天津大学物理化学教研室《物理化学》(下册)名校考研真题(界面现象)

第10章 界面现象

一、填空题

1．20 ℃时，已知水、汞的表面及界面张力数据如下：σ水＝72.8×10－3 N·m －1，σ汞

＝4.83×10－1 N·m －1，σ水-汞＝3.75×10－1 N·m －1，判断水能否在汞的表面上展开（ ），理由是（ ）。[北京科技大学2012研]

【答案】能；2-1s 35210N m 0G .-∆=-⨯⋅＜

【解析】水在汞表面铺展时，汞-气界面消失，增加了水-汞和水-气界面，故其吉布斯函数变为：

3112-1s 72810375104831035210N m 0-G ....σσσ----∆=+-=⨯+⨯-⨯=-⨯⋅水水汞汞＜

故水可以在汞的表面展开。

2．当溶液的表面浓度大于溶液的本体浓度，则/0d dc γ＜，发生了（ ）吸附。[南京航空航天大学2012研]

【答案】正

【解析】/0d dc γ＜，即增加溶质活度能使溶液的表面张力降低，是正吸附。

3．处于空气中的球形肥皂泡，直径为D ，肥皂水的表面张力为σ，则对泡内气体的附加压力Δp ＝（ ）。[南京航空航天大学2011研]

【答案】8p D

σ

∆=

【解析】根据拉普拉斯方程2p r

γ

∆=，可以计算出附加压力。由于肥皂泡具有内外两个气-液界面，故

4482p r D D

γσσ

∆=

==

。

4．已知20 ℃时水的表面张力为7.28×10－2 N·m －1，在此温度和101.325 kPa 下将水的表面积可逆地增大10 cm 2时，体系的ΔG 等于（ ）。[北京科技大学2011研]

【答案】7.28×10－5 J

【解析】将水的表面积可逆地增大10 cm 2时，ΔG ＝γΔA ＝7.28×10－2×10×10－4 J ＝7.28×10－5 J 。

二、选择题

1．用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体：水、氯化钠水溶液、戊醇水溶液，则它们的滴数为（ ）。[北京科技大学2012研]

A ．一样多

B ．水的最多，戊醇水溶液最少

C ．氯化钠水溶液最多，戊醇水溶液最少

D ．戊醇水溶液最多，氯化钠水溶液最少 【答案】D

【解析】三种溶液的表面张力大小次序为：戊醇水溶液＜水＜氯化钠水溶液。界面吉布斯函数变为s s d d =G A γ，为了使得吉布斯函数变最小，可知相同体积的溶液，表面张力越大，其滴数越少。

2．醇类分子可以作为表面活性剂的原因为（ ）。[中国科学院大学2012研] A ．在界面上产生负吸附 B ．能形成胶囊束

C ．在界面上定向排列降低了表面能

D ．使溶液的表面张力增大 【答案】C

【解析】表面活性剂的分子能定向排列于任意两相之间的界面层中，使界面不饱和力场得到某种程度的补偿，从而使界面张力降低。

3．对含表面活性剂的水溶液，下面不正确的是（ ）。[中国科学院大学2012研] A ．()0,0T T c

γ∂∂＜＞

B ．()0,0T T c

γ∂∂＞＞

C ．2()H O Kc γγ=-

D ．0c T T ∞-＞ 【答案】B

【解析】表面活性剂是指加入少量就能显著降低溶液表面张力的一类物质，通常是指降低水的表面张力。由此可见含表面活性剂的水溶液，其表面张力减小，(

)00T T c

γ

∂∂＜，＞，

故B 项错误。

4．下面对于物理吸附的描述，哪一条不正确？（ ）[北京科技大学2011研] A ．吸附力基于范德华力，吸附一般没有选择性 B ．吸附较稳定，不易解吸

C ．吸附层可以是单分子层或多分子层

D ．吸附速度较快，吸附热较小 【答案】B

【解析】物理吸附的吸附力为范德华力，吸附力较弱，容易解吸。

三、计算题

1．将正丁醇蒸气在298.15 K 时慢慢加压，当开始形成半径为1×10－9 m 的微小液滴时，蒸气压力为多大？已知正丁醇的正常沸点为390 K ，Δvap H m ＝43.822 kJ·mol －1，298.15 K 时正丁醇的密度ρ ＝806 kg·m －3，表面张力γ ＝0.0261 N·m －1。[北京科技大学2012研]

解：设298.15 K 时正丁醇的蒸气压为p 2。 根据克劳修斯-克拉佩龙方程的定积分式

3vap m 21211143.8221011ln 4.16358.314298.15390H p p R T T ∆⎛⎫⨯⎛⎫

=--=--=- ⎪ ⎪⎝⎭

⎝⎭ 解得：p 2＝1.576 kPa 根据开尔文公式

3

r 9

2220.02617410ln 1.93348.314298.15806110p M p RT r γρ--⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯ 解得：p r ＝10.89 kPa

2．水蒸汽骤冷会发生过饱和现象。在夏天乌云中，用飞机撒干冰微粒，使气温骤降到293 K ，水汽的过饱和度0(/)p p 达4。已知在293 K 时，水的表面张力为-1

0.07288N m ⋅，密度为997 -3

kg m ⋅，试计算：（1）在此时开始形成的雨滴的半径；（2）每一雨滴中所含水的分子数。[电子科技大学2012研]

解：（1）根据Kelvin 公式，有

开始凝结的雨滴的半径为：

（2）每一雨滴的所含水的分子数为：

3．在 27 ℃时，水的密度、表面张力和饱和蒸汽压数据如下表所列：

（1）在27 ℃时，水在半径为4

1 5.010m R -=⨯的毛细管内上升0.028 m ，试求水与

毛细管壁的接触角。