界面物理化学 习题
（1） 该脂肪酸的Gibbs吸附等温式； （2） 当a>>A时，在表面的紧密层中，每个脂肪酸分子的截面
积。 解：（1）Gibbs吸附等温式公式： 先把表面张力的公式进行变换，得 因此，表面超量为 （2）当a>>A时， 因此，单个脂肪酸分子的截面积为，即3.09×10-19m2。
8. 一般来说，物理吸附的吸附量随温度增高而降低，化学吸附的吸附量 随温度增高而先增加，后降低。 三、计算题 1. 在一封闭容器底部钻一个小孔，将容器浸入水中至深度0.40m处，恰 可使水不浸入孔中。已知298K时水的表面张力为7.2×10-2N•m-1，密度为 1.0×103kg•m-3，求孔的半径。 解：容器浸入水中，小孔的地方必然形成凸面液滴。平衡时，其表面的 附加压力应等于外面液体的压强，即 计算得，R’=3.6×10-5m。
思路：自发过程，故吉布斯自由能减小。答案选b。
12. 某气体A2在表面均匀的催化剂（K）表面发生解离反应，生成产物 B+C，其反应机理为 已知第二步为决速步，当A2(g)压力较高时，反应表现的级数为（d） （a）一级 （b）二级 （c）0.5级 （d）零级
思路： 因为第二步是决速步，所以速率方程写为： 是中间吸附态，根据稳态近似法， 求解AK的平衡浓度， 代入上面的速率方程表达式，得 当初始压强很大的时候，上式简化为，反应速率为一恒定值，所以为0 级反应。
10. 水不能润湿荷叶表面，接触角大于90o，当水中加入皂素后，接触角 将（b） （a）变大 （b）变小 （c）不变 （d）无法判断 思路：接触角为锐角，表明是可以润湿。答案选b。
11.
多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其表面Gibbs自由能将
（b）
（a）升高 （b）降低 （c）不变 （d）无法比较
思路：液体具有流动性，Yang-Laplace公式中的半径是可以变化的，不 可能出现“井喷”的情况。
7. 用同一滴管分别滴下1cm3的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液，各自的 滴数多少的次序为（c） （a）三者一样多 （b）水>乙醇水溶液>NaOH水溶液 （c）乙醇水溶液>水>NaOH水溶液 （d）NaOH水溶液>水>乙醇水溶液 思路：乙醇对水而言是表面活性剂，NaOH对水而言是非表面活性剂。
衡吸附量，为0.0736m3•kg-1。
6. 在正常沸点时，如果水中仅含有直径为10-6m的空气泡，问这样的水 开始沸腾，需过热多少度？已知水在373K时的表面张力γ=0.05890N•m1，摩尔蒸发焓ΔvapHm=40656J•mol-1。 解：因为凹面气泡的附加压力是负值，所以尽管达到了沸点，但是气泡 内部的实际压强仍小于这个值。为了沸腾，需要继续吸收热量，直至抵 这部分取负号的附加压力。又已知水的摩尔蒸发焓，可以用克-克方程 求解需要升高的温度。 代入数据，解得T=411K，因此，需要继续升高38K。
5. 用活性炭吸附CHCl3，符合Langmuir吸附等温式，在273K时饱和吸附 量为0.0938m3•kg-1。已知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为 0.0825m3•kg-1。试求： （1）Langmuir吸附等温式中的常数a。 （2）当CHCl3的分压为6.67kPa时的平衡吸附量。 解： （1）Langmuir吸附等温式 将已知条件代入公式，计算得 （2）根据上述a的值，计算得出分压为6.67kPa时的覆盖度为0.7842。因 为饱和吸附量已知，所以用饱和吸附量乘以覆盖度即得在该分压下的平
20. 称为催化剂毒物的主要行为是（d）
（a）和反应物之一发生化学反应 （b）增加逆反应的速率
（c）使产物变得不活泼
（d）占据催化剂的活性中心
思路：毒化的机理是催化剂表面的活性中心被毒物占领。
2、 填空题 1. 20oC，101.325kPa下，把一半径R1=5mm的水珠分散成R2=10-3mm的 小水滴，则小水滴的数目为1.25×1011个，此过程系统ΔG=0.1143J。已知 20oC时，水的表面张力γ=7.275×10-2N•m-1。 思路： ，计算得，n=1.25×1011。 ，在恒温、恒压条件下，，计算得0.1143J。
2. 室温时，将半径为1×10-4m的毛细管插入水与苯的两层液体之间，水 在毛细管内上升的高度为0.04m，玻璃-水-苯的接触角为40o，已知水和 苯的密度分别为1×103kg•m-3和8×102kg•m-3，求水与苯间的界面张力。 解：根据公式：
计算得，
3. 已知水在293K时的表面张力为0.072N•m-1，摩尔质量为0.018kg•mol1，密度为1×103kg•m-3，273K时水的饱和蒸汽压为610.5Pa，在 273~293K温度区间内的水的摩尔汽化热为40.67kJ•mol-1，求在293K时， 半径为10-9m水滴的饱和蒸汽压。 解：用Kelvin公式计算液滴的饱和蒸汽压，但是题目中没有告诉298K 时，液体平面对应的饱和蒸汽压。题目中给出了摩尔汽化热，所以可以 用克-克方程来计算293K对应的液体平面上的饱和蒸汽压。 解得， 再代入Kelvin公式： 解得，293K下，半径为1nm的液滴表面的饱和蒸汽压为
6. 300K时，水的表面张力γ=0.0728N•m-1，密度ρ=0.9965×103kg•m-3。在 该温度下，一个球形水滴的饱和蒸汽压是相同温度平面水饱和蒸汽压的 2倍，这个小水滴的半径是1.52×10-9m。 思路：Kelvin公式： 解得
7. 从吸附的角度考虑，催化剂的活性取决于吸附强度，一个良好的催化 剂应是中等吸附强度。
8. 当水中加入表面活性剂后，将发生（a） （a） 正吸附 （b） 负吸附 （c） 正吸附 （d） 负吸附 思路：，表面活性剂在水面富集，可以减小表面张力，为正吸附。答案 选a。
9. 把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上，中间留少许举例，小 心地在中间滴一滴肥皂水，则两纸条间距离将（a） （a）增大 （b）缩小 （c）不变 （d）以上三种都有可能 思路：肥皂是表面活性剂，中间的界面张力减小，因此在两侧的水的界 面张力作用下，距离增大。答案选a。
5. 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） （a）0.5倍 （b）1倍 （c）2倍 （d）4倍 思路：，代入该公式计算比值，答案选a。
6. 将一毛细管插入水中，毛细管中水面上升5cm，在3cm处将毛细管折 断，这时毛细管上端（c） （a）水从上端溢出 （b）水面呈凸面 （c）水面呈凹形弯月面 （d） 水面呈水平面
3. 已知水溶解某物质以后，其表面张力γ与溶质的活度a呈如下关系：
式中γ0为纯水的表面张力，A，B为常数，则溶液表面过剩Γ2为（c）
（a） （b）
（c）
（d）
思路：，答案选c。
4. 298K时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir吸附等温式，在苯蒸汽 压力为40Pa时，覆盖率θ=0.05，当θ=0.5时，苯蒸汽的平衡压力为（b） （a）400 Pa （b）760 Pa （c）1000 Pa （d）200 Pa 思路：Langmuir公式 将已知条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a的值，然后根据新的 覆盖度和a，计算出平衡压力。答案为b。（要求能够自己推导Langmuir 公式）
16. 表面活性剂具有增溶作用，对增溶作用说法不正确的是（c） （a）增溶作用可以是被溶物的化学势大大降低； （b）增溶作用是一个可逆的平衡过程； （c）增溶作用也就是溶解作用； （d）增溶作用与乳化作用不同 思路：增溶的原理是，被溶物被包裹在胶束内，该过程不是溶解过程， 而是自发的式满足的条件下，下列不恰当的是（c） （a）固体表面是均匀的 （b）吸附质分子之间相互作用可以忽略不计 （c）吸附是多分子层的 （d）吸附热不随吸附量改变 思路：Langmuir吸附是单分子层吸附。
18. 对于物理吸附的描述中，不正确的是（d） （a）吸附力来源于Van Der Waals力，其吸附一般不具有选择性 （b）吸附层可以是单分子层或多分子层 （c）吸附热较小 （d）吸附速率较小 思路：物理吸附，吸附的快，脱附也容易。
19. 已知H2的解离能为436kJ•mol-1，用气态H原子在清洁的W表面上进行 化学吸附时放热293kJ•mol-1。若用1mol H2在W表面上全部进行解离吸 附，估计其吸附热约为（c） （a）-150kJ•mol-1 （b）586kJ•mol-1 （c）150kJ•mol-1 （d）-143kJ•mol-1 思路：吸热取正号，放热取负号。
2. 20oC，101.325kPa的标准大气压力下，在液体水中距液面0.01m处形 成半径为1mm的小气泡时，气泡内气体的压力为p=1.0157×105Pa。 思路：因为凹液面的附加压力是负值，所以当形成这个气泡时，为了抵
消这个负的附加压力，其内部压强应该是
3. 同种液体，在一定温度下形成液滴、气泡和平面液体，对应的饱和蒸 汽压分别是p滴，p泡和p平，若将三者按大小顺序排列应为p滴>p平>p泡。 思路：考察Yang-Laplace公式。
13. 恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体的熵值将 （a） （a）增大 （b）减小 （c）不变 （d）无法判定 思路：表面积增大，是混乱度增加的过程，所以熵增。答案选a。
14. 微小晶体与普通晶体相比较，性质不正确的是（d）
（a）微小晶体的饱和蒸汽压大 （b）微小晶体的溶解度大
（c）微小晶体的熔点较低
4. 液态汞的表面张力γ=[0.4636+8.32×10-3T/K-3.13×10-7(T/K)2]N•m-1，在 400K时，汞的0.5137J•m-2。 思路：， 将上述两个等式联立，有， （参看教材316页）
物理化学界面现象
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。
第五版物理化学第十章习题答案
第十章界面现象请回答下列问题：（1）常见的亚稳定状态有哪些？为什么会产生亚稳定状态？如何防止亚稳定状态的产生？解：常见的亚稳定状态有：过饱和蒸汽、过热或过冷液体和过饱和溶液等。
产生亚稳定状态的原因是新相种子难生成。
如在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生产新相，故而最初生成的新相，故而最初生成的新相的颗粒是极其微小的，其表面积和吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极其困难，进而会产生过饱和蒸气、过热或过冷液体和过饱和溶液等这些亚稳定状态，为防止亚稳定态的产生，可预先在系统中加入少量将要产生的新相种子。
（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间恒温放置后，会出现什么现象？解：若钟罩内还有该液体的蒸气存在，则长时间恒温放置后，出现大液滴越来越大，小液滴越来越小，并不在变化为止。
其原因在于一定温度下，液滴的半径不同，其对应的饱和蒸汽压不同，液滴越小，其对应的饱和蒸汽压越大。
当钟罩内液体的蒸汽压达到大液滴的饱和蒸汽压时。
该蒸汽压对小液滴尚未达到饱和，小液滴会继续蒸发，则蒸气就会在大液滴上凝结，因此出现了上述现象。
（3）物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么？解：物理吸附与化学吸附最本质的区别是固体与气体之间的吸附作用力不同。
物理吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为范德华力，化学吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为化学键力。
（4）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？解：在一定温度、压力下，物理吸附过程是一个自发过程，由热力学原理可知，此过程系统的ΔG<0。
同时气体分子吸附在固体表面，有三维运动表为二维运动，系统的混乱度减小，故此过程的ΔS<0。
根据ΔG=ΔH-TΔS可得，物理吸附过程的ΔH<0。
在一定的压力下，吸附焓就是吸附热，故物理吸附过程都是放热过程。
在K及下，把半径为1×10-3m的汞滴分散成半径为1×10-9m小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为多少？已知汞的表面张力为·m-1。
武科大 物理化学 第十章界面现象习题解答
一、填空题
1、③④
2、降低=0
3、冰的表面张力大
4、矿泉水表面张力大
5、水的表面张力大
6、A
7、w’=γAs= 7.17×10-2×2×10-4=14.34×10-6J
二、计算题
10.2弯曲液面的附加压力及其后果
一、填空题
1、④
2、②
3、②
4、③
5、20℃高
6、二、计算题
解：（1）
0.483=0.0728cosθ+0.375
解之得：θ不存在，因此水可在汞的表面上铺展。
（2）
0.0728=0.483cosθ+0.375
解之得：θ=128.73º所以不能铺展。
10.5溶液表面
一、填空题
1、相同吸附其他物质
2、增大；降低；降低
3、①
4、②
5、0.0103mol/m2
6、6.054×10-8mol/m2
7、表面活性剂
8、3.08×10-19m2
9、亲水性极性基团和憎水性非极性基团
去污润湿助磨乳化去乳分散增溶
二、计算题
9、过饱和度超大
10、1.521×10-6m
11、①饱和蒸汽
12、②毛细现象
13、过饱和蒸汽过冷液体过热液体过饱和溶液
14、②向右移动
二、计算题
10.3固体表面
1、②
2、降低
3、高大
4、放热
5、物理吸附
6、单分子层吸附
二、计算题
10.4固体表面
一、填空题
1、△G△G>0
2、γ尘-液较大
3、>
4、④146.8º
界面物理化学-习题
一、选择题1. 在相同的温度及压力下，把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程，以下性质保持不变的是（d ）（a ）总表面能 （b ）比表面 （c ）液面下的附加压力 （d ）表面张力2. 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为（已知表面张力为0.025N•m -1）（d ） （a ）5 Pa （b ）10 Pa （c ）15 Pa （d ）20 Pa思路：因为肥皂泡有内、外两个表面，内面的附加压力是负值，外面的附加压力是正值，故 4's p R γ=，答案选d 。
3. 已知水溶解某物质以后，其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系：()0ln 1A Ba γγ=-+式中γ0为纯水的表面张力，A ，B 为常数，则溶液表面过剩Γ2为（c ）（a ）()21Aa RT Ba Γ=-+ （b ）()21ABa RT Ba Γ=-+ （c ）()21ABa RT Ba Γ=+ （d ）()21Ba RT Ba Γ=-+ 思路：()211a d a B ABa A RT da RT Ba RT Ba γ⎛⎫Γ=-=--= ⎪++⎝⎭，答案选c 。
4. 298K 时，苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式，在苯蒸汽压力为40Pa 时，覆盖率θ=0.05，当θ=0.5时，苯蒸汽的平衡压力为（b ）（a ）400 Pa （b ）760 Pa （c ）1000 Pa （d ）200 Pa思路：Langmuir 公式1ap apθ=+ 将已知条件的压强和覆盖率代入公式，计算得到a 的值，然后根据新的覆盖度和a ，计算出平衡压力。
答案为b 。
（要求能够自己推导Langmuir 公式）5. 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 ） （a ）0.5倍 （b ）1倍 （c ）2倍 （d ）4倍 思路：2's p R γ=，代入该公式计算比值，答案选a 。
界面现象题目--答案参考
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——界面现象课堂练习
C .表面功是指系统增加单位面积时环境所作的可逆功 ； D .表面自由能、表面功、表面张力单位分别为J·m2、 J·m2、N·m-1，各数值也不同 。 5.一根毛细管插入水中，液面上升的高度为h，当在水中加入少量的NaCl， 这时毛细管中液面的高度为：
A 等于h ； B 大于h ； C 小于h ； D 无法确定 。
mol m 2
每个分子占有的面积：
1
1
S ΓL 5.38106 6.021023
30.9 1020 m2
ln
c a
1
d b 0
dc 2.303(c a)
Γ c d
b 0c
RT dc 2.303RT(c a)
（2）饱和吸附时，c>>a，忽略a：
Γ
b 0
2.303RT
0.411 0.07286 5.38106 2.3038.314 291
剂的增溶作用。 8. 溶液的cmc浓度之后，渗透压下降，电导率升高。 9. 根据吉布斯吸附等温式，溶液浓度增加，表面张力增加的物质肯定在表面产
生负吸附，溶液的表面吸附量实际上是单位面积的表层中，所含溶质的物 质的量与同量溶剂在溶液本体中所含溶质物质的量的差值。 10. 新开采出来的石油中含有很多微小乳滴的水，按定义原油属于O/W型乳状液。
（2） CHCl3的分压为6.6672 kPa时，平衡吸附量为若干？ 五．291 K时，各种饱和脂肪酸水溶液的表面张力可以表示为：
0 1 b
lg
c a
1,
式中γ0＝0.07286 N·m-1, b＝ 0.411, a 是常数，c为浓度，试求： （1）各种饱和脂肪酸水溶液的吉布斯吸附等温式；
国开作业物理化学（本）-第6章 界面化学单元测验16参考（含答案）
题目：液体表面张力的方向总是与液面垂直。
选项A：对
选项B：错
答案：错
题目：液体的表面张力一般随着压强的升高而增加。
选项A：对
选项B：错
答案：错
题目：表面活性物质在界面层的浓度大于它在溶液本体的浓度。
选项A：对
选项B：错
答案：对
题目：兰缪尔吸附定温式适用于化学吸附，BET吸附定温式适用于物理吸附。
选项A：对
选项B：错
答案：对
题目：今有四种物质：①金属铜，②NaCl，③H2O(s)，④C6H6(1)。
这四种物质的表面张力由小到大的排列顺序是
选项A：①②③④
选项B：④③①②
选项C：④③②①
答案：④③②①
题目：附加压强产生的原因是
选项A：难于确定
选项B：由于存在表面
选项C：由于在表面上存在表面张力
选项D：由于表面张力及弯曲液面的存在
答案：由于表面张力及弯曲液面的存在
题目：将一支洁净的玻璃毛细管插入水中，管内水面上升5 cm。
若在液柱高出水面3 cm处将毛细管折断，这时毛细管上端呈现
选项A：水面呈凹形弯月面
选项B：水从上端溢出
选项C：水面呈水平面
选项D：水面呈凸液面
答案：水面呈凹形弯月面
题目：多孔硅胶有强烈的吸水性能，硅胶吸水后其表面吉布斯自由能将
选项A：无法比较
选项B：降低
选项C：不变
选项D：升高
答案：降低
题目：同一种固体的大块颗粒和粉状颗粒，比较溶解度
选项A：粉状颗粒的大
选项B：无法比较
选项C：一样大
选项D：大块颗粒的大。
南京大学《物理化学》练习 第十二章 界面现象
第十二章界面现象返回上一页1. 在298 K,101.325 kPa下,将直径为1 μm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0.072 N/m,水的密度为1000 kg·m-3,设接触角为0度重力加速度为。
g=9.8 m/s2.2. 将内径为0.01 cm毛细管插入水银中,问管内液面下降多少?已知在该温度下水银的表面张力为0.48 N/m,水银的密度为13500 kg·m-3, 重力加速度为g=9.8 m/s2,设接触角近似等于180度.3. 求在283 K时,可逆的使纯水表面增加1.0 平方米的面积,吸热0.04 J.求该过程的ΔG, W, ΔU, ΔH, ΔS和ΔF各为多少?已知该温度下纯水的表面吉布斯自由能为0.074 J·m-2.4. 在298 K时,平面水面上的饱和蒸汽压为3168 Pa,求在相同温度下,半径为3 nm的小水滴上水的饱和蒸汽压.已知此时水的表面张力为0.072 N/m, 水的密度为1000 kg·m-3.5. 将正丁醇(Mr=74)蒸汽骤冷至273 K,发现其过饱和度(即p/p0)约达到4,方能自行凝结为液滴.若在273 K时,正丁醇的表面张力为0.0261 N/m, 密度为1000 kg·m-3,试计算:(1) 在此过饱和度下开始凝结的液滴的半径.(2) 每一液滴中所含正丁醇的分子数.6. 373K时,水的表面张力为0.589 N/m, 密度为958.4 kg·m-3,问:(1)直径为1×m的气泡内(即球形凹面上),在373 K时的水蒸气压力为多少?(2)在101.325 kPa外压下,能否从373 K的水中蒸发出直径为1×m的蒸汽泡?7. 水蒸气骤冷会发生过饱和现象.在夏天的乌云中,用飞机撒干冰微粒,使气温降至293 K,水气的过饱和度(p/p s)达4.已知在293 K时,水的表面张力为0.07288 N/m,密度为997 kg·m-3,试计算:(1) 此时开始形成雨滴的半径.(2) 每一雨滴中所含的分子数.8. 在298K时,1,2-二硝基苯(NB)在水中形成的饱和溶液的浓度为5.9×mol·dm-3,计算直径为0.01 μm的NB微球在水中的溶解度?已知在该温度下,NB与水的γ(l-s)为0.0257 N/m,NB的密度为1566 kg·m-3.9. 在292K时,丁酸水溶液的表面张力可以表示为:,式中γ0为纯水的表面张力,a,b为常数.(1) 试求该溶液中丁酸的表面超额Γ2和其浓度c之间的关系式(设活度系数均为1)(2) 若已知a=0.0131 N/m,b=19.62, 试计算当c=0.2 mol·dm-3时Γ2值为多少?(3) 如果当浓度增加到>>1时,再求Γ2的值为多少?设此时表面上丁酸成单分子紧密排列层,试计算在液面上丁酸分子的截面积为若干?10. 在298K时,乙醇水溶液的表面张力与溶液活度之间的关系为γ=γ0-Aa+B,式中常数A=5×N/m,B=2×N/m,求活度a=0.5时的表面超额Γ2为多少?11. 在298K时有一月桂酸的水溶液,当表面压为1×N/m时,每个月桂酸分子的截面积为3.1×平方米, 假定表面膜可看作是二度空间的理想气体,试计算二度空间的气体常数,将此结果与三度空间的气体常数(R=8.314 J/(K·mol))比较.12. 在298K时,用刀片切下稀肥皂水的极薄表面层0.03 平方米,得到0.002 dm3溶液,发现其中含肥皂为4.013×mol,而其同体积的本体溶液中含肥皂为4.00×mol,试计算该溶液的表面张力.已知298 K时,纯水的表面张力为0.072 N/m,设溶液的表面张力与肥皂活度呈线性关系, γ=γ0-Aa,活度系数为1.13. 293K时,根据下列表面张力的数据:界面苯-水苯-气水-气汞-气汞-水γ×/( N/m ) 35 28.9 72.7 483 375试计算下列情况的铺展系数及判断能否铺展:(1) 苯在水面上(未互溶前)(2) 水在水银上(3) 苯在汞上.14. 氧化铝瓷件上需要涂银,当加热至1273 K时,试用计算接触角的方法判断液态银能否润湿氧化铝瓷件表面?已知该温度下固体氧化铝的表面张力γ(s-g)=1.0 N/m,液态银表面张力γ(l-g)=0.88 N/m,液态银和固体氧化铝的界面张力γ(s-l)=1.77 N/m.15. 在473 K时,测定氧在某催化剂上的吸附作用,当平衡压力为101.325 kPa和1013.25 kPa时,每千克催化剂吸附氧气的量(已换算成标准状况)分别为2.5及4.2 dm3,设该吸附作用服从兰缪尔公式,计算当氧气的吸附量为饱和值的一半时,平衡压力应为若干?16. 用活性碳吸附CHCl3,符合兰缪尔吸附等温式,在273K时的饱和吸附量为93.8 dm3/kg.以知CHCl3的分压为13.4kPa时的平衡吸附量为82.5 dm3/kg,试计算:(1) 兰缪尔等温吸附式中的常数a.(2) CHCl3的分压为6.67 kPa时的平衡吸附量.。
天津大学物理化学教研室《物理化学》(下册)课后习题(界面现象)
第10章界面现象10.1 请回答下列问题：（1）常见的亚稳态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？（3）下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由。
（4）物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？（5）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？答：（1）常见的亚稳态有过饱和蒸气、过热和过冷液体及过饱和溶液。
产生亚稳态的原因是新相种子难以生成。
如在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生成新相，因而最初生成的新相的种子是极其微小的，其比表面积和表面吉布斯函数都很大，因此新相难以生成，进而会产生过饱和蒸气、过热和过冷液体以及过饱和溶液等亚稳状态。
为了防止亚稳状态的产生可预先在系统中加入将要产生的新相的种子。
（2）若钟罩内还有该液体的蒸气存在，则长时间恒温放置会出现大液滴越来越大，小液滴越来越小的现象，最终小液滴消失，大液滴不再变化。
其原因在于，一定温度下，液滴的半径不同，其饱和蒸气压不同，液滴越小，其饱和蒸气压越大，当钟罩内气体的饱和蒸气压达到大液滴的饱和蒸气压时，对于小液滴尚未达到饱和，小液滴会继续蒸发，则蒸气会在大液滴上凝结，因而出现了上述现象。
（3）气泡的形状近似于半球状，如不考虑重力影响，则应为半球状。
雨滴落在水面上形成气泡的过程基本上是恒温恒压生成内外表面的过程，当气泡达到稳定状态时，要求其表面吉布斯函数处于最低，而相同体积的气泡则以球状表面积最小，这就是气泡为半球状的原因。
（4）物理吸附与化学吸附最本质的区别在于吸附剂与吸附质间的相互作用力不同，前者是范德华力，而后者则为化学键力。
（5）在一定温度、压力下，物理吸附过程是一个自发过程，由热力学原理可知，此过程系统的G∆＜0。
同时，气体分子吸附在固体表面，由三维运动变为二维运动，系统的混乱度减小，因此过程系统S∆的＜0。
合肥工业大学-物理化学习题-第十章、界面现象合并
1 液体在玻璃毛细管中是上升还是下降, 取决于该液体的什么 性质? ______ B A. 粘度 B. 界面张力 C. 密度 A 2 纯组分系统的表面Gibbs函数值 ____. A. 大于零 B. 小于零 C. 等于零 B 3 表面张力与下述哪些因素无关? ____ A. 物质本身性质 B. 物质总表面积
pr 2M ln p RTr 2 71.97 10- 3 N m -1 18.02 10- 3 k g m ol-1 8.314J K -1 m ol-1 298K 0.9971 10- 3 k g cm - 3 10- 7 m 1.049 10- 2
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10 在某盐的过饱和溶液中, 不慎落入一小尘埃, 结果使溶液很 快析出结晶盐. 可以推断界面张力尘|盐____<尘| 液, 理由是 ______________________________________________________ 在相变开始的瞬间, 主要是界面Gibbs函数的减小而不是相变 ______________________________________________________ 本身引起的Gibbs函数的减小起作用, 亦即新形成的尘|盐界面 ______________________________________________________. 和盐|液界面的总界面张力应小于同步消失的尘|液界面张力. 11 已知20℃时, 水|空气界面张力为7.2810－2 Nm－1, 当在20 2.9110－5 ℃和常压下可逆地增大水的表面积4cm2, 需做功___________J. 12 有人设计如图所示的“永动机”, 不断 上升的液体在未达最高点之前就折回并滴下, 推动小涡轮转动. 这种“永动机”不可能造 毛细上升的动力在于凹液面下的附 成的原因是 加压力 , 而在液滴脱离管口的过程中, 凹液面 _____________________________ 曲率半径增大 , 附加压力随之减小, 当减小到 ______________________________________ 与静压差相等时就达平衡 ______________________________________ 00-7-15 _______________________.