第10章表面练习题.doc

第十章界面现象练习题
一、是非题（对的画√错的画×）
1、液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。（ ）
2、液体的表面张力的方向总是与液面垂直。（ ）
3、分子间力越大的物体其表面张力也越大。（ ）
4、垂直插入水槽中一支干净的玻璃毛细管，当在管中上升平衡液面外加热时，水柱会上升。（ ）
5、在相同温度下，纯汞在玻璃毛细管中呈凸液面，所以与之平衡的饱和蒸气压必大于其平液面的蒸汽压。（ ）
6、溶液表面张力总是随溶液的浓度增大而减小。（ ）
7、某水溶液发生负吸附后，在干净的毛细管中的上升高度比纯水在该毛细管中上升的高度低。（ ）
8、通常物理吸附的速率较小,而化学吸附的速率较大。（ ）
9、兰格缪尔等温吸附理论只适用于单分子层吸附。（ ）
10、临界胶束浓度(ＣＭＣ)越小的表面活性剂，其活性越高。（　　）
11、物理吸附无选择性。（　　）
12、纯水、盐水、皂液相比，其表面张力的排列顺序是：γ（盐水）<γ（纯水）<γ（皂液）。（ ）
13、在相同温度与外压力下，水在干净的玻璃毛细管中呈凹液面，故管中饱和蒸气压应小于水平液面的蒸气压力。（ ）
14、朗缪尔吸附的理论假设之一是吸附剂固体的表面是均匀的。（　）
15、同一纯物质，小液滴的饱和蒸气压大于大液滴的饱和蒸气压。（　）
16、弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温度下平液面的蒸气压。（ ）
17、表面张力在数值上等于等温等压条件下系统增加单位表面积时环境对系统所做的可逆非体积功。（ ）
18、某水溶液发生正吸附后，在干净的毛细管中的上升高度比在纯水的毛细管中的水上升高度低。（ ）
19、弯曲液面处的表面张力的方向总是与液面相切。（ ）
20、 吉布斯所定义的“表面过剩物质的量” 只能是正值，不可能是负值。 ( )
21、封闭在容器内的大、小液滴若干个，在等温下达平衡时，其个数不变，大小趋于一致。（ ）
22、 凡能引起表面张力降低的物质均称之为表面活性剂。（　　）
23、表面过剩物质的量为负值，所以吸附达平衡后，必然引起液体表面张力降低。（ ）
24、在吉布斯模型中，选择表面相的位置使溶剂的表面过剩物质的量n1(γ)，则溶质的表面过剩物质的量ni(γ)可以大于零、等于零或小于零。（ ）
25、过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的
比表面吉布斯函数。（ ）
二、选择题
1、液体表面分子所受合力的方向总是（ ） ，液体表面张力的方向总是（ ）
（1）沿液体表面的法线方向，指向液体内部。
（2）沿液体表面的法线方向，指向气体内部。
（3）沿液体表面的切线方向，
（4）无确定的方向。
2、在定温定压下影响物质的表面吉布斯函数的因素是（ ）
（1）仅有表面积As （2）仅有表面张力g
（3）表面积As和表面张力g （4）没有确定的函数关系
3、附加压力产生的原因是（ ）
（1）由于存在表面 （2）由于在表面上存在表面张力
（3）由于表面张力的存在，在弯曲表面两边压力不同
（4）难于确定
4、在水平放置的玻璃毛细管中注入少许水（水润湿玻璃）在毛细管中水平水柱的两端呈凹液面，当在右端水凹面处加热，毛细管中的水向何端移动。（ ）
（1）向左移动 （2）向右移动
（3）不动 （4）难以确定
5、今有一球形肥皂泡，半径为r，肥皂水溶液的表面张力为g，则肥皂泡内附加压力是（ ）
（1） （2） （3）
6、在定温下，同成分的两个大小不同的液球的饱和蒸气压和存在（ ）的关系。
（1） （2）
（3） （4）不能确定
7、今有反应在一定温度下过平衡，现在不改变温度和的分压下，也不改变的颗粒大小 ，只降低的颗粒直径，增加分散度，则平衡将（ ）
（1）向左移动 （2） 向右移动 （3）不移动
8、某物质B在溶液表面的吸附达平衡时，则B物质在表面的化学势与溶液内部B物质的化学势的关系是（ ）
（1） （2）
（3） （4）不能确定
9、接触角是指（ ）
（1）g/l界面经过液体至l/s界面间的夹角
（2）l/g界面经过气相至g/s界面间的夹角
（3）g/s界面经过固相至s/l界面间的夹角
（4） l/g界面经过气相至s/l界面间的夹角
10、高分散度固体表面吸附气体后，可使固体表面的吉布斯函数（ ）
（1） 降低 （2）增加 （3）不改变
11、若某液体能在某固体表面铺展，则铺展系数S一定：（　　）。
（1）≤　0；　 （2）≥0； （3）＝　0。
12、在等温等压下，同一种物质的粗颗粒的溶解度c1 和微细颗粒的溶解度c2间的关系为：（ ）。
（1）c1 > c2；（2）c1 = c2 ；（3）c1 < c2 ；（4）不能确定。
13、由两种不互溶的纯液体A和B相互接触形成两液相时，下面说法中最符合实际情况的是： （ ）
（1）界面是一个界限分明的几何平面；
（2 ）界面层有几个分子层的厚度，在界面层内，A和B 两种物质的浓度沿垂直于界面方向连续递变；
（3）界面层的厚度可达几个分子层，在界面层中，A和B 两种物质的浓度处处都是均匀的。
14、下面属于水包油型乳状液（O/W型）基本性质之一的是：（ ）。
（1）易于分散在油中； （2）有导电性 ； （3）无导电性。
15、下列各式中，不属于纯液体表面张力的定义式的是： （ ）；
（1）； (2) ； (3) 。
16、朗缪尔公式克描述为：（　）。
（1）五类吸附等温线； （2）三类吸附等温线；
（3）两类吸附等温线； （4）化学吸附等温线。
17、在一般情况下不考虑表面的存在对系统性质的影响是因为：（ ）
（1）表面状态复杂；
（2）表面不重要；
（3）表面分子数比内部分子少的多，表面效应不明显；
（4）表面分子与内部分子状态一样。
18、一定体积的水，在同温度下分散为大水滴与分散为小水滴时的两种状态相比较，性质保持不变的是 （ ）
（1）饱和蒸气压 （2）表面能 （3）表面张力
19、有机液体与水形成W/O型还是O/W型乳状液与乳化剂的HLB值有关，一般是：（ ）
(1)  HLB值大，易形成W/O型 ；       
(2) HLB值小，易形成O/W型 ；
(3)  HLB值大，易形成O/W型 ；       
(4) HLB值小，不易形成W/O型 。
20、矿石浮选法的原理是根据表面活性剂的：（ ）
(1)  乳化作用 ；      (2) 增溶作用； (3)  去污作用 ；      (4) 润湿作用 。
21、胶束的出现标志着表面活性剂的： （ ）
(1)  降低表面张力的作用下降 ；         
(2) 溶解已达到饱和；
(3)  分子间作用超过它与溶剂的作用 ；    
(4) 分子远未排满溶液表面。
22、一个玻璃毛细管分别插入25℃ 和75℃ 的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度：（ ）
(1)  相同 ；                       
(2) 无法确定；
(3)  25℃ 水中高于75℃ 水中 ；      
(4) 75℃ 水中高于25℃ 水中 。
23、人工降雨是将微细晶粒喷撒在积雨云层中，目的是为了降雨提供 （ ）
（1）冷量； （2）湿度； （3）晶核； （4）温度。
24、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： （ ）
（1）增加农药的杀虫药性；
（2）提高农药对植物表面的润湿能力；
（3）防止农药挥发；
25、对于一理想的平液面，下列物理量，何者为零（ ）
（1）表面张力； （2）比表面；
（3）比表面吉布斯函数； （4）附加压力。
26、硅胶吸附空气中的水蒸气，使空气干燥，是由于（ ）
（1）硅胶孔太小，吸附的水蒸气难以离开；
（2）硅胶与水形成氢键；
（3）硅胶孔中水的饱和蒸气压大于正常情况水的饱和蒸气压；
（4）硅胶孔中水的饱和蒸气压小于正常情况水的饱和蒸气压；
27、若在固体表面发生某气体的单分子层吸附，则随着气体压力的不断增大，吸附量是（ ）
（1）成比例增大； （2）逐渐减少；（3）恒定不变；（4）逐渐趋向饱和。
28、对于亲水性固体表面，其固、液间的接触角θ应（ ）
（1）θ>90°； （2）θ=90°；（3）θ<90°；（4）θ=180°。
29、弗伦德利希吸附等温公式适用于（ ）
（1）低压； （2）中压；（3）高压；（4）任何压力。
30、在干净、粗细均匀的U型玻璃毛细管中注入纯水，两侧液柱的高度相同，然后用微量注射器从右侧注入少量正丁醇水溶液，两侧液柱的高度将（ ）
（1）相同；（2）左侧高于右侧；（3）左侧低于右侧；（4）无法确定。
31、在潮湿的空气中放置3根粗细不等的毛细管，其半径大小顺序为r1>r2>r3，则毛细管内水蒸气易于凝结的顺序是（ ）
（1）1,2,3； （2）2,3,1； （3）3,2,1； （4）无法确定。
32、多孔固体表面易于吸附水蒸气，而不易吸附氧气、氮气，其主要原因是（ ）
（1）水蒸气相对分子量比氧气、氮气小；
（2）水蒸气分子极性比氧气、氮气大；
（3）水蒸气的凝聚温度比氧气、氮气高；
（4）水蒸气在空气中含量比氧气、氮气少。
33、水在某毛细管内上升的高度为h，若将此管垂直的向水深处插下，露在水面以上的高度为h/2,则（ ）
（1）水会不断冒出；
（2）水不流出，管内液面凸起；
（3）水不流出，管内凹液面的曲率半径增大为原先的2倍；
（4）水不流出，管内凹液面的曲率半径减小为原先的一半。
34、下列叙述不正确的是（ ）
（1）农药中加入润湿剂可使γl/g和γl/s 减少，药液在植物表面易于铺展；
（2）防水布上涂表面活性剂使γg/s减少，水珠在其上不易铺展；
（3）泡沫浮选法中捕集剂极性基吸附在矿石表面，非极性基向外易被吸附在泡沫上；
（4）起泡剂的主要作用是增大液体表面张力。
35、下列对于物理吸附的描述，不正确的是（ ）
（1）吸附力基于范德华力，吸附一般没有选择性；
（2）吸附层可以是单分子层或多分子层；
（3）吸附速率较快，吸附热较小；
（4）吸附较稳定，不易解吸。
三、填空题
1、通常液体的表面张力是指某液体与其 相接触，或者
与 相接触时的界面张力。
2、临界状态下，由于 ，所以液体的表面张力为 。
3、一个球形液滴在定温下与其蒸汽成平衡时，液相压力P1 气相压力P2（选填>,=,<号）。若液体表面张力为g,球形液滴半径为r,则P1－P2= 。
4、表面活性剂按亲水基团的种类不同，可分为：_____________、_________________、________________、____________________。
5、定温下溶液的表面张力随浓度增大而减小，则单位表面吸附量
为 0。（选填>,=,<号）
6、铺展系数S与的关系是，S= ，若液体在固体表面上发生铺展，则S 0。
7、物理吸附的吸附力是 ，吸附分子层是 。
8、气体被固体吸附过程其熵变，△S= 0。焓变△H= 0。
9、由于新相难以形成而出现的四种常见的亚稳态是 ；
； ； 。
10、微小颗粒物质的化学势比大块物质的化学势要__________。
11、泡沫是以___________为分散相的分散系统。
12、乳状液的类型可分为______________和_______________。
13、过饱和蒸气的存在可用___________公式解释，毛细管凝结现象可用_______________公式解释。（选填拉普拉斯、开尔文、朗缪尔）
14、朗缪尔等温吸附理论的基本假设为：
（1）____________________； （2）_____________________；
（3）______________________；（4）_____________________。
15、表面张力的作用方向是与界面__________，与边界___________。
16、朗缪尔吸附等温式的形式为_________________。该式的适用条件是_____________。
17、由于表面效应的存在，所以新相____________生成。
18、表面张力随温度升高而______________。（选填增大、不变、减小），当液体到临界温度时，表面张力等于___________。
19、通常以接触角θ值的大小来衡量液体对固体表面的润湿程度,若θ小于90°,称为_______________ 。
20、过热液体的存在可用_____ _____公式解释。
四、计算题
1、已知293 K时，乙醚/水，汞/乙醚，汞/水的界面张力分别为10.7 ×10 -3 N·m -1，379 ×10 -3 N·m -1，375 ×10 -3 N·m -1。用滴管在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其接触角q　。
2、200 ℃时测定O2 在某催化剂上的吸附作用，当平衡压力为 0.1 MPa及1 MPa 时，1 g催化剂吸附O2的量分别为2.5 cm 3及 4.2 cm 3 (STP) 设吸附作用服从朗缪尔公式，计算当O2 的吸附量为饱和吸附量的一半时，平衡压力为多少。
3、一个半径为r=2 cm的小玻璃杯，里面盛有水银，将一小滴水滴在水银表面上，试问水能否在水银表面铺展？假定水能在水银表面铺展，求铺展过程Gibbs函数改变。已知，γ汞—空=0.483 N·m-1,γ水—空=0.0728 N·m-1, γ汞—水=0.375 N·m-1
4、水在 293 K 时的表面张力为 7.27×10-2 N·m-1，密度为 998 kg·m-3，计算水在
293 K，半径为 1×10-3 m 及 1×10-5 m 的毛细管中上升的高度 (g =9.81 m·s-2)，
假定接触角θ = 0°。
5、 水的表面张力与温度的关系为：γ/ 10 -3 N·m -1 = 75.64－0.14（t / ℃）今将10 kg 纯水在303 K及101 325 Pa条件下等温等压可逆分散成半径r= 1´10-8 m的球形雾滴，计算
（1）环境所消耗的非体积功；
（2）小雾滴的饱和蒸气压；
（3）该雾滴所受的附加压力。
（已知303 K，101 325 Pa 时，水的密度为 995 kg·m-3 ，不考虑分散度对水的表面张力的影响。H2O的摩尔质量为18.0 g·mol-1。)
6、已知在-33.6℃时，CO(g)在活性炭上的吸附符合朗缪尔直线方程。经测定知，该（p/V）～p直线的斜率为23.78 kg·m-3，截距为131 kPa·kg·m-3，试求朗缪尔方程中的常数Vm及b。
7、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。
8、283K时，可逆地使纯水表面积增加1.0，吸热0.04J。已知283K时纯水的表面张力为0.074N. m-1，求该过程的W，△U，△H，△S，△G。
9、在298K时，乙醇水溶液的表面张力服从γ/mN·m-1= 72－5×10-4c+2×10-7c2，
试计算c =500 mol .m-3 时的表面过剩。
10、已知27℃时水的饱和蒸气压为3.529 kPa，已知水在298K时的表面张力为0.0718N. m-1，密度为997㎏. m-3。试求：
（1）该温度下，水在半径为5×10-4m的某毛细管中上升的高度是2.8×10-2 m，求接触角为多少？
（2）当毛细管半径为2×10-9m时，求27℃下水蒸气能在该毛细管内凝聚所具有的最低蒸气压是多少？
第十章界面现象练习题答案
一、判断题答案：
1、√ 2、× 3、√ 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、× 9、√ 10、√
11、√ 12、× 13、√ 14、√ 15、√ 16、× 17、√ 18、√ 19、√ 20、×
21、× 22、× 2 3、× 24、√ 25、×
二、选择题答案：
1、（1），（3） 2、（3） 3、（3） 4、（1） 5、（3）
6、（3） 7、（2） 8、（3） 9、（1） 10、（1）
11、（2） 12、（3） 13、（2） 1 4、（2） 15、（1）
16、（1） 17、（3） 18、（2） 19、（3） 20、（4）
21、（1） 22、（3） 23、（3） 24（2） 25、（4）
26、（4） 27、（4） 28、（3） 29、（2） 30、（2）
31、（3） 32、（3） 33、（3） 34、（4） 35、（4）
三、填空题答案:
1 、饱和蒸汽，空气 2 、 界面消失，趋于零 3 、 >, 2g/ r,
4、阴离子活性剂 阳离子活性剂 两性活性剂 非离子活性剂 5 、 > 6、 －（） > 7、范德华力,单或多分子 8 、 <, <
9、过饱和蒸汽, 过饱和溶液,过热液体,过冷液体.10、大 11、气体
12、O/W W/O 13、开尔文、开尔文
14、（1）吸附为单分子层 （2）固体表面是均匀的
（3）吸附于表面上的分子无相互作用力 （4）吸附平衡是动态平衡
15、平行，垂直
16、 或 q= 单分子层吸附 或 化学吸附
17、难以18、降低，零19、润湿20、拉普拉斯解：
四、计算题答案
1、解：将乙醚当气体看待，将汞当固体看待，故有
γ (汞/乙醚)＝γ (汞/水)＋γ (水/乙醚)cos q
379×10 -3 N·m -1 = 375×10 -3 N·m -1 + 10.7×10 -3 N·m -1cosq
所以　cosq =０.374
所以　　q = 68°
2、解：
即
所以 b = 12.2 ×10 -6 Pa -1
即
所以
3、解： γ汞−空−γ水−空−γ汞−水 =(0.483－0.0728－0.375) N·m-1 = 0.0352 N·m-1 −
能铺展。
ΔG= [（γ水−空+γ汞−水）−γ汞−空] ΔA
= [(0.0728+0.375−0.483) ×3.1416×(2×10-2)2] J=-4042×10-5J
4、解：2γ /r= ρgh
r= 0.001 m h= 0.0149 m
r = 1×10-5 m h = 1.49m
5、 解：（1）本题非体积功即表面功W ’ = γ A
γ / 10 -3 N·m -1 = 75.64－0.14（303－273）=71.44
设雾滴半径为r个数为N，则总表面积A为
= 3×10 kg / rr
所以 W ’=
（2）根据开尔文方程式
ln

= 0.1026
所以 = 1.108
1.108×101 325 Pa = 112.3 kPa
（3）
= 1.43×10 7 Pa =14.3 MPa
6、解：斜率 m= 23.78 kg·m-3 = 1/Vm
所以 Vm = 1/m =0.0420 m3 (STP)·kg-1
截距q= 131 kPa·kg·m-3 = 1/（Vm ·b）
所以 b= 1/（Vm·q）
= 1/（0.0420 m3·kg-1×131 kPa·kg·m-3）
= 1.82×10-4 Pa-1
7、解：设Dp1，Dp2，γ1，γ2 分别为丁醇溶液及水的最大泡压力与表面张力。
根据拉普拉斯公式及泡压法的原理可知：
（1）
（2）
因为实验使用同一根毛细管，r 为定值，联立式（1）和式（2）得：

= 56.1 mN·m -1
8、解：W =△G=γ△A=0.074×1.0=0.074J
△S=Q/T=0.04/283=1.4×10-4 J.K-1
△G=△H- T△S
△H=△G+ T△S=0.074J+0.04 J=0.114 J
△U= Q+ W=0.04 J +0.074J=0.114 J
9、解：
=6.05×10-8mol .m-2
10、解：（1）h =2γcosθ /ρgr
cosθ=ρgrh / 2γ=997×9.8×2.8×10-2×5×10-4/（2×0.0718）=0.953 N·m -1
θ=17.7。
（2）ln

= -0.0.52
所以 = 0.595
0.595×3.529×103Pa =2.101kPa
12