物理化学—表面化学练习题及参考答案

表面2A

一、选择题

1. 在催化剂表面上进行的双分子气相反应, 其机理为：

A ＋K AK

B ＋K BK

AK ＋BK ─→C ＋D ＋2K

若催化剂表面是均匀的, 表面反应为控制步骤, 且A、B的吸附皆弱, 则反应表现为几级? ( )

(A) 零级(B) 一级

2. 298 K时，蒸气苯在石墨上的吸附，符合Langmuir 吸附等温式，在40 Pa 时，覆盖度θ= 0.05，当θ= 1/2 时，苯气体的平衡压力为：( )

(A) 400 Pa (B) 760 Pa

3. 在等温等压条件下，将1 mol水的表面积增加10 倍，作功为W，水的Gibbs自由能变化为?G，此时W与?G的关系为：(?U = Q - W) ( )

(A) ?G = -W(B) ?G = W

4. 同一固体, 大块颗粒和粉状颗粒, 其溶解度哪个大? ( )

(A) 大块颗粒大 (B) 粉状颗粒大

5. 有一露于空气中的球形液膜，直径为2×10-3 m，表面张力为0.072 N·m-1，液膜的附加压力为（）

(A)36 Pa (B) 72 Pa

6. 单组分气-液平衡体系，在孤立条件下，界面A 发生了d A > 0 的微小变化, 体系相应的熵变d S变化为：( )

(A) d S > 0 (B) d S = 0

7. 在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：( )

(A) 向左移动(B) 向右移动

8. 在农药中通常都要加入一定量的表面活性物质, 如烷基苯磺酸盐, 其主要目的是：( )

(A) 增加农药的杀虫药性

(B) 提高农药对植物表面的润湿能力

（C）防止农药挥发

(D) 消除药液的泡沫

9. 对于亲水性固体表面，其表面张力间的关系是：( )

(A) γ固-水> γ固-空气(B) γ固-水< γ固-空气

其液固间的接触角θ 值为： ( )

(A) θ > 90° (B) θ = 90°

10. 已知A 2(1),B 2(2)两种气体在催化剂上发生混合吸附, 其中(1)气

体发生解离, 若催化剂表面是均匀的, 则(1)、(2)在催化剂上的表面覆

盖度θ 1,θ 2与气相平衡压力p 1, p 2关系为： ( )

(A) θ 1＝ a p a p a p 1111221++ θ 2＝a p a p a p 221122

1++ (B) θ 1＝a p a p a p 1121121121122122121//////++ θ 2＝a p a p a p 212212112112212212

1//////++ (C) θ 1＝a p a p a p 11211211211222

1////++ θ 2＝a p a p a p 22112112221++// (D) θ 1＝a p a p a p 11112112221++// θ 2＝a p a p a p 2211211222

1++// 11. 某气体 A 2在表面均匀的催化剂上发生解离反应, 其机理为：

A 2(g) ＋ 2 K 2 A K C ＋ D ＋ 2 K

若 A 2的压力较低, 反应表现为几级? ( )

(A) 零级

(B) 一级 (C) 二级 (D) 三级

12. 纯液体温度升高时，表面张力（）

(A) 随温度升高指数增大

(B) 随温度升高线性降低

(D) 不变

13. 液体在毛细管中上升的高度与下列那一个因素无关：( )

(A) 温度(B) 液体密度

二、填空题

14. 在293 K时丙酮的表面张力为γ=0.0233 N·m-1，密度ρ=790 kg·m-3，将半径为0.01 cm的毛细管插入其中，液面上升了____________m。

15. 植物的叶子一般是憎水性的, 所以在配制农药时常常要加______________________ ，以增加药液对植物表面的润湿程度, 使药液能在植物叶子上铺展。

16. 液滴越小，饱和蒸气压越__________；而液体中的气泡越小，气泡内液体的饱和蒸气压越__________ 。

17. 液体在固体表面的润湿程度以__________衡量，当_________时称为不润湿。

18. 面吉布斯自由能和界面张力的相同点是

不同点是。19. 从吸附的角度考虑催化剂的活性取决于_____________ ，一个良好的催化剂应是___________ 。

20. T = 298 K时, 水-空气表面张力γ= 7.17×10-2 N·m-1,

（?γ / ?T）p, A = - 1.57×10-4 N·m-1·K-1。在T，p 时，可逆地增

加 2 cm 2 表面,对体系所作的功 W =___________, 熵变?S

=_____________。

三、计算题

21. N 2O 在 Au 表面的催化分解反应, 当 N 2O 仅为弱吸附时, 推导

其积分速率方程, 并根据 T = 1173 K 时之实验数据求速率常数。

t /s 0 1800 4800 p (N 2O)/kPa 26.7 18.1 9.3

22. 水的表面张力与温度的关系如下： t / ℃

20 22 25 28 30 γ / N ·m -1

0.07275 0.07244 0.07197 0.07150 0.07118

(1) 求25℃时的比表面焓,T p

H A ???? ???； (2) 用表面附有极薄水膜的固体粉末倾入水中将会放热，求10 g

表面积为200 m 2·g -1的固体粉末所放出的热量。

23. 25℃ 时，血红蛋白铺展在 0.01 mol ·cm -3 HCl 水溶液上形成表

面膜, 测其表面压数据如表所示计算该蛋白质的相对分子质量( A 为

表面膜面积)。

A /m 2·g -1 4.0 5.0 6.0 7.5 10.0

π/mN ·m -1 0.28 0.16 0.105 0.06 0.03

24. 370℃, p 压力下, 丁烯在Co(Ni)MoO 4催化剂上催化脱氢制丁

二烯, 已知进入反应器的丁烯的流量为 1.5 mol ·h -1, 反应经两小时

后, 产物中有丁二烯 47.1 dm 3(标准态), 丁烯13.44 dm 3, 试求丁烯转

化率X, 丁二烯的收率Y及反应的选择性S。

25. 某气体A 在催化剂上异构化为B, 按以下机理进行：

A＋K ＝AK

[AK]k2B＋K

第二步为速控步骤, 且k2 = 5.0×10-5 mol·dm-3·s-1 若A在催化剂上吸附很强, 求反应的速率。此时反应为几级。(假定催化剂表面均匀的)

26. 298 K时，将含1 mg 蛋白质的溶液铺在5％的(NH4)2SO4溶液上。当溶液表面为0.1 m2时, 测其表面压为6.0×10-4 N·m-1。计算该蛋白质的摩尔质量。

27. 某表面活性剂的稀溶液, 当浓度增加1×10-4 mol·dm-3时, 表面张力减小3×103 N·m-1。试求298 K 时, 浓度为1×10-4 mol·dm-3的表面活性剂溶液的表面超额的值。

四、问答题

28. 由曲率半径的正、负号，比较在一定温度下，凸的弯月面，凹的弯月面的蒸气压p与平面液体的饱和蒸气压p*的相对大小。

表面2A答案

一、选择题

1. [答] (C)

2. [答] (B)

ap =θ / (1-θ ) , p = 40 Pa , θ = 0.05

a = 0.001315 Pa -1

θ = 1/2 时， p = 760 Pa

3. [答] (D)

4. [答] (B)

5. [答] (D)

6. [答] (C)

7. [答] (A)

表面张力γ 随温度之增高而下降，由 ?p = 2γ /R 知，右端冷

却时其附加压力增加而左端不变，故向左移动。

8. [答] (B) 9. [答] (B) (D) 10. [答] (C) 11. [答] (D)

12. [答] (B) 13. [答] (D)

二、填空题 14. [答] 4

220.0233 m 0.06 m 7909.8 1.010h gr γρ-?===??? 15. [答] 表面活性剂或称为润湿剂

16. [答] 大，小。

17. [答] 接触角θ ，θ > 90°

18. [答] 量纲和数值相同；物理意义和单位不同。

19. [答] 化学吸附的强度；中等强度的化学吸附。

20. [答] W = - γ d A = -14.34×10-6 J

?S = 3.14×10-3 J ·K -1

三、计算题

21. [答] θ = K p (N 2O)/(1 + K p (N 2O) )≈ K p (N 2O)

- d p (N 2O)/d t = k θ = k K p (N 2O) = k ’p (N 2O)

ln[p 0(N 2O)/p (N 2O)] = k K t = k ’t

求得 k ’= 2.16×10-4 s -1(1800 s 时), 2.20×10-4 s -1(4800 s 时) k ’= 2.18×10-4 s -1

22. [答] (1) T,p A,p

H T A T ??γγ??????=- ? ????? 4211.4810 J m K A,p T ?γ?---??=-??? ???

()4220.07197298.15 1.4810 J m 0.1161 J m T,p

H A ??---??=--??=? ??? (2) 102000.1161 J 232.2 J H ?=-??=-

23. [答] 高聚物在液面上展开成单分子气态膜, 由膜状态方程

π (A - n A 0)= n RT = (W / M ) RT A 是膜面积

πA = n πA 0+(W /M ) RT , A 0是 1 mol 成膜物本身面积，n 是成膜

物的物质的量作 πA -π 图, 外推到π → 0处, 直线截距为[(W / M ) RT ]

π→0, 可求摩尔质量 π /mN ·m -1

0.28 0.16 0.105 0.06 0.035 πA /mN ·m ·g -1 1.12 0.80 0.63 0.45 0.35

截距为 I = 0.18×103 mN ·m ·kg -1

M = W R T / I = 13.760 kg ·mol -1= 13760 g ·mol -1

与用沉降法所得M ≈68000相比偏小, 表明发生表面解离。

24. [答] X＝[1.5-13.44/(22.4×2)]/1.5＝80％

Y＝47.1/(22.4×2)/1.5＝70％

S＝Y/X＝87.5％

25. [答] r＝k2θA

θA＝a A p A/(1+a A p A)

r＝k2a A p A/(1+a A p A)

A 的吸附很强时, a A p A? 1

则r＝k2＝5.0×10-5 mol·dm-3·s-1

反应表现为零级

若从k2的单位判断为零级反应也对

26. [答] 由关系式: πA＝nRT＝W/M·RT

M＝WRT/(πA)＝41.29 kg·mol-1

27. [答] Γ= - ( a / RT )·( dγ / d a )

a = c / c

( dγ / d a )T = ?γ / ?a

Γ= 1.20×10-6 mol·m-2

四、问答题

28. [答]

ln(p/p*) = 2γ M/RTρ×1/R'

凸面，R' > 0 p > p*

凹面，R' < 0 p < p*