界面化学思考题答案(1)
界面与胶体化学复习题及答案
习题11. 一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，以下性质保持不变的有：(A)表面能(B)表面张力(C)比表面(D)液面下的附加压力2.在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：(A)向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)左右来回移动3.在298 K下，将液体水分散成小液滴，其热力学能：(A) 增加 (B)降低(C) 不变 (D)无法判定4.在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大?(A)冰的大 (B)水的大(C)一样大 (D)无法比较5.在临界温度时，纯液体的表面张力(A) 大于零 (B)小于零(C)等于零 (D)无法确定6.在 298 K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液在毛细管中上升1.0×10-2m，若用相同的毛细管来测 B液，设接触角相等，B液将会升高：(A) 2×10-2m(B) 1/2×10-2m(C) 1/4×10-2m(D) 4.0×10-2m7.下列说法中不正确的是：(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8.微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？(A)微小晶体的饱和蒸气压大(B)微小晶体的溶解度大(C)微小晶体的熔点较低(D)微小晶体的溶解度较小9.在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：(A)水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管内一定高度(C)水进入毛细管并达到管的另一端(D)水进入毛细管并从另一端滴出10.同外压恒温下，微小液滴的蒸气压比平面液体的蒸气压：(A) 大(B) 一样(C) 小(D) 不定11.用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多?(A)水的多 (B)苯的多(C)一样多 (D)随温度而改变12. 25℃时，一稀的肥皂液的表面张力为0.0232 N·m-1，一个长短半轴分别为0.8 cm和0.3 cm的肥皂泡的附加压力为：(A) 5.8 Pa (B) 15.5 Pa(C) 18.4 Pa (D) 36.7 Pa13.已知 293 K时，水-辛醇的界面张力为 0.009 N·m-1，水-汞的界面张力为0.375 N·m-1，汞-辛醇的界面张力为 0.348 N·m-1，故可以断定：(A)辛醇不能在水－汞界面上铺展开(B)辛醇可以在水－汞界面上铺展开(C)辛醇可以溶在汞里面(D)辛醇浮在水面上14.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：(A) 增加农药的杀虫药性(B) 提高农药对植物表面的润湿能力(C) 防止农药挥发(D) 消除药液的泡沫15.将半径相同的三根玻璃毛细管分别插入水、乙醇水溶液和NaCl水溶液中，三根毛细管中液面上升高度分别为h1，h2，h3，则：(A) h1＞h2＞h3 (B) h1＞h3＞h2(C) h3＞h1＞h2 (D) h2＞h1＞h316.对于亲水性固体表面，其表面张力间的关系是：(A) g固-水 >g固-空气(B) g固-水 <g固-空气(C) g固-水 =g固-空气(D) 不能确定其液固间的接触角q值为：(A) q> 90°(B) q= 90°(C) q= 180°(D) q< 90°17. Langmuir吸附等温式一般可写成q= ap/(1+ap)，若一个吸附质粒子在吸附时解离成两个粒子，则Langmuir吸附等温式可写做：(A)q= 2ap/ (1 + 2ap)(B)q= a2p2/ (1 + a2p2)(C)q= a1/2p1/2/ (1 + a1/2p1/2)(D)q= 2ap/ (1 + ap)18.除了被吸附气体的气压须适当之外，下列因素中哪个对气体在固体表面发生多层吸附起主要影响？(A)气体须是理想气体(B)固体表面要完全均匀(C)气体温度须接近正常沸点(D)固体应是多孔的19.兰缪尔吸附等温式：(A)只适用于化学吸附(B)只适用于物理吸附(C)对单分子层的物理吸附及化学吸附均适用(D)对单分子层和多分子层吸附均适用20.描述固体对气体吸附的 BET公式是在 Langmuir理论的基础上发展而得的，它与Langmuir理论的最主要区别是认为：(A)吸附是多分子层的(B)吸附是单分子层的(C)吸附作用是动态平衡(D)固体的表面是均匀的二、填空题1.界面吉布斯自由能和界面张力的相同点是不同点是。
第十章界面化学思考题答案(1)
第十章界面化学思考题答案1.已知水在两块玻璃间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面。
试解释为什么两块玻璃间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开？答：水在两玻璃和两石蜡板间的状态如下图。
水能润湿玻璃，在两块玻璃之间的水层两端液面呈凹形，故其附加压力方向指向空气，使水层内的压强小于外部大气压强，两者相差2γ/r，即相当于两块玻璃板外受到2γ/r的压力作用，所以要把它们分开很费力。
且两板越靠近，此压力差越大，使两板难以拉开。
石蜡板的情况相反，液体压力p大于外压力，易于拉开。
2.如下图所示，在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。
当开启活塞使两泡相通时，试问两泡体积将如何变化？为什么？2图3图答：开启活塞后，大泡将变大，小泡将变小。
活塞关闭时，由于肥皂泡膜产生附加压力，Δp=p内－p外＝４γ/r.泡的半径r越小，附加压力越大，而大、小泡的p外是相同的，故小泡内空气压力大于大泡内空气压力。
因此打开活塞后，小泡内空气就流向大泡，导致小泡变成更小。
当小泡收缩至其半径等于玻璃管口半径时的r最小，若再收缩，其曲率半径反而增大。
所以当小泡收缩至其曲率半径与大泡半径相等时，停止收缩。
3.如上图所示，玻璃毛细管A插入水中后，水面上升高度应能超过h，因此推断水会从弯口B处不断流出，于是便可构成第一类永动机，如此推想是否合理？为什么？答：不合理，由于毛细管上方弯曲，当液面上升到顶端后，又沿弯曲管下降到弯口B处，液面下降时，由于弯曲部分液体受到重力作用，使凹液面的曲率半径由r增大到r',故附加压力也相应减小到Δp'＝2γ/r ' 。
到B处，Δp'与B处高度的静压力达到平衡，曲率不再变化（仍是凹液面）。
故水滴不会落下。
4.一定量的小麦，用火柴点燃并不易着火。
若将它磨成极细的面粉，并使之分散在一定容积的空气中，却很容易着火，甚至会引起爆炸。
这是为什么？答：这有两方面原因。
磨成极细的面粉后，比表面积大大增加，磨得越细，其表面能越高，所处的状态就越不稳定，其化学活性也越大，因而容易着火。
第5~9章 思考题答案
第五章思考题1. 在电极界面附近的液层中，是否总是存在着三种传质方式？为什么？每一种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液层主要传质方式是扩散。
三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J来表示。
2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有什么区别？答：当电极反应所消耗的反应粒子数和扩散补充来的反应粒子数相等，就可以达到一种动态平衡状态，即扩散速度与电极反应速度相平衡。
这时反应粒子在扩散层中各点的浓度分布不再随时间变化而变化，而仅仅是距离的函数；扩散层的厚度不再变化；离子的浓度梯度是一个常数，这就是稳态扩散过程。
理想条件下，人为地把扩散区和对流区分开了，因此理想稳态扩散过程中，扩散层有确定的厚度；而实际情况下，扩散区与对流区是相互重叠、没有明显界限的，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。
二者在扩散层内都是以扩散作用为主。
因此二者具有相似的扩散动力学规律，但推导实际情况下的稳态扩散动力学公式需要借用理想稳态扩散的动力学公式。
3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？答：旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。
这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。
它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。
4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。
扩散层中有没有剩余电荷？答：根据扩散传质理论，紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。
界面与胶体化学复习题及答案
习题11。
一定体积的水,当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，以下性质保持不变的有：（A）表面能(B)表面张力(C）比表面（D)液面下的附加压力2。
在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将：(A）向左移动(B）向右移动（C）不移动（D)左右来回移动3。
在298 K下，将液体水分散成小液滴，其热力学能：(A) 增加 (B)降低（C）不变 (D）无法判定4。
在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大？（A)冰的大（B)水的大（C）一样大（D）无法比较5。
在临界温度时，纯液体的表面张力（A) 大于零 (B）小于零(C）等于零 (D)无法确定6。
在 298 K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液在毛细管中上升1。
0×10-2m，若用相同的毛细管来测 B液，设接触角相等,B液将会升高：(A） 2×10—2m （B） 1/2×10—2m (C) 1/4×10-2m(D） 4.0×10-2m7.下列说法中不正确的是:（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8。
微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？（A)微小晶体的饱和蒸气压大(B）微小晶体的溶解度大（C)微小晶体的熔点较低(D)微小晶体的溶解度较小9。
在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根内壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现: (A）水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管内一定高度(C)水进入毛细管并达到管的另一端（D）水进入毛细管并从另一端滴出10。
同外压恒温下，微小液滴的蒸气压比平面液体的蒸气压：(A) 大（B) 一样(C）小（D) 不定11.用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多?（A)水的多（B)苯的多(C)一样多 (D）随温度而改变12. 25℃时，一稀的肥皂液的表面张力为0.0232 N·m-1,一个长短半轴分别为0.8 cm和0。
厦门大学界面与胶体化学基础思考题和练习题解答
思考题和练习题解答思考题1. 表面性质与相邻两体相的性质有关，但又与两体相性质有所不同。
处于表面层的分子由于它们的受力情况与体相中分子的受力情况不相同，因此，表面层的分子总是具有较高的能量。
此外，表面性质还与表面积密切相关。
表面积越大，则表面能越高，表面越不稳定。
这将导致表面层自发地减少表面能（减少表面积或表面吸附）。
药粉的药效比药丸快。
因为药粉的比表面积比药丸大得多，表面能较高，活性高。
2. 将变成绷紧的圆环状。
这是因为液膜被刺破后，细丝两边不同曲率的部分附加压力方向不同（均指向曲面的球心方向）。
经附加压力的调整后，最后，线圈以规则的形状存在。
3．一个过程的自发与否是由过程的吉布斯自由能决定的。
尽管表面扩展过程熵是增加的，但同时也是吸热的，因此，ΔH >0。
可见，单凭熵增加无法判断过程的方向。
4．可根据0pT γ∂⎛⎫<⎪∂⎝⎭判断之。
上管中，管内液面呈凹状，附加压力朝外，当温度升高，表面张力下降，附加压力降低。
因此，当右端液体受热时，朝右附加压力小于朝左边的附加压力，液体朝左移动。
下管可同样分析，由于下管液面呈凸状，附加压力朝内。
因此，液体移动方向与上管相反。
5．附加压力s p 与曲率半径r ，表面张力γ的关系为s 2p rγ=由于右边气泡比左边气泡大，因此，曲率半径大，附加压力小。
当将两边连通后，则左泡变小，右泡变大，直到左、右两边曲率半径相同时，两边达平衡。
若活塞同时连通大气，则两气泡同时变小，但变化速率不同，左泡先消失，右泡后消失。
6．从图可见，不均匀毛细管的左端管径大，曲率半径大，附加压力小，因此液体两端附加压力不相等，液体向右端移动；直到两端附加压力相等为止。
因此，平衡时，液体应处于右端细管半径均匀的位置。
7. B 8．112gh r γρ= 222gh r γρ=121221()2r r gh h r r ργ⎛⎫=- ⎪-⎝⎭优点，不必校正液柱高度。
9．加入溶质后，使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性，用0d d c c γ→⎛⎫- ⎪⎝⎭表示。
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31645.3103Vr π-==⨯cm 3 1 cm 3水分散成小水滴的个数为161105.3n ⨯＝个＝1.887×1015个这些小水滴的总表面积S ＝1.887×1015×4πr 253610r=⨯＝cm 2 0.07205γ=N ·m -1×60m 2=4.32J2．N ·m -1=N ·m ·m -2=J ·m -2 表面自由能 3．（略） 4．22()24 () sL V s L V N N CU T r T T N N U πγγγ-∂⎛⎫==- ⎪∂⎝⎭↑-↓↓↓5．d dS d d d i i UT p V A n γμ=-++∑ 对表面0dV=则有d d d d i i U T S A n γμ=++∑,j s T p n p A nU S U T T A A T γγγ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫==+=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭,，，＋22sp A nU T T T γ⎛⎫∂∂=- ⎪∂∂⎝⎭，， 6．1-1-121880mN m 0.43mNm K 1808K 2.66J m sU--=⋅+⋅⋅=⋅7．当T =4620K 时，γ=0当T =823K 时，γ=380mN ·m -1-1-1380mN m K 3797pT γ∂⎛⎫=-⋅⋅ ⎪∂⎝⎭-1-11273380(380450)mN m 335.0mN m 3797k γ=-⨯⋅=⋅ 8．12(22.052930.096)mN m 50.18mJ m sU--=+⨯⋅=⋅1 mol 甲醇的体积为32/0.8=40cm 3 每个甲醇分子的半径为13823403cm 2.5110cm 6.02104r π-⎛⎫=⨯=⨯ ⎪⨯⎝⎭ 1 cm 3的表面积S =824231.210cm 1.210m r=⨯=⨯总表面积S ’=4.8×105m 2ΔG =4.8×105×22.05×10-3·J ·m -2 =1.06×104J ·m -29．不能。
材料表界面思考题答案汇总
考试
答案
第二章：液体表面 2. 试述表面张力（表面能）产生的原因。
P6 原因为液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内 部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分 子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。这里的分子间作用力为范德华力。
17. 表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响？为什么有这样的影响？ P41 (1)随着表面活性剂浓度的增加，表面张力而下降，当达到临界浓度时，表面张力就不 再发生变化。 （2）表面活性剂其亲水端向水，亲油段相空气，其浓度的上升会使分子聚集在表面，这样， 空气和水的接触面减小，表面张力急剧下降，与此同时，水中的表面活性剂也聚集在一起，排 列成憎水基向里，亲水基向外的胶束。表面活性剂浓度进一步增加，水溶液表面聚集了足够多 的表面活性剂的分子，无间隙地布满在水溶液表面上，形成单分子膜。此时，空气和水完全处 于隔绝状态，表面张力趋于平缓。 18. 表面活性剂按亲水剂类型可怎样分类？ P43 表面活性剂溶于水能电离成离子的叫做离子型表面活性剂，R 基不能电离的叫做非离子型 表面活性剂。 其中离子型表面活性剂可分成阴离子、阳离子和两性表面活性剂。
度降低,HLB 值下降,使得乳状液从原来的（Ｏ／Ｗ）型转变为油包水型（Ｗ／Ｏ）所对应的温度．又称为亲 水-亲油平衡温度．
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《材料表界面》复习思考题答案汇总
（２） ＰＩＴ与ＨＬＢ都可以反映出亲水亲油性，但是，ＰＩＴ可以反映出油的种类、水溶液性质、温度 和相体积等的影响。 同时 PIT 测定简单、精度高。
13. 比较物理吸附和化学吸附的区别。
项目 吸附力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速度 可逆性 发生吸附速度 物理吸附 范德华力 小，接近液化热 无 单、多分子层 快，不需要活化能 可逆性 低于吸附质临界温度 化学吸附 化学键力 大，接近反应热 有 单分子层 慢，需要活化能 不可逆性 远高于吸附质沸点
厦门大学物理化学习题及答案第章界面现象
厦门大学物理化学习题及答案第章界面现象1、表面性质与什么有关？服用同样质量同样成份的药丸和药粉，哪一种的药效快？为什么？答案：（药粉的比表面大，药效快。
）2、试计算在20℃时将1cm3水分散成半径为1某10-5cm的小水滴所需要的功。
答案：(2.16J)3、将一个系有细线圈的金属环，在肥皂液中浸一下然后取出，这时金属环被一层液膜所覆盖，而细线圈也保持着最初不规则的形状（见图），现若将线圈内的液膜刺破，问线圈将变成什么形状？为什么？答案：（变成一圆圈，因为表面张力的作用。
）4、有人从"表面扩展过程是一熵增过程"出发，得到"表面扩展是一自发过程"这一结论。
试指出此结论的错误所在。
答案：（体系熵增加并不等于总熵增加。
）5、设纯水的表面张力与温度的关系符合下面的关系式假定表面积改变不会引起总体积变化。
试求(1)在283K及压力下可逆地使水的表面积增加1cm2时，必须对体系做功多少？(2)计算该过程中体系的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及所吸收的热。
(3)除去外力，使体系不可逆地自动收缩到原来的表面积；并设不做收缩功。
试计算该过程的ΔU、ΔH、ΔS、ΔF、ΔG及热。
答案：〔(1)W＝-7.424某10-6J(2)ΔU＝ΔH＝7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝7.424某10-6J、ΔS＝4.95某10-10J·K-1、Q＝1.4某10-7J(3)ΔU＝ΔH＝-7.564某10-6J、ΔF＝ΔG＝-7.424某10-6J、ΔS＝-4.95某10-10J·K-1、Q＝ΔU〕4、如图所示两根毛细管中分别装有两种不同的液体，若在毛细管右端加热，问液体将如何移动。
答案：(上管向左，下管向右)5、在下列体系中将活塞两边连通时将出现什么情况？为什么？若连通大气又如何？答案：（小泡变小，大泡变大，若连通大气，则两气泡均变小，直至曲率半径变成无限大。
）6、在一管径不均匀的毛细管中有一些可润湿管壁的液体存在（见图）。
材料表面与界面-习题含答案
第一章1、什么是Ｙoun ｇ方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系?答：Young 方程:界面化学的基本方程之一。
它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv ，γSL ,γLv 与接触角θ之间的关系式，亦称润湿方程,表达式为：γs ｖ-γSL =γLv ＣOSθ。
该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。
关系：一般来讲,接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ＝0．cosθ=1，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；若0＜θ＜９0°，液体可润湿固体，且θ越小,润湿性越好；90°<θ<1８0°，液体不润湿固体;θ=180°,完全不润湿固体，液体在固体表面凝集成小球。
２、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,试气温骤降至293K,水气的过饱和度（P ／Ps ）达4，已知在293Ｋ时,水的表面能力为0．０７28８N ／m,密度为997kg ／ｍ3,试计算:（1）在此时开始形成雨滴的半径。
（2）每一雨滴中所含水的分子数。
答：(1)根据Kelvin 公式有'2ln 0R RT M P P ργ=开始形成的雨滴半径为：0ln 2'p pRT MR ργ=将数据代入得：ﻩm R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=（2）每一雨滴中所含水的分子数为Ｎ＝N A n ，n ＝ｍ／Ｍ=ｒＶ/M,得个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-A A N M R N M V N ρπρ3、在2９3k 时,把半径为１.0mm 的水滴分散成半径为1．0μm 的小水滴,试计算（已知２9３Ｋ时水的表面Ｇi ｂｂs 自由为0.07２8８Ｊ .ｍ-２）(1）表面积是原来的多少倍?(2）表面Gibbs 自由能增加了多少?(9分）答：（1）设大水滴的表面积为Ａ1，小水滴的总表面积为A 2，则小水滴数位Ｎ,大水滴半径为ｒ1,小水滴半径为r 2。
物理化学第六版第十章界面现象课后思考题
物理化学第六版第十章界面现象课后思考题
（原创版）
目录
1.物理化学第六版第十章界面现象概述
2.课后思考题解答
正文
一、物理化学第六版第十章界面现象概述
物理化学第六版第十章主要讲述了界面现象，界面现象是指发生在两种不同相（如固相与液相、液相与气相等）之间的物理化学现象。
在这一章中，我们学习了界面张力、表面能、润湿现象等相关知识。
通过学习这些内容，我们可以更好地理解不同相之间的相互作用，从而为实际应用提供理论基础。
二、课后思考题解答
课后思考题 1：请简述界面张力的概念及其对界面现象的影响。
答：界面张力是指作用在液体界面上的力，使得液体表面有缩小的趋势。
界面张力的大小取决于液体的性质以及液体之间的相互作用。
界面张力对界面现象有重要影响，它决定了液体滴的形成、液滴的合并以及液体在固体表面的展开等过程。
课后思考题 2：请举例说明表面能的概念，并分析其在实际应用中的意义。
答：表面能是指在标准状态下，将一个物质的表面从完美晶体变为实际表面所需要的能量。
表面能可以通过吉布斯吸附等温线来测量。
在实际应用中，表面能对材料的润湿性、腐蚀性以及催化活性等方面具有重要意义。
课后思考题 3：请简述润湿现象及其分类。
答：润湿现象是指液体在固体表面上的展开过程。
根据液体在固体表面上的行为，润湿现象可分为三种类型：附着润湿、铺展润湿和毛细润湿。
润湿现象对涂料、粘合剂等材料的性能有重要影响。
通过学习物理化学第六版第十章界面现象，我们可以深入了解不同相之间的相互作用，为实际应用提供理论基础。
物理化学B-第七章-表界面化学基础
表界面化学基础
引言
1. 表面（界面）：
界面：物质两相之间密切接触的过渡区
液体－液体
g
液体－固体 固体－固体
液体－气体
界面 （interface)
表面
l
固体－气体
（surface)
表面:两相之一为气相的密切接触的过渡区。
表面/界面 化学： 研究各种相界面的性质，尤其是具有巨大界面系 统的特殊性质(界面效应)；在分子（原子）尺度 上研究界面过程的科学。
p > p外
p < p外
1.弯曲液面下的附加压力
定义：界面两侧(p与p外)的压力差（p-p外），p 对凸表面， p >0
对凹表面， p <0
产生原因：在弯曲界面上，表面张力不能相互抵消。 代表表面张力的合力。
p的方向：总是指向曲率半径球心
肥皂泡中的压力 必大于大气压
水中气泡的压力
水的压力
2. 附加压力的大小——Young-Laplace方程
(l)
p p
Vmdp
p
Vmp
Vm
2
r
（1）
设小液滴和平面液体的蒸气压分别为pr和pV0，则它们对应 气相的化学势之差为
(g)
RT
ln
pr pvo
（2）
RT
ln
pr
pvo
Vm
•
2
r
ln pr pvo 2M RT r Kelvin方程
等温等外压下，液体的蒸汽压与液滴大小的关系。
(1) 各量的意义： pr—半径为r小液滴的蒸气压 pvo —平面液体的蒸气压正常值(查手册)
定性分析？
思考题6：
p
T
表面化学习题答案
第十章 界面现象习题答案一、名词解释1. 表面活性剂：溶于水中能显著地降低水的表面张力的物质，称为表面活性剂。
2. 接触角：是指在一光滑水平的固体表面上的液滴，在一定的T 、p 下达平衡时，固液界面与气液界面的切线在三相接触点处的夹角（夹有液体）。
3. 表面张力：液体的表面张力定义为沿着液体表面垂直作用于单位长度线段上的紧缩力。
用符号γ表示。
4. 临界胶束浓度：形成一定形状的胶束所需表面活性物质的最低浓度。
5. 吸附：物质在两相界面上自动富集或贫乏的现象称为吸附。
6. 溶液的表面吸附：溶质在溶液表面层（或表面相）中的浓度与在溶液本体（或本相）中的浓度不同的现象，称为溶液表面的吸附。
二、简答题1. 兰格缪尔吸附理论的基本假设是什么在推导BET 公式时，所作的基本假设是什么二者的使用范围如何 兰格缪尔吸附理论的基本假设有四条：（1）固体表面是均匀的；（2）吸附是单分子层的；（3）被吸附分子间无相互作用力；（4）吸附平衡是动态平衡。
兰格缪尔吸附等温式适用于五种常见吸附等温线中的第一种类型。
BET 吸附理论接受了兰格缪尔理论的许多观点，其主要区别在于他们认为吸附可形成多分子层的，而且第二层以后的各层吸附，是相同分子间的相互作用。
吸附热均相等，并相当于该气体的凝聚热。
BET 公式适用于相对压力p/p 0=~范围的吸附。
2. 进行蒸馏实验时，通常在蒸馏瓶中加入少量碎瓷片或沸石类的物质以防止暴沸，试分析其原因。
暴沸现象是由于新相种子（小气泡）难以生成而产生的。
由开尔文公式可知，对小气泡，r<0，|r|越小，气泡内的饱和蒸气压也越小，而附加压力却越大。
在液面下的小气泡须承受的外压力等于大气压力、液体静压力及附加压力三者之和。
在正常沸腾温度下，气泡内的饱和蒸气压远远小于p 外，因此小气泡无法产生。
只有再升高温度，使p r 增大，当达到p mgh p p r ∆++≥0时，液体便开始沸腾。
而一旦气泡生成，它便迅速长大，随之p r 相应增加，p 相应降低，气泡反抗的外压迅速减小，因而液体沸腾激烈，形成暴沸现象。
《应用电化学》复习思考题参考答案
《应⽤电化学》复习思考题参考答案《应⽤电化学》思考题第⼀章电化学理论基础1．什么是电化学体系？基本单元有那些？（1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三⼤类型。
（2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜2．试举例说明隔膜的作⽤。
隔膜是将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发⽣氧化－还原反应的反应物和产物不互相接触和⼲扰。
例如采⽤玻璃滤板隔膜、盐桥和离⼦交换膜，起传导电流作⽤的离⼦可以透过隔膜。
3．试描述现代双电层理论的概要.电极\溶液界⾯的双电层的溶液⼀侧被认为是由若⼲“层”组成的。
最靠近电极的⼀层为内层，它包含有溶剂分⼦和所谓的特性吸附的物质（离⼦或分⼦），这种内层也称为紧密层、helmholtz层或stern层，如图1.5所⽰。
实际上，⼤多数溶剂分⼦（如⽔）都是强极性分⼦，能在电极表⾯定向吸附形成⼀层偶极层。
特性吸附离⼦的电中⼼位置叫内holmholtz层（IHP），它是在距离为x1处。
溶剂化离⼦只能接近到距电极为x2的距离处，这些最近的溶剂化离⼦中⼼的位置称外helmholtz层（OHP）。
⾮特性吸附离⼦由于电场的作⽤会分布于称为分散层（扩散层）的三维区间内并延伸到本体溶液。
在OHP层与溶液本体之间是分散层。
4．什么是电极的法拉第过程和⾮法拉第过程。
电极上发⽣的反应过程有两种类型，法拉第过程和⾮法拉第过程。
前者是电荷经过电极/溶液界⾯进⾏传递⽽引起的某种物质发⽣氧化或还原反应时的法拉第过程，其规律符合法拉第定律，所引起的电流称法拉第电流。
后者是在⼀定条件下，当在⼀定电势范围内施加电位时，电极/溶液界⾯并不发⽣电荷传递反应，仅仅是电极/溶液界⾯的结构发⽣变化，这种过程称⾮法拉第过程。
5．试述电极反应的种类和机理。
电极反应种类:（1）简单电⼦迁移反应；(2)⾦属沉积反应;（3）表⾯膜的转移反应;（4）伴随着化学反应的电⼦迁移反应;（5）多孔⽓体扩散电极中的⽓体还原或氧化反应;（6）⽓体析出反应;（7）腐蚀反应电极反应的机理:（1）CE机理：指在发⽣电⼦迁移反应之前发⽣了化学反应，其通式为：X O X+ne RedH2HCHO + H2O C步骤HCHO + 2H+ + 2e →CH3OH E步骤(2) EC机理：指在电极/溶液界⾯发⽣电⼦迁移反应后⼜发⽣了化学反应，其通式为：O X+Ze→Red X如：对氨基苯酚在Pt电极上的氧化反应（3）催化机理a、“外壳层”催化：EC机理中的⼀种，指在电极和溶液之间的电⼦传递反应，通过电极表⾯物种氧化—还原的媒介作⽤，使反应在⽐裸电极低的超电势下发⽣，其通式可表⽰如下：X + ne Red E步骤X + Y C步骤如：Fe3+/Fe2+电对催化H2O2的还原反应：1/2H2O2+e→OH-3+2+Fe+ 1/2H2O2→Fe3++ OH-b、“内壳层”催化：也称为化学氧化—还原催化，即当反应物的总电化学反应中包括旧键的断裂和新键的形成时，发⽣在电⼦转移步骤的前、后或其中⽽产⽣了某种化学加成物或某些其它的电活性中间体，总的活化能会被某些“化学的”氧化—还原催化剂所降低。
材料表面与界面课后思考题 (胡福增)
第一章1。
试述表面张力（表面能）产生的原因。
怎样测试液体的表面张力？（1）原因液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。
液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力,也受到指向气相的气体分子的吸引力,由于气相吸引力太小,这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。
这里的分子间作用力为范德华力.（2）测试①毛细管上升法测定原理将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。
此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等.则γ=1 /2（ρl-ρg）ghrcosθ（1)(1)式中γ为表面张力，r为毛细管的半径, h为毛细管中液面上升的高度,ρl为测量液体的密度，ρg为气体的密度( 空气和蒸气) ，g为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。
若毛细管管径很小, 而且θ=0 时，则上式(1)可简化为γ=1/2ρghr （2）②Wilhelmy 盘法测定原理用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上，测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为:W总-W片=2γlcosφ式中，W总为薄片与液面拉脱时的最大拉力，W片为薄片的重力，l为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l，φ为薄片与液体的接触角.③悬滴法测定原理悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。
在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。
由Laplace 公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O为原点，液滴表面上P 的垂直坐标；P0 为顶点O处的静压力。
定义S= ds/de式中de为悬滴的最大直径，ds为离顶点距离为de处悬滴截面的直径再定义H=β(de/b）2 则得γ= (ρl-ρg）gde2/H 式中b为液滴顶点O处的曲率半径。
(完整版)第十章界面现象练习题及答案
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。
朱步瑶 赵振国 界面化学基础 习题答案
V
r3
4.03 108 1.967 104 3 12 1.27 10
26． （略） 27．有关系，因外部试管太小，在内、外管间会形成一凹液面，从而使基准点位置不 易确定。 28．
2 gh1 r1
2 gh2 r2
g
rr (h1 h2 ) 1 2 2 r2 r1
优点，不必校正液柱高度 29． p 水 gh p 1 gh '
2 r
2 水 gh l gh ' r 2 2 水 g (h1 h2 ) r1 r2
水 g
2
(h1 h2 )(
r1r2 ) r2 r1
当两管端口在液体中心处于同一水平位置时，不必校正。
pr 2338 0.9998 Pa=2337 Pa
pr
p平
0.9998
9
当 r 5 10 m 时
pr
p平
0.8080
pr 1890 Pa
上述计算说明，曲率半径越小，凹形液面上的饱和蒸气压越小，蒸气越容易凝聚。 16．对液珠，r>0 同样利用开尔文公式可得 当 r 5 10 m 时 当 r 5 10 m 时
1273k (380
s
380 450)mN m-1 335.0mN m-1 3797
1
8． U (22.05 293 0.096)mN m 1 mol 甲醇的体积为 32/0.8=40cm 每个甲醇分子的半径为
3
50.18mJ m2
40 3 3 8 r cm 2.5110 cm 23 4 6.02 10
若考虑到弯液面校正 弯液面上液体面积为
界面与胶体化学复习题与答案
习题11. 一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，以下性质保持不变的有：(A)表面能(B)表面力(C)比表面(D)液面下的附加压力2.在下图的毛细管装入普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管液体将：(A)向左移动(B)向右移动(C)不移动(D)左右来回移动3.在298 K下，将液体水分散成小液滴，其热力学能：(A) 增加 (B)降低(C) 不变 (D)无法判定4.在相同温度下，固体冰和液体水的表面力哪个大?(A)冰的大 (B)水的大(C)一样大 (D)无法比较5.在临界温度时，纯液体的表面力(A) 大于零 (B)小于零(C)等于零 (D)无法确定6.在 298 K时，已知 A液的表面力是 B液的一半，其密度是 B液的两倍。
如果A液在毛细管中上升 1.0×10-2m，若用相同的毛细管来测 B液，设接触角相等，B 液将会升高：(A) 2×10-2m(B) 1/2×10-2m(C) 1/4×10-2m(D) 4.0×10-2m7.下列说法中不正确的是：(A)生成的新鲜液面都有表面力(B)平面液体没有附加压力(C)弯曲液面的表面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8.微小晶体与普通晶体相比较，哪一种性质不正确？(A)微小晶体的饱和蒸气压大(B)微小晶体的溶解度大(C)微小晶体的熔点较低(D)微小晶体的溶解度较小9.在空间轨道上运行的宇宙飞船中，漂浮着一个足够大的水滴，当用一根壁干净、外壁油污的玻璃毛细管接触水滴时，将会出现：(A)水并不进入毛细管(B)水进入毛细管并达到管一定高度(C)水进入毛细管并达到管的另一端(D)水进入毛细管并从另一端滴出10.同外压恒温下，微小液滴的蒸气压比平面液体的蒸气压：(A) 大(B) 一样(C) 小(D) 不定11.用同一支滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多?(A)水的多 (B)苯的多(C)一样多 (D)随温度而改变12. 25℃时，一稀的肥皂液的表面力为0.0232 N·m-1，一个长短半轴分别为0.8 cm 和0.3 cm的肥皂泡的附加压力为：(A) 5.8 Pa (B) 15.5 Pa(C) 18.4 Pa (D) 36.7 Pa13.已知 293 K时，水-辛醇的界面力为 0.009 N·m-1，水-汞的界面力为0.375 N·m-1，汞-辛醇的界面力为 0.348 N·m-1，故可以断定：(A)辛醇不能在水－汞界面上铺展开(B)辛醇可以在水－汞界面上铺展开(C)辛醇可以溶在汞里面(D)辛醇浮在水面上14.在农药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：(A) 增加农药的杀虫药性(B) 提高农药对植物表面的润湿能力(C) 防止农药挥发(D) 消除药液的泡沫15.将半径相同的三根玻璃毛细管分别插入水、乙醇水溶液和NaCl水溶液中，三根毛细管中液面上升高度分别为h1，h2，h3，则：(A) h1＞h2＞h3 (B) h1＞h3＞h2(C) h3＞h1＞h2 (D) h2＞h1＞h316.对于亲水性固体表面，其表面力间的关系是：(A) g固-水 >g固-空气(B) g固-水 <g固-空气(C) g固-水 =g固-空气(D) 不能确定其液固间的接触角q值为：(A) q> 90°(B) q= 90°(C) q= 180°(D) q< 90°17. Langmuir吸附等温式一般可写成q= ap/(1+ap)，若一个吸附质粒子在吸附时解离成两个粒子，则Langmuir吸附等温式可写做：(A)q= 2ap/ (1 + 2ap)(B)q= a2p2/ (1 + a2p2)(C)q= a1/2p1/2/ (1 + a1/2p1/2)(D)q= 2ap/ (1 + ap)18.除了被吸附气体的气压须适当之外，下列因素中哪个对气体在固体表面发生多层吸附起主要影响？(A)气体须是理想气体(B)固体表面要完全均匀(C)气体温度须接近正常沸点(D)固体应是多孔的19.兰缪尔吸附等温式：(A)只适用于化学吸附(B)只适用于物理吸附(C)对单分子层的物理吸附及化学吸附均适用(D)对单分子层和多分子层吸附均适用20.描述固体对气体吸附的 BET公式是在 Langmuir理论的基础上发展而得的，它与Langmuir理论的最主要区别是认为：(A)吸附是多分子层的(B)吸附是单分子层的(C)吸附作用是动态平衡(D)固体的表面是均匀的二、填空题1.界面吉布斯自由能和界面力的相同点是不同点是。
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第十章界面化学思考题答案
1.已知水在两块玻璃间形成凹液面，而在两块石蜡板间形成凸液面。
试解释为什么两块玻璃间放一点水后很难拉开，而两块石蜡板间放一点水后很容易拉开答：水在两玻璃和两石蜡板间的状态如下图。
水能润湿玻璃，在两块玻璃之间的
水层两端液面呈凹形，故其附加压力方向指向空气，使水层内的压强小于外部大气压强，两者相差2γ/r，即相当于两块玻璃板外受到2γ/r的压力作用，所以要把它们分开很费力。
且两板越靠近，此压力差越大，使两板难以拉开。
石蜡板的情况相反，液体压力p大于外压力，易于拉开。
2.如下图所示，在一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。
当开启活塞使两泡相通时，试问两泡体积将如何变化为什么
2图3图
答：开启活塞后，大泡将变大，小泡将变小。
活塞关闭时，由于肥皂泡膜产生
附加压力，Δp=p
内－p
外
＝４γ/r.泡的半径r越小，附加压力越大，而大、小泡的
p外是相同的，故小泡内空气压力大于大泡内空气压力。
因此打开活塞后，小泡内空气就流向大泡，导致小泡变成更小。
当小泡收缩至其半径等于玻璃管口半径时的r最小，若再收缩，其曲率半径反而增大。
所以当小泡收缩至其曲率半径与大泡半径相等时，停止收缩。
3.如上图所示，玻璃毛细管A插入水中后，水面上升高度应能超过h，因此推断水会从弯口B处不断流出，于是便可构成第一类永动机，如此推想是否合理为什么
答：不合理，由于毛细管上方弯曲，当液面上升到顶端后，又沿弯曲管下降到弯
口B处，液面下降时，由于弯曲部分液体受到重力作用，使凹液面的曲率半径由r增大到r',故附加压力也相应减小到Δp'＝2γ/r ' 。
到B处，Δp'与B处高度的静压力达到平衡，曲率不再变化（仍是凹液面）。
故水滴不会落下。
4.一定量的小麦，用火柴点燃并不易着火。
若将它磨成极细的面粉，并使之分散在一定容积的空气中，却很容易着火，甚至会引起爆炸。
这是为什么
答：这有两方面原因。
磨成极细的面粉后，比表面积大大增加，磨得越细，其表面能越高，所处的状态就越不稳定，其化学活性也越大，因而容易着火。
这是热力学方面的原因。
另外，由于细粉的比表面很大，着火后，燃烧反应的速率很快，单位时间内放出的热量增多，也易引起爆炸。
5.将水滴在洁净的玻璃上，水会自动铺展开来，此时水的表面积不是变小而是变大，这与液体有自动缩小其表面积的趋势是否矛盾请说明理由。
答：不矛盾。
液体力图缩小其表面积，是为了降低系统的表面吉布斯函数。
当液体润湿固体，并在固体表面铺展开时，液－固界面和液－气界面都增加了，但固－气界面却缩小了。
由于铺展开时:
γsg> γls + γlg
系统的界面吉布斯函数还是减小了，因此两者不矛盾。
6.为什么泉水，井水都有比较大的表面张力将泉水小心注入干燥的杯子，泉水会高出杯面
答：泉水、井水中含有较多的非表面活性物质，如无机盐离子，使表面张力增大。
泉水具有较大的表面张力，不能润湿玻璃杯子，在杯子中形成凸液面，所以将泉水小心注入干燥的杯子，泉水会高出杯面。
7.液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液表面也会有吸附现象。
请给于热力学解释。
答：在一定温度和压力下，系统的吉布斯函数越低越稳定。
G=γA s。
液滴自动成球形是因为相同体积时，球形液滴的表面积最小。
固体和液体表面的吸附作用是因为可通过吸附作用来降低表面的不对称性，降低表面张力，使吉布斯函数降低。
8.一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，相同温度下，两种状态相比，以下性质保持不变的是（B）
A.表面吉布斯函数
B.表面张力
C.比表面
D.液面下的附加压力
9.水平放置的毛细管内装有普通不润湿性液体，当将毛细管右端用冰块冷却时，管内液体将（A）
A.向左移动
B.向右移动
C.不移动
D.左右来回移动
10.一个U形管的两臂直径不同，一端为1×10-3m,另一端为3×10-3m, 水的表面张力为m.如用此U形管装上水来测量压力，引入的误差为（B）
A. 72 Pa
B. 192 Pa
C. 96 Pa
D. 288 Pa
11.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（B）
A.向左移动
B.向右移动
C.不移动
D.不确定
12.二元溶液及其溶剂的比表面吉布斯函数分别为γ和γ0，已知溶质的表面过剩Γ＜0，则γ与γ0之间的关系符合以下哪种（A）
A. γ＞γ0
B. γ=γ0
C. γ＜γ0
D.不确定
13.体温计打碎后，落在水泥地面上的水银基本呈球形，这说明（D）
A. γ汞+γ汞-水泥地面＜γ水泥地面
B. γ汞＞γ水泥地面
C. γ汞＜γ水泥地面
D. γ汞+ γ汞-水泥地面＞γ水泥地面
14.某一温度时，铜粉对氢气的吸附是单分子层吸附，符合兰格缪尔吸附等温式：
试计算1kg 铜粉的饱和吸附量·kg-1)和吸附系数b(2kPa-1)。