发布时间 : 星期六 文章第九章 界面现象-习题更新完毕开始阅读cd783e2ba6c30c2259019e95
第九章 界面现象-习题
一.填空 1.
下，把一半径
的水珠分散成
的小水
珠，则小水滴的数目为（）个。此过程系统
=（）J。（已知20℃时，
2.同中液体，在一定温度下形成液滴，气泡和平面液体，对应的饱和蒸气压分别为
，和
，若将三者按大小顺序排列应为（）。
3.将一玻璃毛细管垂直插入某液体中，若该液体对毛细管不润湿，则管内液面呈（），产生的附加压力的方向指向（），管内液面管外（）平液面。
4.在溶剂中加入某溶质B，能使该溶液的表面张力增大，则该溶质的表面浓度（）体相浓度，发生（），该溶质为表面（）物质。
5.液体的液滴愈小，饱和蒸气压愈（）;液体中的气泡愈小，气泡内的液体饱和蒸气压愈（）。
6.兰格缪尔单分子层吸附理论的基本假设是（）、（）、（）、（）。
7.由于界面效应引起的亚稳定状态有（）、（）、（）、（）。
8.物理吸附和化学吸附的本质区别是（）。
二.选择题
1.下面关于的物理意义中不正确的是（）
A.σ是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面上单位长度线段上的紧缩力。
B.σ是恒温，恒压下可以可逆的增加单元表面积所需的非体积功。
C.σ是在一定的温度，压力下，单位表面积中的分子所具有Gibbs函数值。
D.σ是恒温，恒压下增加单位表面所引起的系统Gibbs函数值。 2.在吸附过程中，以下热力学量的变化正确的是（） A.C.
B. D.
（表面）
（体相），证明（）
3.某溶液中溶质B的浓度为
A.C.
B. D.
4.溶液的表面层对溶质发生吸附，当表面浓度<本体浓度，则（） A.称为正吸附，与纯溶剂相比，溶液的表面张力σ降低。 B.称为无吸附，与纯溶剂相比，溶液的表面张力σ不变。 C.称为负吸附，与纯溶剂相比，溶液的表面张力σ升高。 D.称为负吸附，与纯溶剂相比，溶液的表面张力σ降低
5.等温等压下，将一定质量的水由一个大球分散为许多小水滴时，以下的物理量中保持不变的有（）
A.表面吉布斯函数 B.表面张力 C.液面上的附加压力 D.饱和蒸气压
6.水在玻璃毛细管中上升的高度反比于（） A.空气的压力 B.毛细管半径 C.液体的表面张力 D.液体的粘度
7.下面关于表面活性剂的讨论，不正确的是（） A.表面活性剂是能显著的降低水的表面张力的物质
B.表面活性剂都是由亲水的极性基与增水的非极性基组成
C.表面活性剂的浓度超过某一特定值后，将在溶液内部形成胶团 D.在水中加入表面活性剂时，吸附量
8.对弯液面所产生的附加压力（） A.一定等于零 B.一定不等于零 C.一定大于零 D.一定小于零
9.对于物理吸附的描述中，那一条是不正确的（） A.吸附力来源于范德华力，其吸附一般不具有选择性 B.吸附层可以是单分子层或者双分子层 C.吸附速率较小 D.吸附热较小
三、计算题
1. 在298K、101.325kPa 下，将直径为1μm的毛细管插入水中，问需在管内加多大压力才能防止水面上升？若不加额外的压力，让水面上升，达平衡后管内液面上升多高？已知该温度下水的表面张力为0.072N?m-1，水的密度为1000kg?m-3，设接触角为0o。重力加速度为g=9.8m?s-2。
2.泡压法测定丁醇水溶液的表面张力。20℃实测最大泡压力为0.4217 kPa，若用同一个毛细管，20℃时测的水的最大泡压力为0.5472 kPa，已知20℃时水的表面张力为 72.75 mN·m-1，请计算丁醇溶液的表面张力。
四.问答题
1.液体表面层中的分子受到的不对称力与液体的表面张力有何联系与
区别？
答：液体表面层的分子与内部分子均受到分子之间力的作用，但受力的情况有所不同。在液体内部，分子的周围环境是对称的，分子间作用力彼此相互抵消。而表面层分子，由于物质在两相中的密度不同或两相的组成不同，使表面层分子受到一个指向液体内部的净作用力。这就是液体表面分子受到的不对称力。这个力力图将液体表面层分子拉向液体内部，使表面紧缩，这种收缩倾向在液面上处处在，因此将这种与表面相切并垂直作用于单位长度线段上的表面紧缩力称为表面张力，可见，表面层分子所受到的不对称力是分子间作用力，是短程的，微观的力，是表面层亿万分子受到不对称的分子间力作用后的宏观表现，其方向与液面相切。
2.有人说，在弯液面上取一小截面ABC，周界以外的表面对周界有表面张力的作用两者大小相等，方向相反，互相抵消了，怎么还会有附加压力呢?
答：表面张力是作用于液体表面上的，处于静止状态的液面上任何一点都必须满足力平衡的条件，所以周界两侧的表面张力大小相等，方向相反，使液面处于力平衡状态，这是对液面上各点而言的，而附加压力是分析液面内外单位载面上所承受的压力问题，由于液面是弯曲的，周界以外的表面对小截面的表面张力的合力不等于零，对凸液面合力的方向，指向液体内部，对凹液面则指向气相，使液面两边的压力不相等，这就是附加压力的来源。 3.什么叫毛细凝聚现象？
答：由Kelvin公式可知，当毛细管中的液体能润湿毛细管
，则
，即凹液面上方
，即凹
壁时，管内液面呈凹形，液面曲率半径
的平衡蒸气压力小于平液面上的饱和蒸气压，且r愈小，液面上方的平衡蒸气压力
时，尽管对平面液体未达饱和，但对毛细
管中发生凝聚，形成液体。该过程称为毛细凝聚现象，多孔性固体的内孔中常存在这种现象。 4.由润湿过程知，铺展系数
角，当某液体能在固体表面上铺展时，有这显然是不可能的，对此该作何解释？ 答：铺展系数的定义是
结合，可得
件必须为热力学平衡系统。对
与杨氏方程
。而杨氏方程适用的条
的系统，液体能在固体表面自发展开，
，则必须
，式中
为接触或
，
但即使达到平衡。对这种系统，杨氏方程不能适用，也不存在接触角故只能用
值判断铺展润湿能否自发进行。
，
5.设一弯曲玻璃毛细管A,插入水中后，由于毛细现象，水面上升高度将超过h，因而水滴会从弯口B处不断滴出。这个设想能否实现？为什么? 答：这个设想如果能实现，即可利用滴下的水滴，推动叶轮作功，系统恢复原状而得到了功，这就是第一类永动机，显然是不可能实现的。从表面化学的规律来分析，玻璃毛细管中的水面呈凹面上方的气相，才使液面升高，若要在管口处形成液滴落下，首先要在弯口B处形成凸液面，凸液面一旦形成，附加压力的方向则将由原来指相气相转为指向液体内部，则无法保持毛细管内升高的液面了。所以凸液面不可能形成，也就不可能形成液滴落下了。实际的情况将是在最初形成的凹形水面到大毛细管口B处时，由于水面无法继续延伸，为了达到液面两边力的平衡只有改变凹液面的曲率半径r，使产生的附加压力与B处的液柱静压力达到平衡（即
）。
与浓度曲线如图9-2，当浓度超过某一，是否可由吉布斯吸附公式认为：此时。故认为其在表面层浓度与体相浓度相
6.表面活性剂溶液的表面张力值后，曲线呈水平，即吸附量
等？
答：这种理解是错误的。表面活性剂溶液在液体表面发生正吸附，并呈定向排列。当浓度超过某一值后，曲线呈水平，此时表面活性剂分子在液面上的吸附达饱和，因此再增加溶液的浓度c，表面吸附量不再发生变化。所以，这种情况下，以单个分子形式存在的体相中缔和形成胶团，溶液的表面张力也不再发生变化。所以，这种情况下，以单个分子形式存在的体相浓度与表面浓度之差为一定值，即
，而不是0。
7.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爆沸，试分析其原因。
答：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，
越小，气泡内的饱和蒸气压液越小，而附
加压力却越大。在液面下的下气泡需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达到
速长大，随之
，因此小气泡无法产生。只有再升高温度，使p增大，当
时，液体便开始沸腾，而一旦气泡形成，它便迅相应增加，
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。为了防止暴沸发生，可以先在液体