第八章 表面化学习题解答
表面化学习题答案
1．在293K 时，把半径为1mm 的水滴分散为半径为1μm 的小水滴，问表面积增加了多少倍？表面吉布斯自由能增加了多少？完成该变化时，环境至少需做功若干？已知293K 时水的表面自由能为0.072882-⋅mol J解 半径为1mm 水滴的表面积为A 1，体积为V 1，半径为R 1；半径为1μm 水滴的表面积为A 2，体积为V 2，半径为R 2，因为V 1=NV 2，所以34πR 3=N 34π32R , 式中N 为小水滴个数N=933321101011=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-mm mm RR1044212212=⨯=rR RN A A ππ9211⎪⎭⎫ ⎝⎛mm m μ=1000△G A =γdA=0.072882-⋅mol J ⨯4π（N 2122R R -）=9.145⨯10-4JW f =—△G A =—9.145⨯10-4J2． 已知汞溶胶中粒子（设为球形）的直径为22nm ，每dm 3溶胶中含Hg 为8⨯10-5kg 的汞滴分散为上述溶胶时表面吉布斯自由能增加多少？已知汞的密度为13.63-⋅dm kg ，汞—水界面张力为0.3751-⋅m N 。
解 直径为22nm 的汞的粒子体积为V=34πR 3=331022234⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-m π=5.576⨯10-24m 3 每1cm 3的溶胶粒子数N 为N=12243332510054.110576.516.131011108⨯=⨯⨯⋅⨯⨯⨯⋅⨯-----dm kg dm dm kgA 总=N ⨯4πR 2=1.054⨯1012⨯4π⨯2910222⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-m =1.603⨯10-3m 2△G A =γ⨯△A=0.3751-⋅m N ⨯（1.603⨯10-3m 2-4π20R ）=5.95⨯10-4J(式中R 0为8⨯10-5kg 汞成一个汞滴时 的半径,等于1.12⨯10-3m)3. 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γ=0.072 N m -1，水的密度ρ=1000 kg·m -3，设接触角θ=0︒。
表面物理化学习题和答案
表面物理化学习题和答案一、选择题1. 下列说法中不正确的是：( C )(A) 生成的新鲜液面都有表面张力(B) 平面液体没有附加压力(C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心(D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心2.水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ）(A)(A) 大于零 (B) 小于零(C) 等于零 (D) 无法确定3.一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水的表面张力为 0.072 N·m-1。
如用这个 U 型管装上水来测量压力，将引入的误差为： ( B )(A) 72 Pa(B) 192 Pa(C) 96 Pa(D) 288 Pa4.低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进行催化转化反应, 其机理为：A(g) ＋ K A K ─→ B(g) ＋ K 第一步是快平衡, 第二步是速控步, 则该反应表观为几级? ( B )(A) 零级 (B) 一级(C) 二级 (D) 无级数= -W'的充要条件除了5 . 表面过程中ΔG（表面）等温等压外，还有：( D )A，不做其它功； B，热力学可逆； C，组成不变； D，是B和C。
6. 物质表面张力的值与：( C )A，温度无关； B，压力无关； C，表面大小无关； D，另一相物质无关。
7. 以P平、P凸、P凹分别表示平面、凸面、凹面液体上的饱和蒸汽压，三者关系为：( B )A，P平>P凹>P凸； B，P凸>P平>P凹；C，P凸>P凹>P平； D，三者相同。
8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D )A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致；B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小；C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大；D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B )A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A )A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。
表面化学试题及答案
表面化学试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 表面化学主要研究物质的哪个区域的化学性质？A. 内部B. 表面C. 界面D. 外部答案：B2. 表面张力是指液体表面分子之间相互吸引的力，其单位是？A. 牛顿B. 焦耳C. 帕斯卡D. 牛顿·米答案：C3. 表面活性剂在水溶液中降低表面张力的机理是什么？A. 表面活性剂分子的疏水部分朝向空气B. 表面活性剂分子的亲水部分朝向空气C. 表面活性剂分子的疏水部分朝向水D. 表面活性剂分子的亲水部分朝向水答案：A4. 固体表面的吸附作用主要分为哪两种类型？A. 物理吸附和化学吸附B. 静态吸附和动态吸附C. 单层吸附和多层吸附D. 可逆吸附和不可逆吸附答案：A5. 表面能是指单位面积表面所具有的能量，通常用哪个符号表示？A. ΔHB. ΔGC. γD. Q答案：C二、填空题（每题2分，共10分）1. 表面化学中的吸附作用是指分子、原子或离子在固体或液体表面的________现象。
答案：积累2. 表面化学中的润湿现象可以通过接触角的大小来描述，接触角越小，润湿性越________。
答案：强3. 在表面化学中，表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）是指表面活性剂分子开始形成胶束的最低浓度，其值越低，表面活性剂的________越强。
答案：表面活性4. 表面化学中的Langmuir吸附等温线描述了在一定温度下，吸附量与吸附质的平衡压力之间的关系，当吸附达到饱和时，吸附量与压力的关系呈________。
答案：线性5. 表面化学中的Zisman方程用于描述固体表面的临界表面张力，该方程的斜率与固体表面的________有关。
答案：极性三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述表面化学在工业生产中的应用。
答案：表面化学在工业生产中的应用非常广泛，例如在涂料工业中，通过控制表面张力来改善涂料的流平性和附着力；在石油工业中，通过降低油水界面的表面张力来提高原油的采收率；在纺织工业中，利用表面活性剂改善纤维的润湿性和染色均匀性；在医药领域，通过控制药物的表面性质来提高其生物利用度等。
物理化学第八章表面
物理化学第八章表面一、表面化学的概念表面化学是研究发生在固体表面或液体表面的化学现象的科学。
在处理和制备材料、开发新工艺、研究反应机理以及在工业生产和实验室研究中，常常涉及到表面化学问题。
二、表面张力表面张力是液体表面分子之间的相互吸引力，是液体内部分子之间的相互排斥力。
其大小可以用表面张力系数γ表示。
三、弯曲液面的附加压力由于液面是弯曲的，所以液体在表面层内不仅要承受重力等一般压力，还要承受由于液面弯曲而产生的附加压力。
表面层内任一点上总压力与一般压力之差即为附加压力。
四、润湿现象润湿是指液体与固体接触时，液体会延固体表面铺展开来，这种现象叫做润湿现象。
润湿现象的产生与液体和固体的种类及它们之间的相互作用有关。
不同液体在不同固体表面上发生不同的润湿现象。
五、接触角和粘附功接触角是指液体在固体表面上附着时形成的液体-气体-固体三相交界处的切角。
接触角的大小反映了液体对固体表面的润湿程度。
粘附功是指液体润湿固体表面时，由润湿而在界面上产生的附加压力，其大小可用下式表示：W=2γcosθ(1-cosθ)其中γ为表面张力系数，θ为接触角。
六、降低表面张力的方法1、添加表面活性剂：表面活性剂可以显著地降低溶液的表面张力，并具有很好的润湿和乳化能力。
2、温度升高：温度升高可以增加分子的热运动，从而降低表面张力。
3、改变固体表面的性质：通过改变固体表面的性质（如通过化学吸附或物理吸附），可以降低表面张力。
七、应用表面化学的方法制备微纳米材料通过使用表面化学的方法，可以在固体表面上制备出各种微纳米材料。
例如，通过使用表面活性剂可以制备出纳米颗粒和纳米膜等材料。
通过使用分子束外延等方法可以在固体表面上制备出单层或多层原子膜。
这些技术在材料科学、电子学和生物学等领域中有着广泛的应用。
物理化学第十三章表面物理化学物理化学是化学的一个重要分支，它涉及到分子间的相互作用、物质的结构和性质以及它们之间的转化。
在物理化学的学习中，第十三章的内容是表面物理化学，它主要研究的是液体和气体界面上的分子相互作用和物理现象。
表面物理化学习题和答案
一、选择题1. 下列说法中不正确的是：( C )(A) 生成的新鲜液面都有表面张力(B) 平面液体没有附加压力(C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心(D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心2.水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ）(A)(A) 大于零 (B) 小于零(C) 等于零 (D) 无法确定3.一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水的表面张力为 N·m-1。
如用这个 U 型管装上水来测量压力，将引入的误差为： ( B )(A) 72 Pa(B) 192 Pa(C) 96 Pa(D) 288 Pa4.低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进行催化转化反应, 其机理为：A(g) ＋ K A K ─→ B(g) ＋ K第一步是快平衡, 第二步是速控步, 则该反应表观为几级 ( B )(A) 零级 (B) 一级(C) 二级 (D) 无级数5 . 表面过程中ΔG（表面）= -W'的充要条件除了等温等压外，还有：( D )A，不做其它功； B，热力学可逆； C，组成不变； D，是B和C。
6. 物质表面张力的值与：( C )A，温度无关； B，压力无关； C，表面大小无关； D，另一相物质无关。
7. 以P平、P凸、P凹分别表示平面、凸面、凹面液体上的饱和蒸汽压，三者关系为：( B ) A，P平>P凹>P凸； B，P凸>P平>P凹；C，P凸>P凹>P平； D，三者相同。
8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D )A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致；B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小；C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大；D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B )A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A )A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。
第八章表面化学及胶体化学课后习题答案
第八章 表面化学与胶体化学习 题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-1O H m mN 75.722⋅=σ。
（答案：9.15×10-4J ）解： 一滴大水滴可分散成N 个小水滴：323132313434r r r r N ==ππ小水滴的面积为： 2312244r r r N ππ=⨯，大水滴的面积为： 4π21r面积增加倍数为：9991444212121231=-=-r r r r r r πππ J 10133.9)101101101(41075.72)44(4669321231s s -----⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=∆⋅=∆πππσσr r r A G2．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：2.625×10-3 mol ·dm -3）解：根据开尔文公式 ：rRT M c c 12ln0⋅=ρσ，将数值代入，得： -1338330L mol 10625.2109.54449.04449.0105.0115.298314.8156610168107.252ln ⋅⨯=⨯⨯=∴=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----c c c3．373 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：99.89kPa ）解：气泡为凹面，且r = 0.5×10-7mkPa89.999858.0325.101)01427.0exp(01427.0105.01373314.84.9581018109.58212ln 0r 7330r =⨯=-⋅=∴-=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=---p p r RT M p p ρσ 因p r < p 外，故不能蒸发出直径为1×10-7m 的气泡。
第八章表面化学完整版
汞
484103
水/汞
375103
四、影响表面吉布斯能的因素
2. 温度 升高温度 分子的动能增加 分子间的相互作用力减弱 同时升高温度 使两相之间的密度差减小。 以此多数液体物质，温度升高，物质的表面张力下降。
热力学解释：
S
A T ,p,nB
T A,p,nB
表面积增大 表面熵增大根据公式， 0
ln
pr * p*
=
2s M r RT r
此式即开尔文公式。
二、曲面的蒸气压
根据开尔文公式可以得知：
液面的弯曲度越大即曲率半径越小，其蒸气压相对正 常蒸气压变化越大。
对于凸液面的液体（如小液滴），r > 0，其蒸气压大 于正常蒸气压，曲率半径越小，蒸气压越大。
有凹液面的液体（如玻璃毛细管中水的液面），r < 0， 其蒸气压小于正常蒸气压，曲率半径的绝对值越小，蒸 气压越小。
当液体蒸气的分压已经大 于液体正常蒸气压，但对于将 要形成的微小新相颗粒来说仍 未饱和，故不可能凝聚。
三、 亚稳状态和新相的生成
（三）过冷液体（super-cooling liquid）
低于凝固点而不析出晶体的液体就是过冷液体。过冷液体 的产生同样是由于新生相微粒具有较高蒸气压所致。
正常情况物质的熔点在液体蒸 气压曲线OC和固体的蒸气压曲线 OA的交点O处，微小晶体的蒸气 压高于正常值（相图中的虚线）， 其蒸气压曲线和液体蒸气压曲线 OC的延长线交于D，D点是微小晶 体的熔点。
4 r3
分割后的液滴数目 n1
3
4 3
r1 3
103
分割后液滴的表面积 A1 = n1 4 r12 = 10×4 r2
分割前后液滴表面积之比
《物理化学》习题答案
＊※习题23
P25
试求算2mol 100℃、4×104pa的水蒸气变成100℃及pθ的水时，此过程 的ΔU和ΔH。设水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计。已知水的 摩尔汽化热为40．67kJ· mol-1。
解：上述过程可分为下面两个过程
C2H5OH（l）+3O2(g)=2 CO2(g)+3 H2O（l）
ΔcHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△fHθm(C2H5OH，l ) ΔfHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△cHθm(C2H5OH，l)
解：∵ 所求方程 =（2）－（1） ∴ΔtrsHmθ=ΔrHmθ（2）－ΔrHmθ（1） =－393.5－(－395.4) = 1.9 kJ· mol－1
※ 习题43 P40 利用标准mol生成焓数据，计算下列反应的△rHθ
(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s) (2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
《物 理 化 学》习题答案
（水121~4）
P17
第一章 热力学第一定律
习题9 计算lmol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积 为25dm3，终态体积为lOOdm3，始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀； (2)在外压力恒定为气体终态的压力下膨胀；
(3)先在外压力恒定为体积等于50dm3时的气体的平衡压力下膨胀，当膨胀 到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压力等于lOOdm3时气体的平衡 压力下膨胀； (4)等温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功，比较的结果说明了什么问题? 解：（1）由于p(外）= 0，W = 0；
第八章：表面物理化学 习题解答
第8章 表面物理化学8-1解：（1） 1901033-⨯==m rS (2) 36301004.13.95810m mV --⨯===ρ(3) 30034r V π=m r 331601029.6)14.341004.13(--⨯=⨯⨯⨯=)44(202r r N A W ππσσ-=∆=J 161])1029.6()10(1048.2[05160.014.34232920=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=--8－2解：J A W 074.01074.0=⨯=∆=σQ = 0.04J∆U ＝ Q ＋W ＝0.04+0.074 = 0.114J ∆G = W = 0.074J∆H = ∆G + T ∆S = W + Q = 0.114J8-3解：因该液体能很好的润湿玻璃，所以弯曲液面的曲率半径和毛细管的半径在数值上相等：gh gh rP l g l ρρρσ≈-==∆)(2 140238.021046.2025.08.97902--⋅=⨯⨯⨯⨯==m N ghrl ρσ)(1019.4)10(14.33434327393m r V --⨯=⨯⨯=='π)(1049.21019.41004.1202760个⨯=⨯⨯='=--V V N mol J /1041.128304.04-⨯=＝＝△T Q S r8－4解： 00105.0)101(298314.81000018.0072.022ln 6*0*=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-RTr M P P r ρσPa P r 3171*=8-5解：(1) 00125.0)105(373314.83.958018.00516.022101325ln 7*-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯==-RTr M P r ρσPa P r 4.101198*= (2) 当时，液体沸腾，设沸点为T ，则 )13731(314.840500101325307725ln T-=K T 7.407= C T o 5.342.3737.407=-=∆8-6解：C dCd 74104105--⨯+⨯-=σ37410)500104105(298314.8500---⨯⨯⨯+⨯-⨯-=-=ΓdCd RT C σ281005.6--⋅⨯=m m ol8-7解： 5.4ln 2ln *0*==RTrMP P r ρσm RT M r 91040.15.4ln 293314.8877078.00289.025.4ln 2-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==ρσ每个小液滴的质量为 kg r V m 233931001.1877)104.1(14.33434--⨯=⨯⨯⨯⨯===ρπρ 每个小液滴含苯的分子数为个7810023.610781001.123323=⨯⨯⨯⨯===--L M m nL N Pa r P r30772510106.514101325210132563*=⨯⨯-+=+=--σpnk lg 1lg lg +=Γ 8-8解： (1 )mm Pb P Γ+Γ=Γ1m m b Γ+Γ=⨯-535101105.210 m m b Γ+Γ=⨯-636101102.410 解方程组得 130045.0-⋅=Γkgdm m 151025.1--⨯=Pa b ( 2 )211=+=ΓΓbP bP m Pa b P 800001025.1115=⨯==- 8-9解：从上图看，吸附量随压力的变化趋势符合书上图11－2（a ），而Langmuir 吸附定温式能很好的符合图11－2（a ）的情况，Freundlich 定温式只是在中等压力范围内适用于 图11－2（a ）的情况，而且只是一个经验式，所以对于该题Langmuir 定温式更适用。
工科化学第八章总结和课后答案~强亮生版
第八章 表面化学教学内容1．表面吉布斯函数与表面张力； 2．吸附作用； 3．表面活性物质 ；4．溶胶的稳定性与聚沉；5．摩擦与润滑教学要求了解物质表面状态与表面分子的特性；理解表面吉布斯函数变和表面张力的概念并用来解释润湿、增溶、乳化、起泡等现象；了解物理吸附与化学吸附的概念及其作用本质；了解影响吸附作用的因素及吸附剂的应用；了解表面活性剂的概念、分类、性质及作用；了解溶胶相对稳定的原因及溶胶的主要特性；了解润滑与摩擦的作用。
知识点与考核点1． 表面吉布斯函数变（G ∆）表面吉布斯函数增量，ΔA σΔG ⋅=，数值等于形成新表面时环境对体系所做的功（J·m –2），2．比表面吉布斯函数（σ）指定温度和压力条件下，形成单位．．新表面时环境对体系所做的功（J·m –2） 3．表面张力（σ）垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力（单位 N·m –1）。
表面张力的影响因素：①组成，②温度，③压力，④第二相组成。
4．表面现象表面自发缩小(↓ΔA )；表面（界面）张力自发降低(↓σ)的现象。
液体可以通过缩小表面积或降低表面张力两种途径来降低表面吉布斯函数；而固体只能通过吸附的方式来降低表面吉布斯函数。
5．吸附物质的界面吸引周围物质的质点，而使其暂时停留的现象。
6．表面活性剂能显著降低液体表面（界面）张力的物质。
7．表面活性剂的结构特点两端分别由极性基（如–OH 、 –COOH 、 –NH 2）和非极性基（烃基）组成的结构不对称的有机化合物，结构特点是具有既亲水又亲“油”的“双亲性”。
8．表面活性剂的性质① 表面吸附：由于表面活性剂的“双亲性”的结构特点和相似相容原理，表面活性基的极性基团留在水中，而非极性部分伸出水面，形成吸附层。
该吸附层使溶液的表面张力大大降低。
由于在表面上的表面活性剂比溶液本体的浓度大，所以是正吸附。
②形成胶束：当溶液的表面被表面活性剂占满后，为减少与极性的水分子之间的斥力，表面活性剂分子只能在溶液中形成胶团，表面活性剂在溶液中形成胶团时的最低浓度称为临界胶团浓度（CMC ）。
表面物理化学答案
表面态：是指与体相能级不同的那些定域的表面电子能级。 表面分子：在某一方面具有活性的微观表面原子或原子基团。
表面位置模型和表面态模型的应用范围
一般说，在处理半导体时，按表面态和刚性能带模
型来描述表面是最有效的。
揭示表面分子和刚针表面光伏技术
h
暗态
图 3. 双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一 侧受光照射，两侧表面势垒高度(Vs)的变化。
00:14 16
利用表面光电压谱测量材料的禁带宽度 起峰位的波长对应禁带宽度 例如起峰位是400nm 则禁带宽度为1124/400=2.81eV.
起峰位用做切线的方法确定，如下图所示。
化学性质：固体表面的化学性质也取决于表面双电层。在一个反 应中，参与反应的电子数受双电层的控制，在吸附问题上，当吸 附的粒子为负粒子时，由于静电排斥，所形成的双电层将使靠近 表面处的电子密度减少，降低进一步吸附的速率及吸附能。
什么是空间电荷层，指出偶电层和空间电荷层的区 别？ 在靠近表面处，具有不可移动电荷的区域，由于空 间电荷的存在，此区域的载流子耗尽，因此也称耗 尽层。
什么是leiws酸位、Bronsted酸位，它们在什么条件 下可以互相转换？
说明外来粒子在半导体表面上离子型吸附和 供价型吸附的不同？
什么是偶电层，它对固体表面的电学性质和化学性 质有什么影响？
定义：两相接触到一定距离时，由于两相的feimi能级的不同，两 相间会有电荷交换，形成一个具有一定厚度的电荷不均匀区，称 为偶电层。 电学性质：双电层的形成表示将电荷注入半导体能带或从中抽出， 因此载流子密度受双电层的影响改变很大，同时还有固体的功函 等都直接受其影响。还有半导体的光电响应的影响，双电层影响 光生电子空穴对的分离与扩散，表面处的双电层对复合率有决定 行的影响。
物理化学课后习题解答
第8章 表面和胶体化学习题解答1. 若一球形液膜的直径为2×10-3 m ，比表面自由能为0.7 J·m -2，则其所受的附加压力是多少？ 解：球形液膜 3440.7 kPa2.8 kPa 210/2p r γ-⨯∆===⨯ 2. 若水在293 K 时的表面张力为72.75×10-3 N·m -1，则当把水分散成半径为10-5 m 的小液滴时，曲面下的附加压力为多少？ 解：3452272.7510 Pa 1.4510 Pa 10p r γ--⨯⨯∆===⨯ 3. 在293 K 时把半径1 mm 的水滴分散成半径为1 µm 的小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少需做多少功？已知水的表面张力为72.75×10-3 N·m -1。
解：设半径1 mm 水滴的表面积为A 1，体积为：V 1，半径为：R 1；半径1 µm 水滴的表面积为A 2，体积为：V 2，半径为：R 2；N 为小水滴的个数。
33121244 , 33V NV R N R ππ== 33912 1 mm 101 μm R N R ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 229222114 1 μm 1010004 1 mm A N R A R ππ⨯⎛⎫=== ⎪⎝⎭ 12221440.07288 N m 4()=9.14510 N m 9.14510 JA G dA NR R γπ---∆==⋅⨯-⨯⋅=⨯49.14510 J A W G -=-∆=-⨯ 4. 在298 K ，101.325 kPa 下，将直径为1 µm 的毛细管插入水中，问管内需加多大压力才能防止水面上升？若不加额外压力，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 -1，水的密度为1000 kg·m -3，设接触角为0o ，重力加速度为9.8 m·s -2。
第八章表面化学习题解答
第八章表面化学思考题一、 是非题（判断下列说法是否正确，并说明理由）1•错 2.对 3.错 4.对 5.对6.对7.对 二、 选择题1. A2. B3. C4. D 5 .A 6. C 7. D 8. B 三、 填空题1. 双亲，强。
2. r = r m bp/（!+bp ），最大吸附量， p ,i/b r m , 1/ r m 。
3. 反比，正比。
4. <, < , <。
习题解答1.在293 K 及常压下，将半径为 1.00cm 的水滴分散成半径为 1.00um （10-6m ）微滴，需要做多 大的功？解：根据题意，半径为 1.00cm 的水滴分散成半径为1.00 um (10-6m )微滴的个数为N = (r 1斤2)3 = (10-2/10-6)3= 1012 个△ A = NA 2 - A 1 = 1012 X 4xnx( 10-6) 2 - 4 xnx ( 10-2) 22=4xnx( 1-0.0001 ) m根据表面功的定义 W = 必A = 0.0728N m -1X 4xnx( 1-0.0001 ) m 2 =0.9143J2. 已知293K 时水的表面张力为0.0728N m -1，如果把水分散成小水珠。
试计算当水珠半径分别 为 1.00 X 0-3、1.00 X 0-4、 1.00 X 0-5cm解：根据开尔文公式r =1.1136时，曲面下的附加压力为多少?解：根据附加压力与半径的关系 dr3. r = 1.00 X 0-3 cm 时-4r = 1.00 X cm 时 r =1.00 X 0-5 cm 时X 0.0728N X 0.0728N X 0.0728N -1 m /1.00-1m /1.00 -1 m /1.00 -5 -6X X -7 m = 1.456m = 1.456 m = 1.45610<N.m -25 -21X N.m10^N.m -2 已知293K 时水的饱和蒸汽压为 32.34 X 0 Pa ,求半径为 1.00X 0-8m 的小水滴的蒸汽压是多少? P 02M二 「RT2 0.0728N m^ 18 10‘kg mol ，1000kg 刖 8.314J k 「mod 293K 1.00 "^①076P op；=1.1136 2340Pa =2606Pa4.若水中只含有半径为 1.00 >0-3mm 的空气泡，求水开始沸腾时的温度 T 为多少？已知100C以上水的表面张力为 0.0589N m -1，汽化热为40.7KJ mol -1.。
物理化学—表面化学练习题及参考答案(1)
表面1A一、选择题1. 某有机物水溶液浓度为3.0 mol·m-3，在300 K时，则表面超额为：（）(A) 0.01 mol·m-2 (B) 0.02 mol·m-2(C) 1.0×10-5 mol·m-2 (D) 1×10-7 mol·m-22. 已知400 K 时，汞的饱和蒸气压为p0，密度为，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+ 2/R'(B) ln(p/p0) =Vap H m(1/T0- 1/T)/R(C) RT ln(p/p0) = 2M/ Ｒ'(D) p = nRT/V3. 有两根半径相同的玻璃毛细管插入水中，水面上升高度为h，其中一根在 1/2h处使其弯曲向下，试问水在此毛细管端的行为是： ( )(A) 水从毛细管端滴下(B) 毛细管端水面呈凸形弯月面(C) 毛细管端水面呈凹形弯月面(D) 毛细管端水面呈水平面4. BET 吸附等温式中V m为： ( )(A) 饱和吸附量 (B) 平衡吸附量(C) 铺满第一层的吸附量 (D) 常数，无物理意义5. 气体在固体表面上发生等温吸附过程, 熵如何变化? ( )(A) S＞ 0 (B) S＜ 0(C) S＝ 0 (D) S≥ 06. 气固相反应 CaCO3(s)CaO(s) + CO2(g) 已达平衡。
在其它条件不变的情况下，若把CaCO3(s) 的颗粒变得极小，则平衡将： ( )(A) 向左移动 (B) 向右移动(C) 不移动 (D) 来回不定移动7. 一个U 型管的两臂直径不同，一端为1×10-3 m，另一端为3×10-3m，水的表面张力为0.072 N·m-1。
如用这个U 型管装上水来测量压力，将引入的误差为： ( )(A) 72 Pa (B) 192 Pa(C) 96 Pa (D) 288 Pa8. 兰缪尔的吸附等温式为 = ∞bp/(1+bp)，其中∞为饱和吸附量，b为吸附系数。
界面化学基础习题参考答案
界面化学基础习题参考答案 第一章 1．一个小水滴的体积 V
2 其特点是一级微商 和二级微商 2 皆为负值且服从特劳贝规则。第三类曲线的特点是：溶液表 c c
面张力在低浓度时急剧下降，很快达最低点，随后溶液表面张力随浓度变化趋于缓慢，逐渐趋于一个稳定 值，这类曲线对特劳贝规则适用，其另一特点是，降低溶液表面张力的有效值和效率（cmc）都较高（cmc 小） 。 2．加入溶质后使溶液表面张力降低的性质叫表面活性，用 解答） 。
1 dr ，当加入表面活性物质后， , 0 为正吸附，反之，则为负吸附。 RT d ln c
d RTd ln a Ad
RT ln a
A
1 1 dr 代入得 RT d ln a
公式导出过程如下
dU TdS pdV dA i dni dU TdS pdV dA i dni SdT Vdp Ad ni di
1 mol 甲醇的体积为 32/0.8=40cm3 每个甲醇分子的半径为
40 3 3 8 r cm 2.5110 cm 23 4 6.02 10
1 cm3 的表面积 S=
1
3 1.2 108 cm2 1.2 104 m2 r
1
总表面积 S’=4.8×105m2 ΔG=4.8×105×22.05×10-3·J·m-2 =1.06×104J·m-2 9．不能。因为当水沿毛细管上升到管口时，曲率将发生变化，直到曲率半径增加到附加压力与毛细上升的 静水压相等时，液面停止上升，可见，当水上升到弯管的最高点时，便停止变化。 10． p
表面物理化学答案
用固体中存在能带这一观点改造过的表面位置模型，
或用局部化学过程改造过的表面态模型就可以解释这 些特征。单纯用一种模型完全满意地描述表面性能的 场合成实是很少的。
2019/9/9
2
详细说明固体表面可能成键的类型、性质和键能数 量级？
电学性质：双电层的形成表示将电荷注入半导体能带或从中抽出， 因此载流子密度受双电层的影响改变很大，同时还有固体的功函 等都直接受其影响。还有半导体的光电响应的影响，双电层影响 光生电子空穴对的分离与扩散，表面处的双电层对复合率有决定 行的影响。
化学性质：固体表面的化学性质也取决于表面双电层。在一个反 应中，参与反应的电子数受电排斥，所形成的双电层将使靠近 表面处的电子密度减少，降低进一步吸附的速率及吸附能。
什么是空间电荷层，指出偶电层和空间电荷层的区 别？
在靠近表面处，具有不可移动电荷的区域，由于空 间电荷的存在，此区域的载流子耗尽，因此也称耗 尽层。
空间电荷区与带有异性电荷的表面或空间电荷层组 成偶电层 。
什么是耗尽层？什么是反型层？什么是累积层？说 明它们的形成原因及对固体表面的影响。
多数载流子耗尽的空间电荷层称为耗 尽层。 多数载流子堆积的空间电荷区称为累 积层。 少数载流子堆积的空间电荷层称为反 型层。
什么是表面态，什么是表面分子，他们的相互关系 及各自试用的场合？
表面态：是指与体相能级不同的那些定域的表面电子能级。 表面分子：在某一方面具有活性的微观表面原子或原子基团。
表面位置模型和表面态模型的应用范围
一般说，在处理半导体时，按表面态和刚性能带模
型来描述表面是最有效的。
揭示表面分子和刚性能带这两种模型的对比关系和部分
物理化学：第8版第八章 表面化学
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22
单选题：下列叙述不正确的是 (A) 比表面自由能的物理意义是，在等温等压下， 可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的 增量 ； (B) 表面张力的物理意义是，在相表面上，垂直 作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力 ； (C) 比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不 同； (D) 比表面自由能单位为J·m-2，表面张力单位为
与之平衡。
外压为大气压 pg ，附加压
△p
力为 p ，液滴所受总压
为：pg + p
pg
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31
Young-Laplace公式的推导（自学）
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p 环境所作的功:
p dV
rr+dr
表面吉布斯能增加： sdA
第八章 表面化学
Chap.8 Surface Chemistry
主要内容：
计划课时：6
第一节 比表面和表面吉布斯能（重点） 第二节 弯曲表面下的附加压力和蒸气压（难点） 第四节 溶液的表面吸附（重点） 第六节 表面活性剂 第七节 气体在固体表面的吸附
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1
自学： P.254 Young-Laplace公式的推导； P.255曲面蒸气压Kelvin公式的推导 285 第八节 固体在溶液中的吸附（实验） 不要求： P.252 四 表面的热力学关系式， P.258第三节 铺展与润湿 P.283 Langmuir吸附等温式的推导
=5.923×10-6（J）
小汞滴的个数为：
G2=
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物理化学 表面张力 动力学习题附答案
物理化学第8、9、10章习题一、选择题1.下面关于的物理意义中不正确的是（ C ）A.σ是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面上单位长度线段上的紧缩力。
B.σ是恒温，恒压下可以可逆的增加单元表面积所需的非体积功。
C.σ是在一定的温度，压力下，单位表面积中的分子所具有G i bb s 函数值。
D.σ是恒温，恒压下增加单位表面所引起的系统Gi bb s 函数值。
2、均相反应aA+bB=lL+mM 以A ν及B ν分别表示A 和B 的消耗速率，L ν为产物L 的生成速率，今若A ν/B ν=0.5，B ν/L ν=0.5，则a: b ：l = ( D ) A 4:2:1 B 1:1:1 C 1:2:2 D 1:2:43、在三通活塞两端涂上肥皂液，关闭右端，在左端吹一大泡，关闭左端，在右端吹一小泡，然后打开活塞使左右端相通，将会出现什么现象。
（ B ） A.大泡变小，小泡变大 B.小泡变小，大泡变大 C.两泡大小保持不变 D.不能确定4、已知某气相反应 ，在25℃时的k 1和k -1分别是0.2S -1和3.938×10-3Pa/s,在35℃时正逆反应的速率常数k 1和k -1均增加为原来的2倍，则25℃时的平衡常数Kc 为（ B ），正反应的活化能为（ ）A 7.896610-⨯Pa 53kJ/mol -1B 5.066410⨯Pa 53kJ/mol -1C 7.896610-⨯Pa -53kJ/mol -1D 5.066410⨯Pa -53kJ/mol -1 5、若一球形液膜的直径为2×10-3m ，比表面自由能为0.7J·m -2，则其所受的附加压力是（ C ）A 5.6 kPaB 1.4 kPaC 2.8 kPaD 2.8 Pa6、环氧乙烷的分解是一级反应，380℃的半衰期为363 min ，反应的活化能为217.57 kJ·mol -1。
试求该反应在450℃条件下完成75%所需时间为（ B ） A 7.5min B 15min C 45 min D 80 min7、已知水的表面张力σ/N·m -1=0.1139-1.4410-⨯T/K ，试中T 为绝对温度，在恒温283K 及恒压θp 下，可逆地使水的表面积增加1210-⨯m 2时所必须做的功为（ C ）, 过程中系统的△S=( )A 7.428×210-J 1.4410-⨯ J/KB 7.428×210-J 1.4×610-J/KC 7.428×410-J 1.4×610-J/KD 7.428×210-J 1.4410-⨯ J/K8、反应222HI H I →+，在无催化剂存在时，其活化能E a (非催化) = 184.1 kJ·mol -1；在以Au 作催化剂时，反应的活化能E a (催化) = 104.6 kJ·mol -1。
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第八章 表面化学思 考 题一、是非题（判断下列说法是否正确，并说明理由）1. 错2. 对3. 错4. 对5. 对6. 对7. 对 二、选择题1. A2. B3. C4. D 5 .A 6. C 7. D 8. B 三、填空题1. 双亲，强。
2. Γ=Γm bp/(!+bp)，最大吸附量，p,1/b Γm ，1/Γm 。
3. 反比，正比。
4. <，<，<。
习 题 解 答1. 在293Ｋ及常压下，将半径为1.00cm 的水滴分散成半径为1.00μm （10-6m ）微滴，需要做多大的功？解：根据题意，半径为1.00cm 的水滴分散成半径为1.00μm （10-6m ）微滴的个数为 N = (r 1/r 2)3 = (10-2/10-6)3= 1012个△A = NA 2 – A 1 = 1012×4×∏×（10-6）2 - 4×∏×（10-2）2 = 4×∏×（1-0.0001）m 2根据表面功的定义 W = σ△A = 0.0728N·m -1×4×∏×（1-0.0001）m 2 = 0.9143J2. 已知293K 时水的表面张力为0.0728N·m -1，如果把水分散成小水珠。
试计算当水珠半径分别为1.00×10-3、1.00×10-4、1.00×10-5cm 时，曲面下的附加压力为多少？解：根据附加压力与半径的关系 △p = 2σ/r当r = 1.00×10-3 cm 时 △p = 2×0.0728N·m -1/1.00×10-5 m = 1.456×104N.m -2 当r = 1.00×10-4 cm 时 △p = 2×0.0728N·m -1/1.00×10-6 m = 1.456×105N.m -2 当r = 1.00×10-5 cm 时 △p = 2×0.0728N·m -1/1.00×10-7 m = 1.456×106N.m -23. 已知293K 时水的饱和蒸汽压为2.34×103Pa ，求半径为1.00×10-8m 的小水滴的蒸汽压是多少？ 解：根据开尔文公式rRT M p p r 12ln*0*ρσ=1076.01000.1293314.8100010180728.022ln 8113131*0*=⨯⨯⨯⋅⋅⨯⋅⋅⨯⨯⋅⨯==-------mK mol k J m kg mol kg m N RTr M p p rρσ1136.1*0*=p p rPa Pa p r260623401136.1*=⨯=4. 若水中只含有半径为1.00×10-3mm 的空气泡，求水开始沸腾时的温度T 为多少？已知100℃以上水的表面张力为0.0589N·m -1，汽化热为40.7KJ·mol -1.。
解：根据题意，空气泡要到达液面，必须克服的外压为p 外 = p 0 + △p = 101.325kPa + 2σ/r = 101.325kPa + 2σ/r = 101.325kPa +2×0.0589N·m -1/1.00×10-6 m = 101.325kPa +117.8kPa = 219.125kPa 根据克-克方程 )11(ln00TT R H p p -∆=)13731(314.840700125.103125.219lnT-=解之得 T = 395.72K5. 在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒，使气温迅速降至298K ，此时水蒸气发生过饱和，若过饱和度（p/p 0）为4。
试计算（1）此时，刚开始形成雨滴的半径是多少？（2）每一滴雨滴中含有多少水分子？解：(1)根据Kelvin 公式，求在此饱和蒸气压时液滴的半径：4ln 12ln *0*==r RT M p p r ρσ4ln 298314.8100010180715.024ln 2113131⨯⨯⋅⋅⨯⋅⋅⨯⨯⋅⨯==------k mol k J m kg mol kg m N RT M r ρσ =7.49 ×10-10ｍ (2) 59.1018/10023.6.1000)1049.7(14.334/341323333103=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∏=----mol kg m kg m ML r N ρ6. 在干旱的气候时，若白天空气相对湿度为56%（相对湿度=水蒸气压力/饱和蒸汽压）。
设白天温度为35℃，饱和蒸汽压为5.62×103Pa ，夜间温度为25℃，饱和蒸汽压为3.17×103Pa 。
求空气中的水分夜间能否凝结为露珠？若土壤毛细管的直径为0.1μm ，是否会在土壤中凝结？设水对土壤完全润湿，25℃时水的表面张力为0.0715N·m -1，水的密度ρ为1g·cm -3。
解：根据题意，白天水的蒸汽压力p = p 饱×56% = 5.62×103Pa×56% = 3.15×103Pa （1）在夜间相对湿度3.15×103Pa/3.17×103Pa = 0.9937 根据Kelvin 公式rRT M p p r 12ln*0*ρσ=,凝结为水珠的半径为负，则空气中的水分夜间不能凝结为露珠。
（2）水对土壤完全润湿，水土壤毛细管中形成的界面为凹液面，液面上的蒸汽压01039.01000.1298314.8100010180715.022ln 7113131*0*-=⨯⨯⨯⋅⋅⨯⋅⋅⨯⨯⋅⨯-==-------m K mol k J m kg mol kg m N RTr M p p r ρσ 解之得 p = = 3.14×103Pa < 3.17×103Pa ，即水汽可以在土壤中凝结。
7. 298K 时，乙醇水溶液的表面张力σ(N·m -1)与浓度c(mol·dm -3)的关系为： σ=0.072－5×10-7c+2×10-7c 2,试计算浓度为0.5mol·dm -3时乙醇的吸附量为多少？解：根据 Gibbs 吸附公式T cRT c )(∂∂-=Γσ 其中 c cT 45104105)(--⨯+⨯-=∂∂σ则浓度为0.5mol·dm -3时乙醇的吸附量).5.0104105(298.314.8.5.0)(377113------⨯⨯+⨯-⨯⨯-=∂∂-=Γdm mol KK mol J dm mol c RT c T σ =6.05×10-7 mol.m -28. 在292K 时，丁酸水溶液的表面张力及浓度的关系可表达为： σ=σ0－Aln(1+Bc),其中σ0是纯水的表面张力，c 为丁酸的浓度，A 与B 是常数。
（1）试求出此溶液表面吸附量Γ与浓度c 的关系。
（2）已知A=0.0131N·m -1，B=19.62dm 3mol -1，试求丁酸浓度为0.20mol·dm -3时的吸附量Γ应为多少？（3）丁酸在溶液表面的饱和吸附量Γ∞为多少？（4）若饱和吸附时表面全部被丁酸分子占据，求一个丁酸分子的截面积。
解：（1）根据σ=σ0－Aln(1+Bc)可得BcABc T +-=∂∂1)(σ 则 )1()(Bc RT ABcc RT c T +=∂∂-=Γσ （2）丁酸浓度为0.20mol·dm -3时2631331131331.1030.4).2001062.191(292.314.8.200.1062.19.0131.0)1(-----------⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+=Γm mol m mol mol m K K mol J m mol mol m m N Bc RT ABc （3）当c 很大时，1+Bc ≈Bc,，则26111.1040.5292.314.8.0131.0-----∞⨯=⨯==Γ=Γm mol KK mol J m N RT A （4）一个丁酸分子的截面积 A =(Γ∞L )-1= (5.40×10-6×6.023×1023 )-1 = 3.1×10-19m 29. 在-192.4℃时，用硅胶吸附N 2气，不同平衡压力下，每克硅胶吸附N 2的标准状态体积如下。
已知在－192.4℃时，N 2的饱和蒸汽压为1.47×105Pa ，N 2分子截面积为0.1620nm 2。
试用BET 公式求硅胶的比表面。
p/104Pa 0.889 1.393 2.062 2.773 3.377 3.730 3解：N 2气在硅胶上的吸附为多分层吸附，BET 公式的直线式为011)(p pC V C C V p p V p m m -+=- 若以00)(p pp p V p 对-作图，斜率是 CV C V C m m 11截距是-。
有关数据如下表：[103p/V(p 0-p)] /cm -3 1.919 2.863 4.099 5.456 6.675 7.405 102p/p 06.0489.47614.318.8622.9725.37解得斜率为2.831×10-2cm -3，截距为1.706×10-4cm -3，相关系数r = 0.9998。
即 截距斜率+=1m V =35.11cm 3mLA V S m m 0224.00==153m 2.g -110. 90K 时用云母吸附CO ，不同平衡分压力P 下被吸附气体的标准状态体积如下.（1）Langmuir 等温式和Freundlich 等温式中哪一个更适合些？（2）若符合Langmuir 吸附等温式，b 值是多少？（3）样品总表面积为6.2×103cm 2，试计算每个吸附质分子的截面积为多少？p/104Pa 1.33 2.67 4.00 5.33 6.67 8.00 V/cm 30.1300.1500.1620.1660.1750.180解：（1）将题给数据整理如下表 p/104Pa 1.33 2.67 4.00 5.33 6.67 8.00 p/V/104Pa.cm -3 10.2 17.8 24.7 32.1 38.1 44.4 ln(V/cm 3) -2.04 -1.90 -1.82 -1.80 -1.74 -1.72 ln (p/Pa)9.5010.210.610.911.111.3以p/V – p 作图，r L = 0.9992;以lnV –lnp 作图，r F = 0.996,所以符合Langmuir 方程。