物理化学第五版答案_13第十三章_表面物理化学
苏州大学物理化学考研、期末考试复习-13章表面物理化学
1 2
]
6366
2H2O2(aq) 2H2０ (l)＋ O2(g) 被 I-催 化 ，已 知 Ea(cat)＝ 56.5 kJ ·mol-1,Ea(uncat)=75.3
kJ·mol-1， 则 k(I-)／k(uncat)＝_____________。(T=298 K) 6491
CH2CO 光照射分解为 C2H4 及 CO，当吸收光强 Ia＝4.8×10-9 mol·s-1 ，且( C2H4)=1， ( CO)＝2，则 15.2 min 内产品的物质的量 n(CO)=_________， n(C2H4)=___________ 6495
(A) 向左移动 (B) 向右移动
(C) 不移动
(D) 来回不定移动
6753
同一固体, 大块颗粒和粉状颗粒, 其熔点哪个高? ( )
(A) 大块的高
(B) 粉状的高
(C) 一样高
(D) 无法比较
6764
水平仪中有一个椭球形的液泡，长短半轴分别为 0.8 和 0.3cm，已知水的表面张力为
0.07197 N·m-1，液泡的附加压力为：( )
6782 已知 27℃及 100℃时，水的饱和蒸气压分别为 3.565 kPa 及 101.325 kPa，密度分别
6033
T=1000 K 时分子能量大于 20 kJ·mol-1 的分率为____________________。
6256
反应 Br+HCl(v) kv HBr+Cl，当 HCl 的振动量子数由 v=0 增加到 v=4 时，反应速率
k(v=4)/k(v=0)1011，由此可判断逆反应 HBr+ClBr+HCl 需要____________激发。 6258
13章_表面物理化学
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许
使液滴体积增加dV
相应地其表面积增加dA 克服附加压力ps所做的功等 于可逆增加表面积的Gibbs 自由能
psdV dAs
p0 ps
R'
psdV dAs
V 4 R'3
弯曲表面上的附加压力 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin 公式
一、 弯曲表面上的附加压力
1.在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
p0
所以没有附加压力。
设向下的大气压力为p0， 向上的反作用力也为p0 ，附 加压力ps等于零。
ps p0 p0 0
1.气-液界面
空气
CuSO4 溶液
气-液 界面
2.气-固界面
气-固界面
3.液-液界面
H2O
Hg
液-液 界面
4.液-固界面
Hg
液-固界面
H2O
玻璃板
5.固-固界面
Cr镀层 铁管
固-固界面
二、界面现象的本质
表面层分子与内部分子相比所处的环境不同 体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力 是对称的，各个方向的力彼此抵消。 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相 同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一 相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销， 因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质 在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来 自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
物理化学中国石油大学课后习题答案第13章
粘度近似等于水的粘度，为 0.001kg ⋅ m−1 ⋅s−1 (即 Pa ⋅s )。
解：当粒子在重力场中达到沉降平衡时，有沉降力 = 粘滞阻力，即
-2-
物理化学习题解答
( ) 4 π r3
3
ρ粒子 − ρ介质
g ≈ 6πηr Δx Δt
故 Δt =
6ηΔx
1=
6× 0.001× 0.01
1
( ) ( ) 4
解：
胶核
(
Au
) m
优先吸附与其有共同组成的
AuO2−
，因此胶团结构为
⎡⎣(
Au
) m
⋅
nAuO
− 2
,
(
n
−
x
)
Na
+
⎤⎦
x
−
⋅
xNa
+
2 ． 某 溶 胶 中 粒 子 的 平 均 直 径 为 4.2nm ， 设 其 粘 度 和 纯 水 相 同 ，
η = 1×10−3 kg ⋅ m−1 ⋅ s−1 ，试计算：
−
⎤
960 )× 9.8 ⎥
⎥ ⎥ ⎥
Pα
⎢⎣
1 6 .7
⎥⎦
=1.023P α ⋅ s
5．试计算在 293K 时，地心力场中使粒子半径分别为(1) 1.0×10−5 m ，(2)
100nm ，(3) 1.5nm 的金溶胶下降 0.01m 需时若干。
已知分散介质的密度为1000kg ⋅ m−3 ，金的密度为1.93×104 kg ⋅ m−3 ，溶液的
Δt = ⎢2.51×10−10 × ⎢ ⎣
1 1.0 ×10−7
⎤
2
⎥ ⎥
s
《物理化学(第五版)》第十三章复习题答案
小泡变小，最后使两泡的曲率半径相同。
复习题5
5.因系统的Gibbs自由能越低，系统越稳定，所 以物体总有降低本身表面Giibs自由能的趋势。 请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的 表面Gibbs自由能的。
• 纯液体：缩小液体表面积；
• 溶液：表面与本相中溶质的浓度不同；
复习题3
• 这些现象都可以用开尔文公式说明，①、 ②、 ④、 ⑤是新相刚形面时的体积小，曲率半径小，对与之 平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。③多孔固体吸 附蒸气时，被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的， 其曲率半径小零，当气体的分压小于其饱和蒸气压 时，就可以发生凝聚。⑥喷洒农药时，在农药中加 入少量表面活性剂，可以降低药液的表面张力，使 药液在叶面上铺展。
复习题12
12.如果某固体的大粒子(半径为R1')在水中形
成饱和溶液的浓度为c1，微小粒子(半径为R2')
在水中形成饱和溶液的浓度为c2，固—液界面
张力为γs-l .试证明饱和溶液浓度与曲率半径的
关系式为
ln
c2 c1
2 sl M RT
1 R2'
1 R1'
式中M为该固体的摩尔质量， 为其密度
• 答：小颗粒的CaCO3分解压大。因为小粒 的附加压力大，化学势高。
复习题8
• 8.设有内径一样大的a、b、c、d、 e、 f管及 内径比较大的g管一起插入水中（如图所 示），除f内壁涂有石蜡外，其余全是洁净 的玻璃管，若a管内液面升高为h,试估计其 余管内的水面高度？若先将水在各管内（c, d管除外）都灌到h的高度，再让其自动下降， 结果又如何？
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第13章表面物理化学13.1 复习笔记一、表面和界面1．定义界面是指密切接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
其中气-液界面和气-固界面习惯称为表面。
2．界面现象的本质处在界面层的分子，与内部分子相比所处的环境不同，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消，因此，界面层会显示出一些独特的性质。
对于单组分系统，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分系统，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。
3．比表面比表面是单位质量物质的表面积，单位通常以m2·g-1来表示。
其定义为s AAm或式中，m 和V 分别为物质的质量和体积，A s 为物质的总表面积。
比表面通常用来表示多相分散系统的分散程度。
对一定质量的物体，若将其分散为粒子，粒子越小，比表面越大。
二、表面张力及表面Gibbs 自由能1．液体的表面张力、表面功及表面Gibbs 自由能（1）表面张力：在两相（特别是气液）界面上，处处存在着一种张力，这种力垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，其方向指向液体方向并与表面相切，并和两部分的分界线垂直。
表面张力可以看作是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位为N ·m -1。
（2）表面功：在恒温、恒压和组分恒定下，使系统增加单位表面积所需的可逆功，其单位为J ·m -2。
可表示为（3）表面Gibbs 自由能：在恒温恒压下，使系统增加单位表面积所需的Gibbs 自由能的增值，其单位为J ·m -2。
可表示为注意：表面张力、表面功及表面吉布斯函数均用γ表示。
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第13章表面物理化学的小水滴，试计算（已1．在293 K时，把半径为1.0 mm的水滴分散成半径为1.0m知293 K时水的表面Gibbs自由能为（1）表面积是原来的多少倍？（2）表面Gibbs自由能增加了多少？（3）完成该变化时，环境至少需做多少功？解：（1）设小水滴个数为N，则根据分散前后体积不变，可得所以。
（2）表面吉布斯自由能的增加量为＝9.15×10－4J。
（3）完成变化时，环境至少需做功为＝－9.15×10－4J。
2．已知汞溶胶中胶粒（设为球形）的直径为22 nm，在1.0 dm3的溶胶中含Hg为8×10－5 kg，试计算：（1）在1.0 cm3的溶胶中的胶粒数。
（2）胶粒的总表面积。
（3）若把质量为8×10－5kg的汞滴，分散成上述溶胶粒子时，表面Gibbs自由能增加多少？已知汞的密度为13.6 kg·m －3，汞一水界面张力为解：（1）设Hg溶胶的体积为V，则有＝5.575×10－24 m3设1.0cm3溶胶中的胶粒数为N，则＝1.055×1012（2）胶粒总表面积为＝1.604×10－3 m2（3）设质量为的汞滴半径为r0，则有解得所以表面吉布斯自由能增加量为＝5.96×10－4J。
3．试证明：证明：（1）因为所以又因故（2）由，得因，故4．已知水的表面张力与温度的关系式为在283 K时。
可逆地使一定量纯水的表面积增加0.01 m2（设体积不变），求系统的如下各个解：当T＝283K时，根据题给关系式，有故，因为所以＝4.95×10－8J·K－1＝7.56×10－4J。
5．把半径为R的毛细管插在某液体中，设该液体与玻璃间的接触角为θ，毛细管中液体所成凹面的曲率半径为液面上升到h高度后达到平衡，试证明液体的表面张力可近似地表示为式中g为重力加速度，为液体的密度。
证明：附加压力与上升的液柱所产生的静压力相等时，才能达到力的平衡，则。
物理化学全程导学及习题全解287-304 第十三章表面物理化学
第十三章 表面物理化学本章知识要点与公式 1.表面张力及表面Gibbs 自由能 B B B B,,n ,,n ,,n ,,n s s s s S V S p T V T p U H A G A A A A γ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∂∂∂∂====⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2.弯曲表面上的附加压力和蒸气压 （1）Young -Laplace 公式：''1211R R s p γ⎛⎫=+⎪⎝⎭上式表示附加压力与球曲率半径及表面张力的关系。
若是球面，'''12'2, s R R R p R γ===若为平面，则'1R 和'2, 0s R p →∞→。
毛细管内液柱上升（或下降）的高度（h ）计算方法。
2cos h R gγθρ=∆（θ为液体与管壁之间的接触角，11g ρρρρ∆=-≈ ） （2）弯曲表面上的蒸气压—Kekvin 公式''0022ln r p M p MRT p p R RTR γγρρ∆==简化式： 3.溶液的表面吸附 Gibbs 吸附公式 22d d 2a RT a γΓ=-若2d 0,0d 2a γ〈Γ〉则，是正吸附，表面活性物质；若22d 0,0d a γ〉Γ〈则，是负吸附，非表面活性物质。
4.液—固界面——润湿作用 杨氏润湿方程：cos s g l sl gγγθγ----=当090o o θ≤〈时，液体能润湿固体， 0o θ=时，液体完全润湿固体。
当90180o o θ〈≤时，液体不能润湿固体， 180o θ=时，液体完全不能润湿固体。
粘湿功()1cos a g s g l l s g l W γγγγθ----=+-=+ 浸湿功cos i g s l s g l W γγγθ---=-=铺展系数()cos 1g s g l l s g l S γγγγθ----=--=- 5.固体表面吸附 Langmuir 等温式：m m11ap p pap V V a V θ==++或 混合气体的Langmuir 吸附等温式：B 1B BB BBa p a p θ=+∑Fieundlich 等温式：1nq kp = BET 吸附公式（=常数公式）：()()11pms s C V V p p p C p =⎡⎤-+-⎢⎥⎣⎦eMKHH T 方程式：()ln o m V RT A p V θα== 通过Clausius -Clapeyron 方程式求化学吸附热2ln Q RTq p T ∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭ 6.气－固相表面催化反应单分子反应2A A 2A A A 1k a pr k a p θ==+（假定产物的吸附很弱）若A p 低，A A 1a p ，则2A A A r k a p kp ==，一级反应； 若A p 高，A A 1a p ，则2r k =，零级反应； 若A p 适中，2A AA A1k a p r a p =+，介于0~1级之间。
13-表面物理化学
表面物理化学练习题一、选择题1. 2 分(6601)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(C) 不移动(D) 左右来回移动2. 2 分(6602)如图在毛细管内装入润湿性液体, 当在毛细管内左端加热时,则管内液体将：(A) 向左移动(B) 向右移动(C) 不移动(D) 因失去平衡而左右来回移动3.1 分(6608)对大多数纯液体其表面张力随温度的变化率是：( )(A) (∂γ/∂T)p> 0 (B) (∂γ/∂T)p< 0(C) (∂γ/∂T)p= 0 (D) 无一定变化规律4. 2 分(6628)恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的熵值增大(B) 减小(C) 不变(D) 无法判定5. 2 分(6635)已知293 K 时，水-空气的表面张力为7.275×10-2 N·m-1, 当已知298 K 和101.325 kPa下，可逆地增大水的表面积4 cm2, 体系的吉布斯自由能的变化为：(A) 2.91×10-5 J (B) 2.91×10-1 J(C) -2.91×10-5 J (D) -2.91×10-1 J6.2(6644)临界温度时，纯液体的表面张力（）(A)大于零(B) 小于零(C) 等于零(D) 无法确定7. 2 分(6651)在298 K 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) 1/2倍(B) 一倍(C) 二倍(D) 四倍8. 2 分(6652)已知400 K 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10-7 m 的汞滴的蒸气压，应该用公式：( )(A) p = p0+ 2γ/R'(B) ln(p/p0) =∆Vap H m(1/T0- 1/T)/R(C) RT ln(p/p0) = 2γM/ρR'(D) p = nRT/V9. 2 分(6653)298 K，101.325 kPa 下，将直径为1μm 的毛细管插入水中，问需要多大压力才能防止水面上升？（已知此时水的表面张力为71.97×10-3 N·m-1，水对玻璃完全润湿cosθ = 1）( )(A) 288 kPa (B) 316 kPa (C) 489 kPa (D) 576 kPa10. 1 分(6654)弯曲表面上附加压力的计算公式：∆p = p' - p0= 2γ/R' 中，R' 的符号：1(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11. 2 分(6655)在298 K 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。