《物理化学(第五版)》第十三章复习题答案
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• 答：小颗粒的CaCO3分解压大。因为小粒 的附加压力大，化学势高。
复习题8
• 8.设有内径一样大的a、b、c、d、 e、 f管及 内径比较大的g管一起插入水中（如图所 示），除f内壁涂有石蜡外，其余全是洁净 的玻璃管，若a管内液面升高为h,试估计其 余管内的水面高度？若先将水在各管内（c, d管除外）都灌到h的高度，再让其自动下降， 结果又如何？
水小心注入干燥杯子时，水面会高出杯面，这是
因为水的表面张力的收缩作用。如果在液面上滴
一滴肥皂液，液面将降低。
复习题11
11.为什么在相同的风力下，和海面的浪比湖面 大？用泡沫护海堤的原理是什么？ • （1）海水中有大量盐类，表面张力比湖水 大，可以形成较大的浪花（如较大的表面 张力液滴大）。
• （2）形成泡沫的物质可以使水的表面张力 降低，水的凝聚力减小，对堤坝的冲击力 降低。
• 二者的根本区别在于吸附力的不同。
复习题17
17.为什么气体吸附在固体表面一般是放热的？ 而确有一些气-固吸附是吸热的(H2(g)如在玻璃 上的吸附),如何解释现象？
• 由于吸附总是自发过程，故△G＜0，气体在固体 表面被吸附，固体不变，体系△S＜0，在等温下， 由△H＝ △G +T△S，可推△H＜0，故吸附一般 放热。当有气体原子解离发生时有化学键的改变， 使有些化学吸附的熵变大于零，这样吸热吸附的 情况下，也可以使ΔG小于零。
• 表面活性剂的能力：表面活性剂能使水的表面张力 下降的程度（又称有效值），两种数值常常相反。
• 表面活性剂有润湿、气泡、乳化、增溶、洗涤作用。
复习题16
16.什么叫吸附作用？物理吸附与化学吸附有何 异同点？两者的根本区别是什么？
• 固体的表面有剩余的力场，使气体分子可以 在固体的表面相对的浓集，这种作用中吸附 作用。P369。
复习题18
• 由于系统压力大小决定反应物在催化剂 表 面的吸附快慢与强弱，因而决定反应速度， 体现在速率方程上，就是反应级数不同。
• ① 由于反应物在表面的吸附很强，在分压 很小时，达到饱和吸附，反应速率与分压 无关；②N2O（g）在金表面的吸附较弱， 其分解呈一级反应； ③H原子在金表面的 吸附为弱吸附，复合时被吸附H的和气相H 的反应而复合，是二级反应；④ N2（g) 在 在金属钼表面的吸附为强吸附，可以形成 饱和吸附，但即是饱和吸附时，仍有NH3的 吸附，NH3分解速率不为零
复习题19
19.为什么用吸附法测定固体比表面时，被吸附 蒸气的比压要控制在0.05～0.35之间？BET吸附 公式与Langmuir吸附公式有何不同？试证明 BET公式在压力很小时（即时p<<ps）可还原 为Langmuir吸附公式。
• 因为压力过小时，建立不起来多层吸附平 衡，在压力过大时，可能产生毛细管凝聚，
复习题8
• b 管垂直高度为 h， • c 管调整表面曲率半径但不溢出， • d 管不溢出， • e 管高度为到扩大部分为止，但上去后不会下降仍
然为 h • f 管将下降为凸液面， • g 管为 1/n倍h。
复习题9
9.把大小不等的液滴（或萘粒）密封在一玻璃 罩内，隔相当长时间后，估计会出现什么现象？
复习题18
• 18.试说明同一个气固相催化反应，为何在 不同的压力下表现出不同的反应级数？请 在符合Langmuir吸附假设的前提下，从反 应物和产物分子的吸附性，解释下列实验 事 级 解实 数 是：反一①应级的反NH特应3点 ；(g)；在③②金HN原属2子O钨(在g表)在金面金表的表面分面的解的复呈分合零 是 率 面二 由 被N级于2N反(g2)应(所g)；饱的④和吸附，NH而但3(显速g)著率在降不金低为属，零钼但。的尽分管解表速
复习题1
1.比表面有哪能几种表示方法？表面张力与表面 Gibbs自由能有哪些异同点？
答：A0= As/m或A0= As/V； 表面张力又可称为表面Gibbs自由能，二者
数值一样。
但一个是从能量角度研究表面现象，另一个 是从力的角度研究表面现象；故二者物理意 义不同；单位不同。
复习题2
2.为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻 璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口）， 这些现象的本是什么？用同一滴管滴出相同体积 的苯。水和NaCl 溶液，所得的液滴数是否相同？
• 弯曲液面有附加压力，其最终会将不规则的液 面变为圆形或球形；
• 球形表面积最小，表面自由能最低，最稳定； • 不相同。
复习题3
• 3.用学到的关于界面现角的知识解释以下几 种做法或现象的基体原理：①人工降雨； ②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸 气时的毛细凝聚； ④过饱和溶液，过饱和 蒸气，过冷液体等过饱和现象； ⑤重量分 析中的“陈化” 过程；⑥喷洒农药时，为 何常常在农药中加入少量表面活性剂。
复习题12
12.如果某固体的大粒子(半径为R1')在水中形
成饱和溶液的浓度为c1，微小粒子(半径为R2')
在水中形成饱和溶液的浓度为c2，固—液界面
张力为γs-l .试证明饱和溶液浓度与曲率半径的
关系式为
ln
c2 c1
2 sl M RT
1 R2'
1 R1'
式中M为该固体的摩尔质量， 为其密度
1 R2'
1 R1'
复习题13
13.什么叫表面压？如何测定它？它与通常的气 体压力有何不同？
• 表面压为纯水的表面张力与膜表面张力之 差。可以用膜天平进行测定；与通常的气 体压力不同的是它是二维压力。
复习题14
14.接触角的定义是什么？它的大小受哪些因素 影响？如何用接触角的大小来判断液对固体的润 湿情况？
复习题4
• 4.在三通活塞的两端涂上肥皂液，关断右端 通路，在左端吹一个大泡，然后关闭左端， 在右端吹一个小泡，最后让左右两端相通。 试问当将两管接通后，两泡的大小有何变化？ 到何时达到平衡？讲出变化的原因及平衡时 两泡的曲率半径的比值。
复习题4
• 小球更小，大球更大； • 最后小泡变成一个与大泡曲率半径相同的
复习题12
大粒子与其溶液成平衡时
s,T , p1
小粒子与其溶液成平衡时
s,T
,p
RT
ln
c1 c
s,T , p2
两溶液的化学势之差
s,T , p
RT ln
RT
c2
ln
c2 c
两粒子的化学势之差
2 gl Mc1
R'
ln
c2 c1
2 sl M RT
弧； • 由于小泡的附加压力大，所以大泡变大，
小泡变小，最后使两泡的曲率半径相同。
复习题5
5.因系统的Gibbs自由能越低，系统越稳定，所 以物体总有降低本身表面Giibs自由能的趋势。 请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的 表面Gibbs自由能的。
• 纯液体：缩小液体表面积；
• 溶液：表面与本相中溶质的浓度不同；
• 小液滴消失，大液滴更大。 弯曲液面所产 生的附加压力将使液体在以小液滴形式分 散存在时比大量聚集存在时具有更大的饱 和蒸气压。
复习题10
10.为什么泉水和井水都有较大的表面张力？当将 泉水小心注入干燥杯子时，水面会高出杯面，这 是为什么？如果在液面上滴一滴肥皂液，会出现 什么现象？
• 因为泉水和井水溶有较多的离子，根据溶质对表 面张力的影响规律，有较大的表面张力；当将泉
• 接触角为在气液固三相交接处，气-液界面与固-液界 面 之间的夹角，其大小由三种界面张力的相对大小
决定；
• 接触角为零 ，液体在固体表面 铺展 ，
• 小于 90°液体能润湿固体，
• 大于 90°，不能润湿。
复习题15
15.表面活性剂的效率和能力有何不同？表面活 性剂有哪些主要作用？
• 表面活性剂的效率：使水的表面张力下降到一定值 时所需表面活性剂浓度。
复习来自百度文库3
• 这些现象都可以用开尔文公式说明，①、 ②、 ④、 ⑤是新相刚形面时的体积小，曲率半径小，对与之 平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。③多孔固体吸 附蒸气时，被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的， 其曲率半径小零，当气体的分压小于其饱和蒸气压 时，就可以发生凝聚。⑥喷洒农药时，在农药中加 入少量表面活性剂，可以降低药液的表面张力，使 药液在叶面上铺展。
吸附量不代表多层吸附平衡时固体表面所 对应的吸附量。BET吸附公式与Langmuir 吸附公式都是理想的吸附公式，而 Langmuir吸附公式是单层吸附公式，BET 公式是多层吸附公式。
复习题20
20.如何从吸附的角度来衡量催化剂的好坏？为什 么金属镍既是好的加氢催化剂，又是好的脱氢催 化剂？
• 良好的催化剂应该具有适中的吸附与脱附性能。 催化剂的活性与反应物在固体表面的吸附强度有 关，只有合适的吸附强度，其催化活性才大。催 化剂即可以加速正向反应，又能加速逆向反应， 所以金属镍既是好的加氢催化剂，又是好的脱氢 催化剂
• 固体：吸附作用。
复习题6
6.为什么小晶粒的熔点比大块固体的熔点低，而溶 解度却比大晶粒大？
• 根据开尔文公式 • 由于表面张力的存在，小晶粒的附加压力
大，它的化学势相对较高，所以小晶粒的 熔点比大块固体的熔点低，而溶解度却比 大晶粒大。
复习题7
7.若用CaCO3(s)进行热分解，问细粒CaCO3(s)的 分解压（p1）与大块的CaCO3(s)分解压（p2）原 相比，两者大小如何？试说明为什么？
复习题8
• 8.设有内径一样大的a、b、c、d、 e、 f管及 内径比较大的g管一起插入水中（如图所 示），除f内壁涂有石蜡外，其余全是洁净 的玻璃管，若a管内液面升高为h,试估计其 余管内的水面高度？若先将水在各管内（c, d管除外）都灌到h的高度，再让其自动下降， 结果又如何？
水小心注入干燥杯子时，水面会高出杯面，这是
因为水的表面张力的收缩作用。如果在液面上滴
一滴肥皂液，液面将降低。
复习题11
11.为什么在相同的风力下，和海面的浪比湖面 大？用泡沫护海堤的原理是什么？ • （1）海水中有大量盐类，表面张力比湖水 大，可以形成较大的浪花（如较大的表面 张力液滴大）。
• （2）形成泡沫的物质可以使水的表面张力 降低，水的凝聚力减小，对堤坝的冲击力 降低。
• 二者的根本区别在于吸附力的不同。
复习题17
17.为什么气体吸附在固体表面一般是放热的？ 而确有一些气-固吸附是吸热的(H2(g)如在玻璃 上的吸附),如何解释现象？
• 由于吸附总是自发过程，故△G＜0，气体在固体 表面被吸附，固体不变，体系△S＜0，在等温下， 由△H＝ △G +T△S，可推△H＜0，故吸附一般 放热。当有气体原子解离发生时有化学键的改变， 使有些化学吸附的熵变大于零，这样吸热吸附的 情况下，也可以使ΔG小于零。
• 表面活性剂的能力：表面活性剂能使水的表面张力 下降的程度（又称有效值），两种数值常常相反。
• 表面活性剂有润湿、气泡、乳化、增溶、洗涤作用。
复习题16
16.什么叫吸附作用？物理吸附与化学吸附有何 异同点？两者的根本区别是什么？
• 固体的表面有剩余的力场，使气体分子可以 在固体的表面相对的浓集，这种作用中吸附 作用。P369。
复习题18
• 由于系统压力大小决定反应物在催化剂 表 面的吸附快慢与强弱，因而决定反应速度， 体现在速率方程上，就是反应级数不同。
• ① 由于反应物在表面的吸附很强，在分压 很小时，达到饱和吸附，反应速率与分压 无关；②N2O（g）在金表面的吸附较弱， 其分解呈一级反应； ③H原子在金表面的 吸附为弱吸附，复合时被吸附H的和气相H 的反应而复合，是二级反应；④ N2（g) 在 在金属钼表面的吸附为强吸附，可以形成 饱和吸附，但即是饱和吸附时，仍有NH3的 吸附，NH3分解速率不为零
复习题19
19.为什么用吸附法测定固体比表面时，被吸附 蒸气的比压要控制在0.05～0.35之间？BET吸附 公式与Langmuir吸附公式有何不同？试证明 BET公式在压力很小时（即时p<<ps）可还原 为Langmuir吸附公式。
• 因为压力过小时，建立不起来多层吸附平 衡，在压力过大时，可能产生毛细管凝聚，
复习题8
• b 管垂直高度为 h， • c 管调整表面曲率半径但不溢出， • d 管不溢出， • e 管高度为到扩大部分为止，但上去后不会下降仍
然为 h • f 管将下降为凸液面， • g 管为 1/n倍h。
复习题9
9.把大小不等的液滴（或萘粒）密封在一玻璃 罩内，隔相当长时间后，估计会出现什么现象？
复习题18
• 18.试说明同一个气固相催化反应，为何在 不同的压力下表现出不同的反应级数？请 在符合Langmuir吸附假设的前提下，从反 应物和产物分子的吸附性，解释下列实验 事 级 解实 数 是：反一①应级的反NH特应3点 ；(g)；在③②金HN原属2子O钨(在g表)在金面金表的表面分面的解的复呈分合零 是 率 面二 由 被N级于2N反(g2)应(所g)；饱的④和吸附，NH而但3(显速g)著率在降不金低为属，零钼但。的尽分管解表速
复习题1
1.比表面有哪能几种表示方法？表面张力与表面 Gibbs自由能有哪些异同点？
答：A0= As/m或A0= As/V； 表面张力又可称为表面Gibbs自由能，二者
数值一样。
但一个是从能量角度研究表面现象，另一个 是从力的角度研究表面现象；故二者物理意 义不同；单位不同。
复习题2
2.为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻 璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口）， 这些现象的本是什么？用同一滴管滴出相同体积 的苯。水和NaCl 溶液，所得的液滴数是否相同？
• 弯曲液面有附加压力，其最终会将不规则的液 面变为圆形或球形；
• 球形表面积最小，表面自由能最低，最稳定； • 不相同。
复习题3
• 3.用学到的关于界面现角的知识解释以下几 种做法或现象的基体原理：①人工降雨； ②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸 气时的毛细凝聚； ④过饱和溶液，过饱和 蒸气，过冷液体等过饱和现象； ⑤重量分 析中的“陈化” 过程；⑥喷洒农药时，为 何常常在农药中加入少量表面活性剂。
复习题12
12.如果某固体的大粒子(半径为R1')在水中形
成饱和溶液的浓度为c1，微小粒子(半径为R2')
在水中形成饱和溶液的浓度为c2，固—液界面
张力为γs-l .试证明饱和溶液浓度与曲率半径的
关系式为
ln
c2 c1
2 sl M RT
1 R2'
1 R1'
式中M为该固体的摩尔质量， 为其密度
1 R2'
1 R1'
复习题13
13.什么叫表面压？如何测定它？它与通常的气 体压力有何不同？
• 表面压为纯水的表面张力与膜表面张力之 差。可以用膜天平进行测定；与通常的气 体压力不同的是它是二维压力。
复习题14
14.接触角的定义是什么？它的大小受哪些因素 影响？如何用接触角的大小来判断液对固体的润 湿情况？
复习题4
• 4.在三通活塞的两端涂上肥皂液，关断右端 通路，在左端吹一个大泡，然后关闭左端， 在右端吹一个小泡，最后让左右两端相通。 试问当将两管接通后，两泡的大小有何变化？ 到何时达到平衡？讲出变化的原因及平衡时 两泡的曲率半径的比值。
复习题4
• 小球更小，大球更大； • 最后小泡变成一个与大泡曲率半径相同的
复习题12
大粒子与其溶液成平衡时
s,T , p1
小粒子与其溶液成平衡时
s,T
,p
RT
ln
c1 c
s,T , p2
两溶液的化学势之差
s,T , p
RT ln
RT
c2
ln
c2 c
两粒子的化学势之差
2 gl Mc1
R'
ln
c2 c1
2 sl M RT
弧； • 由于小泡的附加压力大，所以大泡变大，
小泡变小，最后使两泡的曲率半径相同。
复习题5
5.因系统的Gibbs自由能越低，系统越稳定，所 以物体总有降低本身表面Giibs自由能的趋势。 请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的 表面Gibbs自由能的。
• 纯液体：缩小液体表面积；
• 溶液：表面与本相中溶质的浓度不同；
• 小液滴消失，大液滴更大。 弯曲液面所产 生的附加压力将使液体在以小液滴形式分 散存在时比大量聚集存在时具有更大的饱 和蒸气压。
复习题10
10.为什么泉水和井水都有较大的表面张力？当将 泉水小心注入干燥杯子时，水面会高出杯面，这 是为什么？如果在液面上滴一滴肥皂液，会出现 什么现象？
• 因为泉水和井水溶有较多的离子，根据溶质对表 面张力的影响规律，有较大的表面张力；当将泉
• 接触角为在气液固三相交接处，气-液界面与固-液界 面 之间的夹角，其大小由三种界面张力的相对大小
决定；
• 接触角为零 ，液体在固体表面 铺展 ，
• 小于 90°液体能润湿固体，
• 大于 90°，不能润湿。
复习题15
15.表面活性剂的效率和能力有何不同？表面活 性剂有哪些主要作用？
• 表面活性剂的效率：使水的表面张力下降到一定值 时所需表面活性剂浓度。
复习来自百度文库3
• 这些现象都可以用开尔文公式说明，①、 ②、 ④、 ⑤是新相刚形面时的体积小，曲率半径小，对与之 平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。③多孔固体吸 附蒸气时，被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的， 其曲率半径小零，当气体的分压小于其饱和蒸气压 时，就可以发生凝聚。⑥喷洒农药时，在农药中加 入少量表面活性剂，可以降低药液的表面张力，使 药液在叶面上铺展。
吸附量不代表多层吸附平衡时固体表面所 对应的吸附量。BET吸附公式与Langmuir 吸附公式都是理想的吸附公式，而 Langmuir吸附公式是单层吸附公式，BET 公式是多层吸附公式。
复习题20
20.如何从吸附的角度来衡量催化剂的好坏？为什 么金属镍既是好的加氢催化剂，又是好的脱氢催 化剂？
• 良好的催化剂应该具有适中的吸附与脱附性能。 催化剂的活性与反应物在固体表面的吸附强度有 关，只有合适的吸附强度，其催化活性才大。催 化剂即可以加速正向反应，又能加速逆向反应， 所以金属镍既是好的加氢催化剂，又是好的脱氢 催化剂
• 固体：吸附作用。
复习题6
6.为什么小晶粒的熔点比大块固体的熔点低，而溶 解度却比大晶粒大？
• 根据开尔文公式 • 由于表面张力的存在，小晶粒的附加压力
大，它的化学势相对较高，所以小晶粒的 熔点比大块固体的熔点低，而溶解度却比 大晶粒大。
复习题7
7.若用CaCO3(s)进行热分解，问细粒CaCO3(s)的 分解压（p1）与大块的CaCO3(s)分解压（p2）原 相比，两者大小如何？试说明为什么？