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物理化学界面现象一、选择题1. 同一系统，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。
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. 下列叙述正确的是( )A 比表面自由能的意义是，在定温定压下，可逆地增加单位体积引起系统吉布斯自由能的增量；B 表面张力的意义是，在相表面的功面上，平行作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力；C比表面自由能单位为J.m2,表面张力单位为N.m-1时，两者数值相同；D 比表面自由能与表面张力量纲一致，但单位不同。
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；C 25ºC 水中高于 75ºC 水中；D 75ºC 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2,则系统的ΔG为 ( )积4cmA2.91×10-5J 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。
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。
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。
《物理化学》课后习题第⼀章答案习题解答第⼀章1． 1mol 理想⽓体依次经过下列过程：(1)恒容下从25℃升温⾄100℃，(2)绝热⾃由膨胀⾄⼆倍体积，(3)恒压下冷却⾄25℃。
试计算整个过程的Q 、W 、U ?及H ?。
解：将三个过程中Q 、U ?及W 的变化值列表如下：过程 QU ?W(1) )(11,初末T T C m V - )(11,初末T T C m V -0 (2)0 0（3） )(33,初末T T C m p - )(33,初末T T C m v - )(33初末V V p -则对整个过程:K 15.29831＝末初T T = K 15.37331==初末T TQ ＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nCmp＝）初末33(T T nR -＝[1×8.314×(-75)]J ＝-623.55JU ?＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m v ＝0 W ＝-)(33初末V V p -＝-）初末33(T T nR -＝-[1×8.314×(-75)]J ＝623.55J因为体系的温度没有改变，所以H ?＝02． 0.1mol 单原⼦理想⽓体，始态为400K 、101.325kPa ，经下列两途径到达相同的终态：(1) 恒温可逆膨胀到10dm 3，再恒容升温⾄610K ； (2) 绝热⾃由膨胀到6.56dm 3，再恒压加热⾄610K 。
分别求两途径的Q 、W 、U ?及H ?。
若只知始态和终态，能否求出两途径的U ?及H ?？解：(1)始态体积1V ＝11/p nRT ＝(0.1×8.314×400/101325)dm 3＝32.8dm 3 W ＝恒容恒温W W +＝0ln12+V V nRT＝(0.1×8.314×400×8.3210ln +0)J＝370.7JU ?＝)(12,T T nC m V -＝[)400610(314.8231.0-]J ＝261.9JQ ＝U ?+W ＝632.6J H ?＝)(12,T T nCmp -＝[)400610(314.8251.0-]＝436.4J(2) Q ＝恒压绝热Q Q +＝0+)(12,T T nCmp -＝463.4JU ?＝恒压绝热U U ?+?＝0+)(12,T T nC m V -＝261.9J H ?＝恒压绝热H H ?+?＝0+绝热Q ＝463.4J W ＝U ?-Q ＝174.5J 若只知始态和终态也可以求出两途径的U ?及H ?，因为H U 和是状态函数，其值只与体系的始终态有关，与变化途径⽆关。
厦门大学物理化学习题及答案第章界面现象1、表面性质与什么有关？服用同样质量同样成份的药丸和药粉，哪一种的药效快？为什么？答案：（药粉的比表面大，药效快。
）2、试计算在20℃时将1cm3水分散成半径为1某10-5cm的小水滴所需要的功。
答案：(2.16J)3、将一个系有细线圈的金属环，在肥皂液中浸一下然后取出，这时金属环被一层液膜所覆盖，而细线圈也保持着最初不规则的形状（见图），现若将线圈内的液膜刺破，问线圈将变成什么形状？为什么？答案：（变成一圆圈，因为表面张力的作用。
）4、有人从"表面扩展过程是一熵增过程"出发，得到"表面扩展是一自发过程"这一结论。
试指出此结论的错误所在。
答案：（体系熵增加并不等于总熵增加。
）5、设纯水的表面张力与温度的关系符合下面的关系式假定表面积改变不会引起总体积变化。
试求(1)在283K及压力下可逆地使水的表面积增加1cm2时，必须对体系做功多少？(2)计算该过程中体系的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及所吸收的热。
(3)除去外力，使体系不可逆地自动收缩到原来的表面积；并设不做收缩功。
试计算该过程的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及热。
答案：〔(1)W＝-7.424某10-6J(2)ΔU＝ΔH＝7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝7.424某10-6J、ΔS＝4.95某10-10J·K-1、Q＝1.4某10-7J(3)ΔU＝ΔH＝-7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝-7.424某10-6J、ΔS＝-4.95某10-10J·K-1、Q＝ΔU〕4、如图所示两根毛细管中分别装有两种不同的液体，若在毛细管右端加热，问液体将如何移动。
答案：(上管向左，下管向右)5、在下列体系中将活塞两边连通时将出现什么情况？为什么？若连通大气又如何？答案：（小泡变小，大泡变大，若连通大气，则两气泡均变小，直至曲率半径变成无限大。
）6、在一管径不均匀的毛细管中有一些可润湿管壁的液体存在（见图）。
问平衡时，液体所在位置？答案：（在大管与小管的交界处和小管之间。
）7、某学生用硅胶作吸附剂，苯作吸附质测定硅胶的比表面，实验中发现当苯的蒸气压超过某一数值时，硅胶的吸附量突然增大，问这是什么原因造成的？A．发生化学吸附B．毛细凝聚C．未达平衡吸附D．硅胶吸水答案：（B）8、假定一固体溶于某溶剂形成理想溶液。
(1)导出固体溶解度与颗粒大小的关系；(2)解释为什么会有过饱和现象发生，为什么在过饱和溶液中投入晶种会大批析出晶体；(3)25℃时，已知大颗粒CaSO4在水中的溶解度为15.33某10-3mol·dm-3，r＝3某10-7m的CaSO4细晶溶解度为18.2某10-3mol·dm-3，ρCaSO4＝2.96Kg·dm-3试求CaSO4的界面张力γ。
答案：(γS-l＝1.39N·m-1)9、有人建议由测定同一液体在两个管径不同的毛细管中的上升高度来求出液体的表面张力。
请导出计算公式，并说明此法的优点。
答案：10、在一定温度下，用半径为0.1009cm的毛细管以毛细上升法测定一液体的表面张力，测得平衡时上升高度为1.4343cm已知此液体的密度与气相密度差为0.9972g·cm-3，求液体的表面张力。
答案：(0.0707N·m-1)11、何谓表面活性？如何按照表面活性把溶质分类？极性有机同系物水溶液的表面活性有什么规律？12、假设稀油酸钠水溶液的表面张力γ与浓度呈线性关系：γ＝γ0－ba，其中b为常数，γ0为纯水的表面张力：298K时γ0＝0.072N·m-1，测得该溶液表面吸附油酸钠的吸附量Γ2＝4.33某10-6mol·m-2，试计算该溶液的表面张力。
答案：(0.061N·m-1)13、十二烷基苯磺酸钠的细流落入比液流更细的圆形孔中，液流外层被刮下，收集此液进行分析，得知其浓度为7.5某10-6mol·dm-3，表层厚度为5某10-4cm。
已知原液浓度为5.5某10-6mol·dm-3，自表面张力测定得知其。
请用这些数据验证Gibb吸附公式。
实验温度为25℃。
14、两块平板玻璃在干燥时，叠放在一起很容易分开。
若在其间放些水，再叠放在一起，使之分开却很费劲，这是什么原因。
若其间不是放水而是放非极性有机液体。
则结果又将如何？为什么？答案：（水润湿玻璃，两玻璃间形成凹面，有机液体不润湿玻璃；两玻璃与液体形成凸面。
）15、已知293K时水－辛醇的界面张力为0.009N·m-1，水－汞的界面张力为0.375N·m-1，汞-辛醇的界面张力为0.348N·m-1，请判定辛醇是否能在水一汞界面上铺展开。
答案：(可以铺开)16、不溶膜的表面浓度与吉布斯表面过剩是否相同？如何计算成膜分子平均占有面积？答案：17、在一干净的水面上放一小浮片，若用一烧热的铁片插入浮片一边的水中。
浮片将向什么方向移动？当浮片停止移动时，用沾有油的玻璃棒在其任何一侧的水面碰一下，浮片又将如何运动？为什么？答案：（温度升高γ下降，浮片将向铁片的另一方向移动，用油玻棒碰一下，γ下降，则浮片向相反方向移动。
）18、某棕榈酸(Mr＝256)的苯溶液，1dm3溶液含酸4.24g。
当把该溶液小心地滴到水的表面，等苯蒸发后，棕榈酸在水面形成固相的单分子膜。
如果我们希望复盖500cm2的水面，仍以单分子层的形式，需用多少体积的溶液？（设每个棕榈酸分子所占平均面积为21某10-20m2。
答案：(V＝0.0239cm3)19、(a)兰格缪尔吸附等温式中常数b的物理本质是什么？(b)利用炭自水溶液中吸附苯胺的实验数据，作吸附等温线，并用兰格缪尔方程处理以求出极限吸附量和b值。
0.10.40.751.251.750.30.580.700.870.9020、用木炭吸附水溶液中溶质A，已知符合弗伦德里胥公式，，式中a为每克木炭所吸附A的克数，C的单位为g·dm-3。
若1dm3溶液最初含A和木炭各为2g，试计算平衡后溶液中尚余A若干克。
答案；(1g)21、花岗岩石板材的染色是一固液吸附过程。
其染色过程一般是将染料溶解于沸点较高的有机溶剂中，然后加热石板材至一定温度，再浸入染料溶液中，经一定时间后取出。
在实际过程中，人们发现低温时，染色速度极慢，而随着温度升高，染色速度加快，同时，当温度升高时，发现有固体染料析出。
这种现象与我们讨论的温度对吸附的影响是否矛盾。
为什么？答案：（主要是动力学因素起作用。
）22、表面活性剂的结构特点是什么？如何按化学结构将表面活性剂分类？答案：（结构的不对称性是其主要特定。
）23、测定阴离子型表面活性剂胶团溶液的迁移数时发现阳极室增加的表面活性离子的量比按所通过电量理论计算值高许多；而阴极室中阳离子的量竟没有增加。
请对此加以解释。
答案：（形成胶束）24、欲使甲苯乳化成油/水型乳浊液，要求乳化剂的H.L.B值为12.5，现有A(H.L.B＝18)、B(H.L.B)＝8.6，两种乳化剂均已配成4%的溶液，若用这两种溶液配制100g混合溶液，问分别用多少克才能使其H.L.B值恰好等于12.5？答案：(A：41.5g、B：58.5)测试Ⅰ选择题(共15小题,每题2分)恒温、恒压、恒组成下，表面张力等于A.比表面能B.比表面吉布斯自由能C.吉布斯函数D.增加单位体积时，系统所增加的吉布斯函数下面关于表面张力、比表面功和比表面吉布斯自由能的叙述中哪一个是不正确的？A.三者的数值相同。
B.三者的量纲相同C.三者具有相同的物理意义。
D.三者的大小都与分子间作用力有关。
液体的表面张力γ可以表示为A.B.C.D.弯曲表面上附加压力的计算公式为，式中r的符号A.液面为凸面时为正、凹面为负。
B.液面为凸面时为负、凹面为正。
C.总为正D.总为负已知400K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10-7m的汞滴的蒸气压，应该用公式A.B.C.D.对于一理想的平液面，下列物理量何者为零？A.表面张力。
B.比表面。
C.比表面吉布斯自由能。
D.附加压力把毛细管插入水中，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＝p0B.p〈p0C.p〉p0D.不确定微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？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.微小晶体的熔解度较小在蒸馏实验中，常在液体中投入一些沸石或一端封口的毛细管等多孔性物质，这样做是为了破坏下列哪个亚稳状态？A.过饱和溶液B.过冷液体C.过热液体D.过饱和蒸气在一定温度、压力下，满足下面哪一个条件，液体就能在固体表面铺展？A.液体在固体上的铺展系数S≥0B.S〈0C.0°〈θ〈90°D.θ≥90°往液体(1)的表面滴加一滴与其不互溶的液体(2)，两种液体对空气表面张力分别为γ1/3和γ2/3，两种液体间的表面张力为γ1/2。
则液体(2)能在液体(1)上铺展的条件为：A.B.C.D.当表面活性物质加入溶剂后，所产生的结果是：A.正吸附B.负吸附C.正吸附D.负吸附通常称为表面活性物质的是指当其加入于某纯液体后A.能降低液体表面张力。
B.能增大液体表面张力C.不影响液体表面张力。
D.能显著降低液体表面张力。
特劳贝(Traube)在研究脂肪酸同系物的表面活性时发现，不同的酸在相同的浓度时，对水的表面张力降低效应随碳氢链的增加而增加。
每增加一个CH2，其表面张力降低效应平均增加：A.2～４倍B.2.3倍C.3.2倍D.6.４倍水/油乳化剂的H.L.B值的范围是A.2～6B.8～12C.14～18D.20～24答案：1：B、2：C、3：D、4：A、5：D、6：D、7：B、8：D、9：C、10：A、11：B、12：A、13：D、14：C、15：AA.-2.868某10-5JB.2.868某10-5JC.-7.17某10-5JD.7.17某10-5J一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，以下性质保持不变的有：A.表面能B.表面张力C.比表面D.液面下的附加压力关于表面张力的方向，下面哪个叙述是不正确？A.平液面的表面张力沿着液面且与液面平行。
B.弯曲液面的表面张力指向曲率中心。
C.弯曲液面的表面张力垂直于周界线，且与液滴的表面相切。
D.表面张力是沿着液体表面，垂直作用于单位长度上的紧缩力。
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.1/4倍B.1倍C.2倍D.4倍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。
