现象。

物理吸附和化学吸附的比较见P275表6.3.1。

20、朗缪尔但分子层吸附的四个假设是：固体表面均匀、单分子层吸附、被吸附分子之间没有相互作用、吸附平衡为动态平衡。

第七章胶体化学1、P320表7.1.1。

2、制备溶胶：分散法和凝聚法；纯化溶胶：渗析法和超滤法。

6、丁达尔效应是由光散射现象引起，其强度与入射光波长四次方成反比；因为溶胶的分散相粒子粒径大于真溶液中分散相粒子，由瑞利散射公式可知其散射光强度更大。

7、空气可看作气溶胶，不同天气对应气溶胶分散相粒径不同，晴朗洁净的天空分散相粒径小，阴雨天粒径大，粒径小时我们看到的主要是散射光，蓝光散射强天空呈蓝色；阴雨天粒径大主要发生漫反射，看到白茫茫一片；日出日落光穿过厚的大气层透射过来，而红光透射能力强，所以能看到火红的朝霞和晚霞。

10、憎液溶胶的电动现象：电泳、电渗、沉降电势、流动电势12、电动电势：固液相间发生相对移动时，滑动面处与溶液本体间的电势差。

第三章1. 自发形成的双电层和强制形成的双电层在性质和结构上有无不同为什么 2 .理想极化电极和不极化电极有什么区别它们在电化学中有什么重要用途答:当电极反应速率为0,电流全部用于改变双电层的电极体系的电极称为理想极化电极，可用于界面结构和性质的研究。

理想不极化电极是指当电极反应速率和电子反应速率相等时，极化作用和去极化作用平衡，无极化现象，通向界面的电流全部用于电化学反应，可用作参比电极。

3•什么是电毛细现象为什么电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状答：电毛细现象是指界面张力随电极电位变化的现象。

溶液界面存在双电层，剩余电荷无论带正电还是负电，同性电荷间相互排斥，使界面扩大，而界面张力力图使界面缩小，两者作用效果相反，因此带电界面的张力比不带电时小，且电荷密度越大，界面张力越小，因此电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状。

4.标准氢电极的表面剩余电荷是否为零用什么办法能确定其表面带电状况答:不一定，标准氢电极电位为0指的是氢标电位，是人为规定的，电极表面剩余电荷密度为0时的电位指的是零电荷电位淇数值并不一定为0;因为形成相间电位差的原因除了离子双电层外，还有吸附双电层偶极子双电层金属表面电位。

可通过零电荷电位判断电极表面带电状况，测定氢标电极的零电荷电位，若小于0则电极带正电，反之带负电。

5•你能根据电毛细曲线的基本规律分析气泡在电极上的附着力与电极电位有什么关系吗为什么有这种关系（提示:液体对电极表面的润湿性越高，气体在电极表面的附着力就越小。

）6.为什么在微分电容曲线中，当电极电位绝对值较大时，会出现“平台”7 .双电层的电容为什么会随电极电位变化试根据双电层结构的物理模型和数学模型型以解释。

8.双电层的积分电容和微分电容有什么区别和联系9 •试述交流电桥法测量微分电容曲线的原理。

10 .影响双电层结构的主要因素是什么为什么答：静电作用和热运动。

静电作用使符号相反的剩余电荷相互靠近，贴于电极表面排列，热运动使荷电粒子外散，在这两种作用下界面层由紧密层和分散层组成。

物理化学第六版第十章界面现象课后思考题
（原创版）
目录
1.物理化学第六版第十章界面现象概述
2.课后思考题解答
正文
一、物理化学第六版第十章界面现象概述
物理化学第六版第十章主要讲述了界面现象，界面现象是指发生在两种不同相（如固相与液相、液相与气相等）之间的物理化学现象。

在这一章中，我们学习了界面张力、表面能、润湿现象等相关知识。

通过学习这些内容，我们可以更好地理解不同相之间的相互作用，从而为实际应用提供理论基础。

二、课后思考题解答
课后思考题 1：请简述界面张力的概念及其对界面现象的影响。

答：界面张力是指作用在液体界面上的力，使得液体表面有缩小的趋势。

界面张力的大小取决于液体的性质以及液体之间的相互作用。

界面张力对界面现象有重要影响，它决定了液体滴的形成、液滴的合并以及液体在固体表面的展开等过程。

课后思考题 2：请举例说明表面能的概念，并分析其在实际应用中的意义。

答：表面能是指在标准状态下，将一个物质的表面从完美晶体变为实际表面所需要的能量。

表面能可以通过吉布斯吸附等温线来测量。

在实际应用中，表面能对材料的润湿性、腐蚀性以及催化活性等方面具有重要意义。

课后思考题 3：请简述润湿现象及其分类。

答：润湿现象是指液体在固体表面上的展开过程。

根据液体在固体表面上的行为，润湿现象可分为三种类型：附着润湿、铺展润湿和毛细润湿。

润湿现象对涂料、粘合剂等材料的性能有重要影响。

通过学习物理化学第六版第十章界面现象，我们可以深入了解不同相之间的相互作用，为实际应用提供理论基础。