2022年2022年界面现象习题 .pdf

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1、界面现象习题10.1 请回答下列问题：(1)常见的亚稳状态有哪些？为什么会产生亚稳状态？如何防止亚稳状态的产生？(2)在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间恒温放置后，会出现什么现象？(3)下雨时，雨滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状及其理由。(4)物理吸附与化学吸附最本质的区别为什么？(5)在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？解： (1) 常见的亚稳定状态有：过饱和蒸气，过冷液体，过热液体，过饱和溶液等。原因： 由于新相的生成时，其粒径极小，其比表面能较高，体系不可能自发地向能量较高的方向进行，除非体系本身的能量较高或外界干扰，因此，新相的生成是较困难。

2、防止亚稳状态产生的方法：提供新相生成的 “晶种”或外界扰动或提高体系本身的能量等法。(2) 根据开尔文公式，液滴越小，其饱和蒸气压越高。因此，小液滴逐渐变小直至消失，大液滴逐渐变大。(3) 该气泡近为球形(如不考虑水压影响，应为球形)。根据表面张力意义或附加压力公式，只有当表面作用力完全对称时，表面最为稳定。 球形表面的作用力是完全对称的。(4) 作用力的本质不同。物理吸附是范德华力，而化学吸附是化学键力。(5) 物理吸附过程相当于气体凝结过程，此时气体的热运动能减小，体系熵减小。10.2 在 293.15K 及 101.325kPa 半径为 1103 m 的汞滴分散成半径为1109 m 的小

3、汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为其若干？已知293.15K 汞的表面张力为0.470N m-1解：小汞滴表面积为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 分散成小小汞滴的个数为：10.7 在定温度下，容器中加入适量的、完全不互溶的某油类和水，将一支半径为r 的毛细管垂直地固定在油-水界面之间，如下图(a)所示，已知水能润湿毛细管壁，油则不能，在与毛细管同样性质的玻璃板上，滴上一小滴水， 再在水上覆盖上油，这时水对

4、玻璃的润湿角为，如下图 (b)所示。油和水的密度分别用油和水表示，AA 为油 -水界面，油层的深度为h。请导出水在毛细管中上升的h 与油 -水界面张力 ow之间的定量关系式。解：则又因为所以10.9 用毛细上升法测定某液体的表面张力。此液体的密度为0.790g cm-3， 在半径为 0.235mm 的玻璃毛细管中上升的高度为2.56 10-2m。设此液体能很好地润湿玻璃，试求此液体的表面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - -

5、 - 张力。解：因为液体完全润湿玻璃，所以=0 10.10 20oC 时，水的表面张力为72.8mN m-1，汞的表面张力为483mN m-1，而汞和水的界面张力为 375 mN m-1，请判断：(1)水能否在汞的表面上我铺展开？(2)汞能否在水的表面上铺展开？解： (1) ，能铺展开(2) ，不能铺展开10.12 在 291.15K 时，用血炭从含苯甲酸的苯溶液中吸附苯甲酸，实验测得每千克血炭对苯甲酸的吸附量na与苯甲酸的平衡浓度c 的数据如下：C/mol dm-32.82 10-36.17 10-32.57 10-35.01 10-30.1210.2820.742na/ mol kg-10

6、.2690.3550.6310.7761.211.552.19解：试用图解法求吸附等温式中常数项及 各为若干？解：以 lgna对 lgc 作图，从直线的截距和斜率求得k 和 n。注：作图必须符合规范，必须在名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 坐标纸上用铅笔绘制，有图名、坐标名、坐标单位等。10.14 473.15K时，测定氧在某催化剂表面上的吸附作用，当平衡压力分别为101.325kPa及 1013.25kPa 时，

7、每千克催化剂的表面吸附氧的体积分别为2.5 10-3 m3及 4.2 10-3m3 (已换算为标准状况下的体积)，假设该吸附作用服从朗缪尔公式，试计算当氧的吸附量为饱和吸附量的一半时，氧的平衡压力为若干？解： (1) 根据兰格缪尔吸附等温式和解得Vm = 4.54 10-3 m3/kg b = 1.71 10-5 Pa-1 (2) 代入解得P = 82.81kPa 10.16 在 291.15K 的恒温条件下， 用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸，在不同的平衡浓度下，每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下：C/10-3mol dm-32.022.463.054.105.8112.8100200500na

8、/mol kg-10.2020.2440.2990.3940.5411.053.384.034.57将上述数据关系用朗缪尔等温式表示，并求出式中常数及。解：兰格缪尔等温式可写成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 由题给数据算出及对应的值列表如下以对做图。得一直线得截距 =0.19，斜率 =兰格缪尔吸附等温式为10.20 292.15K 时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为 = o-aln(1+bc) 式中 o为纯水的表

9、面张力， a 和 b 皆为常数。（1）试求该溶液中的丁酸的表面吸附量和浓度 c 的关系。（2）若已知 a=13.1mN m-1,b=19.62 dm3 mol,试计算当c=0.200moldm-3是的为若干？（ 3）当丁酸的浓度足够大，达到bc 1 时，饱和吸附量为若干？设此时的表面上丁酸成单分子层吸附，试计算在液面上的每个丁酸分子所占的截面积为若干？解： (1)以表面张力表达式对 c 求导名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 把上式代入吉布斯吸附等温式，得(2)当（1）当 bc1 时此时吸附量与浓度 c 无关，达到饱和状态，即每个丁酸分子在液面上所占的截面积为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -