教 学 单 位 环境与化学工程学院应用化学教研室 课 程 名 称

教案
2010-2011学年第1学期
教学单位环境与化学工程学院应用化学教研室课程名称 0050107012
课程编号表面与胶体化学
学时32学分 2
适用专业应用化学年级四
授课教师车如心
职称教授职务副院长
大连交通大学教务处制
课程教学实施计划
各章教学实施计划
讨论、思考题、作业：
1．表面吉布斯自由能、比表面吉布斯自由能、表面张力三者的概念、单位是否相同，如何表示? 2．固体表面有过剩的吉布斯自由能吗?它与液体有何不同?
3．气泡、液滴都呈球形，玻璃管口在高温加热后会变得光滑，这些现象的本质是什么?
4．试解释：①人工降雨；②有机蒸馏中加沸石；③毛细管凝聚(下雨前地基潮湿——所谓基
湿而雨)；④过饱和溶液、过饱和蒸气、过冷现象；⑤重量法分析中的陈化作用等。

5．吉布斯自由能越低，则体系越稳定，所以物体总有降低本身吉布斯自由能趋势。

试说明
纯液体、溶液、固体是如何降低自己的表面吉布斯自由能的。

6．为什么气体在固体表面上的吸附总是放热的?
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02G =-12c g W G γ-=-=，是液体本身结合牢固程度的一种量度。

1s G γ-=-2g G γ-=-=称为浸湿功，它是液体在固体表面上取代气体能力的一种量度，有时也被用来表示对抗
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教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
习题课
1．在293 K时，把半径为1×10-3m的水滴分散成半径为1×10-6m的小水滴，比表面增加多少倍?表面吉布斯自由能增加多少?环境至少需做功多少?已知293 K时σ(H2O)＝72.75 mN·m-1。

（答案：9.15×10-4 J）
解：N=(4Π
3
1
r/3)/(4Π3
2
r/3)= 3
1
r/3
2
r
小颗粒的面积为：N×4Π
2
2
r=4Π3
1
r/r
2
大颗粒的面积为：4Π
2 1 r
面积增加倍速为：(4Π
3
1
r/r
2
)/4Π
2
1
r=r
1
/r2=103
ΔGs’=4Π(
3
1
r/r
2
-
2
1
r)·σ
=4×Π×[(1×10-3)3/10-6-(1×10-3)2]×72.8×10-3=9.14×10-4J
2．在298 K时，1,2—二硝基苯(NB)在水中所形成的饱和溶液的浓度为5.9×10-3mol·L-1，计算直径为1×10-8m 的NB微球在水中的溶解度。

已知298 K时NB／水的表面张力为25.7 mN·m-1，NB的密度为1 566 kg·m-3。

（答案：1.567×10-3 mol·dm-3）
解：根据开尔文公式：lnC/C o=2σM/ρRT·1/r 将数值代入，得：
lnC/C o=2×25.7×10-3×168/（1566×8.214×298）=0.2226
∴C=7.37×10-3 mol·dm-3
3．373 K时，水的表面张力为58.9 mN·m-1，密度为958.4 kg·m-3，在373 K时直径为
1×10-7m的气泡内的水蒸气压为多少?在101.325 kPa外压下，能否从373 K的水中蒸发出直径为1×10-7m的气泡?（答案：99.91kPa）
解：
气泡为凹面，r=0.5×10-7m
lnPr/Ps =2×58.9×10-3×18×10-3/[958.4×8.314×373×(-5×10-3)]= -0.0143
Pr=99.89KPa
因Pr P(外)，故不能蒸发出直径为1×10-7m的气泡。

4．水蒸气骤冷会发生过饱和现象。

在夏天的乌云中，用干冰微粒撒于乌云中使气温骤降至293 K，此时水气的过饱和度(ｐ／ｐｓ)达4，已知293 K时σ(H２O)＝72.75 mN·m-1，
ρ(H2O)＝997 kg·m-3。

求算：(1)开始形成雨滴的半径；(2)每一滴雨中所含的水分子数。

（答案：7.8×10-10 m，66个）
解：（1）据开尔文公式：lnPr/Ps=2σM/ρRTr 即
ln4=2×72.75×10-3×18×10-3/(997×8.314×293r)
∴r=7.8×10-10m
(2)雨滴的体积V=4Π(7.8×10-10)3/3=1.99×10-27m3
雨滴中的水分子数为：
N=VρL/M=1.99×10-27×997×8.02×1023/18×10-3=66（个）
5．已知293 K时，σ(H２O)＝72.75 mN·m-1，σ（汞-H2O）＝37.5 mN·m-1，σ（汞）= 483 mN·m-1。

试判断水能否在汞表面上铺展开来?
解：cosθ=[σ(汞)-σ(汞-水)]/σ(水)
＝483×10-3-375×10-3）/72.75×10-3=1.48
说明水能在汞表面上展开。

6．在298 K、101.325 kPa下，将直径1 μｍ的毛细管插入水中，在管内需加多大压强才能防止水面上升?若不加额外压强，则管内液面能升多高?已知该温度下σ(H2O)＝72.0×10-3 N·m-1，ρ(H2O) ＝1 000 kg·m-3，接触角θ＝0，重力加速度ｇ＝9.8 m·s-2。

（答案：p S =288kPa，h=29.38m）
解：Ps－2σ/r=2×72×10-3/5×10-7=288×103Pa
mg=2Πrσ而m=Πr2·h·ρ
2σ/r=ghρ=288×103Pa
∴h=288×10-3/(1000×9.0)=29.39m
7．氧化铝陶瓷上需要涂银，当加热到1273 K时，液体银能否润湿陶瓷表面? 已知该温度下
σ(Al2O3)＝1.0 N·ｍ-1，液态银σ(Ag)＝0.88 N·m-1，σ(Al2O3-Ag)＝1.77 N·m-1。

（答案：150°，不能润湿）
解：cosθ=(σAl2O3-g－σAl2O3-Ag)/ σAg-g=(1.0-1.77)/0.88=-0.875
∴θ=151o 不能润湿
8．1 g活性炭吸附CO2气体，在303 K吸附平衡压强为79.99 kPa，在273 K时吸附平衡压强为23.06 kPa，求1 g活性炭吸附0.04 L标准状态的CO2气体的吸附热(设吸附热为常数)。

（答案：–50.92J）
解：把吸附当相平衡看待，应用克－克公式ln(79.99/23.06)=(ΛH吸/R)·(1/303-1/273)
∴ΔH吸=-28513 J·mol-1 吸附0.04mol的吸附热=ΔH吸×0.04/22.4= -51J
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