第十一章表面现象 复习题部分 L,比表面有哪几种表示方法？表面张力与表面Gbss自由能有哪些异同点 答：()比表面可以用单位质量物质的表面积表示，A=A,单位通常以m·g表示：还可以用单台 体积物质的表面积表示，A=◆，单位为m (②)表面张力是在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度切线的表面收缩力，表面自由能的 广义定义为在指定各相应变量不变的情况下，每增加单位表面积时，其热力学函数的增值：狭义的定义是指 在等温、等压和组成不变时，每增加单位表面积时体系吉布斯自由能的增值.表面张力与表面Gs自由 物理意义不同，单位不同，但具有相同的数值 2为什么气泡，小液清，肥皂泡等都是圆形玻璃管日加热后会变得光滑并编小（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NC溶液，所得滴数是否相同？ 答：)因为只有在球面上各点的曲率相同，各处的用加压力也相同，气泡，液清等才会呈稳定的状态， 另外，相同体积的物质，球形的表面积最小，表面总的Gbs自由能最低，所以变成球状最稳定，这就是题中 所述现象的本质 (2)所得滴数不同.因为它们具有不同的表面张力. 3.用学到的关于界面现象的知识解释以下儿种做法或现象的基本原理：①人工降雨：②有机蒸馏中加 沸石：③多孔固体吸附落气时的毛细厦聚：①过饱和溶液、过饱和装气过冷液体等过饱和现象：⑤重量分析 中的“陈化”过程：⑥喷酒农药时为何常常要在药液中加少量表面活性剂 答：这些现象都可以用K小m公式解式兽被液清越小，嘉气压越大：回液面曲率半径为负 值，气泡愈小，蒸气压越低：细孔道内弯曲液面上的蒸气压比平面上小：小颗粒的溶解度比大颗粒大，等等 4如图13一1所示，在三通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， 在右端吹一个小泡，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： 并出变化的原因及平衡时两泡的曲率半径的比值」 答：根据公式A=,曲率半径愈小，受到的附加压力愈大 组附加压力指向曲面圆心，与外压方向一致因此两气泡连通后 大气泡会变得更大，小气泡会变得更小，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时为止。 5因系统的Gbbs自由能越低，系统越稳定，所以物体总有降 低本身表面Gbbs自由能的趋势.请说说纯液体、溶液、固体是如 白路任白日的事面C山。白由他的 围13一
第十一章 表面现象
答：表面积的绵小和表面张力的降低，都可以降低系统的G自由能，纯液体尽可能缩小表面积，液 为什么小品粒的熔点比大块的围体的熔点略低，而解度与比大品大 答：因为在体积相同的情况下，分制得细比表面积就越大，致使微小子的表面效应突出，物理化学 性请给生衣段 7.若用CC0(0)进行分解，问细粒CaCO,(s)的分解压(p)与在块CO0的分解压（房）相比，两者 答：细数CC0()的分解压大 C-CC00(C0-(CC0) 细粒的CaCO有较大的表面能，使△G减少，又△C=一RTS,所以的增大，m正比于 所以也增大，即细CCO.的分解压大 8设有内径一样大的a,b,C,d.e,管及内径比较大的g管 起插人水中（如图13-2所示），除í管内壁涂有石蜡外，其余 全是洁净的玻璃管，若。管内液面升高为为，试估计其余管内的 水面高度？若先将水在管内（©，d管除外）都灌到为的高度，再让 答：16管液面与4管升高，c,d管在管口处稍呈凹形，管 液面处于细管下相交处，/管液面低于管外液面，g管液面刀 图13- 乎与管外液面相平 (2)a,b,g管与1)相同，e管液面高于， .把大小不等的液滴（或粒）密封在一玻璃罩内，隔相当长时间后，估计会出现什么现象 答：隔相当长时间后，液清（或）会聚集在一起 10.为什么泉水和井水都有较大的表面张力？当将泉水小心注入干爆杯子时，水面会高出杯面，这是为 什么？如果在液面上滴一滴肥皂液，会出现什么现象？ 答：因为泉水和并水中含有较多的无机盐离子，这些离子都是非表面活性物质，会使泉水和井水的表 张力增大较大的表面张力会使水面高出杯面，能使南在上面的肥皂液起泡。 11,为什么在相同的风力下，海面的浪会比湖面的大？用泡沫护海堤的原理是什么？ 答：()海水中含有大量的非表面活性物质无机盐离子，使表面张力增大，因此相同风力下海面的浪比 湖面的大， (2)泡沫护海堤的原理是通过加人表面活性剂使表面张力降低，有助于降低系统的表面自由能而使系 统得以稳定 12,如果某固体的大粒子（半径R)在水中形成饱和溶液的浓度为，微小粒子（半径为品）在水中) 成饱和溶液的浓度为,一液界面张力为X-,试证明饱和溶液浓度与曲率半径的关系式为 式中M为该固体的摩尔质量P为其密度
证期对于大块围件仪与溶液达平衡时 u(s.T.B)(.T.)+RT In 半径为R的小粒子与溶液达平衡时 u(s.T.pr)=(L.T.p)+RT In ②一①得 ,T,x)-s,I,p-RT In r,Tx)-,不p》=rap=rp-x-p-4.0 对于半径为R和R的粒子，分别有 及什么叫表面压？如测定？它与通的气体压力有何不同 ：销展的在表面上对单位长度的浮片流加的力称为表面压，其值等于销膜的后表张力之 一，为是纯水的表面张力，y是有膜后的表面张力.它与通常的气 压力不同之处在于，表面压是 维压力，是可以直接测定的， 表面压可以用表面压测定仪Langmuir限天平)进行测定 4接触角的定义是什么？它的大小受些因影响？如何用接触角的大小来判断液体对体的屋 况 当系统达平衡时，在气液，围三相交界处，气一液界面与圆一液界面之间的夹角称为接触角，用 表示 套力：写液一品界面张力养-，间的夹角. 接角的大小是曲在气液三相交界处，三种界面张力的相对大小所快定的 3)根据杨氏润方程00-，二 如果，一-一-，则c0一1,一0，这是完全润显的情况，如果 养，则1>e0 9,体能被液体所醒：如果-<-.则c00<0,>90,固体不为液体所 15表面活性剂的效率与能力有何不同？表面活性剂有哪些主要作用？ 著：口)表面话性调的效率是指使水的表面张力降低到一定值时所需要的表面活性剂速度表面话性剂 的能力有时也称为有效值，是指该表面活性剂能够把水的表面张力可能降低的程度。 (2表面活性剂的主要作用有：润湿作用，起泡作用、增溶作用，乳化作用，洗涤作用。 16什么叫吸附作用？物理吸附与化学吸附有何异同点？两者的根本区别是什么？ 答：()吸附作用是指固体表分子由于受力不平衡，有乘余力场，可以吸附气体成液体分子 (2)物理吸附的作用力是范德华力，吸附然类似于气体液化热，吸附无选择性且不稳定，吸附既可以是 单分子层又可能是多分子层，吸附速度较快，低温下就可完成：而化学吸附的作用力接近于化学键力，吸用 热接近于反应热，有选释性，吸附很稳定，是单分子层吸附，随着温度的升高吸附速度加快但物理吸附与化 学吸附无明确的界限.两类吸附的吸附热都可以用Clausius一Clapeyron公式来计算，Langmuir吸用等温式 都可用之于两类吸雅
(3)两者的根本区别在于：物理吸附的作用力是Va如der Waals引力，而化学吸附是在围体麦面与吸附 物之间形成了化学健，是化学反应 7.为什么气体吸附在固体表面一般总是放热的？而确有一些气一固吸附是吸热的[如H:(g)在玻请 上的吸用]，如何解释这种现象？ 爸：1)一般化学吸附和物理吸附都是自发的，即△C<0,并且气体被吸附后运动的自由度减小了，因而 第也减小了，即△S<0,因为△G-△H-T△S,可知△H<0,所以气体吸明在圆体表面一数总是数热的 (②用：()在玻璃上的吸附是物理吸附，吸附速度快，活化能低，此是吸热的。 试说明同个气一围相能化反应，为何在不同的压力下表出不同的反假请在符合。 m吸附假设的前提下，从反应物和产物分子的吸附性质，解释下列实验事实，①NH(g)在金属鸭表面的 分解呈零级反应的特点：②心O(g)在金表面的分解是一级反应：③H原子在金表面上的复合是二级反应， NH,()在金属相上的分解速率由于N(g)的吸附面显著降低，但尽管表面被N(g)所饱和，但速率不为 ：1)因为在不同的压力下，反应历程不同，由于速控步不同使速率的表达式不同，反应级数也不同 (2)多相催化反应中，吸附着的分子在进行反应时有不同的历程，分为单分子反应，双分子反应等不同 配，题中所述实验事实分属于不同的分应历程创如，实验①可白为单分子反度，一会NH在 上的分解呈零级反应反应物的吸附强中1，所以一一-，表面完全为用分子所量：总 板应速率与反应分子在气相中的压力无关，而只依赖于被附的分子的反应速率，反应过中，反应物 的分压随时间而线性地下降 实验②NO被微弱地吸用在金表面，处于Langmui血吸附等温线的线性范围，因面队o=oA。 o风=(ok)P%o=kP0为一级反应 实验③氢原子在金表面是弱吸用，一aP,复合速率正比于表面上两个氢原子的碰撞，或一气态氢 原子与表面上的氢原子的碰撞，因而r=ke=(·n)ph=i或r=dpm一(auka)城=表p所，为 二级反应， 实验③产物N,在铝表面是强吸附，严重影响N在相上的分解速率，但N的吸附系数随表面覆盖度 的增大面藏小，因此当表面被N接近充满时，在尚可利用的表面部分，N:与NH竟争吸需，即NH的分 解速率并不为零， 1设.为什么用吸附法测定围体比表面时，被吸附蒸气的比压要控制在Q.05一0.35之间？B班T吸附公 式与Langmuir吸附公式有何不同？试证明BET公式在压力很小时（即p《A,)可还原为Langme中r吸附等 答：)当比压水于Q,05时，压力太小，建立不起多层物理吸附平衡，甚至连单分子层物理吸需世远未 的不均解削学性就显得突出：比压大于Q35时，由于毛细凝聚变得显著起来，因而破坏了多 吸公式是 个相的附公式，它代表了在均匀表而上，附分子彼此没有作用，而且 2)Langm 是单分子层情配下吸附达平衡时的规律 八式的论基础认为表面已经吸附了一层分 子之后，由于被吸附气体本身的范氏引力，还可以 续发 子层的吸
(3)ET公式为 当A时P一 将上式两边同时桑以A,得 D和c都为常数，设a=c/B 当为1时，c一1 - 即为 个假化剂的活性与反应物在催化剂表面上的化学吸附强度有关，只有在化学吸具有适当的 2)催化剂对正向反应和逆向反应都有加速作用，因此，正反应催化剂在同样条件下也必然是逆反应 化剂