第十章 界面现象 答案
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。
第十章界面现象解析
1 mol 饱和蒸气 (pr)
G2
pr p
Vm
(
g
)dp
RT
ln
pr p
p p
G p
Vm (l)dp
Vm (l)p
M 2 r
RT ln
pr p
Vm
2
r
M
2
r
开尔文公式
1. Kelvin公式可以表示为两种不同曲率半径的液滴或蒸 气泡的蒸气压之比
RT ln pr 2M 2Vm p r r
as As / m或as As /V
3. 多孔硅胶、分子筛、活性炭、纳米材料具有很 高的比表面积
分散度与比表面积
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小 的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。
把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割成小立方体：
立方体边长(m)
10-2 10-4 10-6 10-8 10-9
p大气
h
p
产生过热液体示意图
p 2 11780kPa
r
在实验中,为防止液体的过热现 象,常在液体中投入一些素烧瓷 片或毛细管等物,因为这些多孔 性物质的孔中储存有气体,它们 成为新相的种子,使液体的过热 程度大大降低
过冷液体
过冷液体:应当凝固而未凝固的液体 主要原因:因为微小晶体的饱和蒸气压恒大于普通晶体 的饱和蒸气压。
p
C
O’ O
.A‘ A
0
Tf’ Tf
t
产生过冷液体现象示意图
在过冷液体中,加入小晶体作为 新晶种,则能使液体迅速凝固
过饱和溶液
过饱和溶液:在应当温度下,溶液的浓度已超过了饱和浓度, 而仍未析出晶体的溶液
主要原因:小晶体的溶解度大于普通晶体的溶解度.
第十章__界面现象2005.11.20
有等于系统增加单位面积时所增加的吉布斯函数，
所以也称为表面吉布斯函数
9
例：
20 ℃时汞的表面张力 =4.85×10
-1
N· m
-1
，若在此温度
及101.325 kPa 时，将半径r1 = 1 mm的汞滴分散成半径为 r2 =10-5 mm 的微小液滴时，请计算环境所做的最小功。 解：因为T，p 恒定，所以为常数，环境所做的最小功为可逆过程 表面功W’，
6
此实验证明，液体表面层存在着一个平行于液面，垂直 于分界线的力，此力使表面收缩 —— 表面张力。
对于弯曲液面，表面张力则与液面 相切。
表面张力
7
2. 表面功与表面张力表面吉布斯函数：
dx
当T、p、n不变的条件下，若把 MN移动dx，
F外
l
则增加面积dA=2l· dx，
此时外界必反抗表面张力做功。 WR' F外 dl 在可逆条件下：F外=F表+dF≌F表
15
5. 影响表面张力的因素
（1）表面张力和物质性质有关和它接触的另一相的性质有关。 （i）和空气接触时，液体和固体中的分子间作用力越大表面 张力越大。一般：
(金属键)＞ (离子键)＞ (极性共价键)＞ (非极性共价键)
（ii）同一种物质和不同性质的其它物质接触时，界面层中分 子所处的力场不同，界面张力出现明显差异。（看下表数据）
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某些液体、固体的表面张力和液/液界面张力
物质 水(溶液) 乙醇(液)
/（10-3
N· -1） m 72.75 22.75
T/K 293 293
物质 W(固) Fe(固)
物理化学界面现象
物理化学界面现象一、选择题1. 同一系统，比表面自由能和表面张力都用γ 表示，它们( )A 物理意义相同，数值相同；B 量纲和单位完全相同；C 物理意义相同；D 前者是标量，后者是矢量相同，单位不同。
2.在液面上，某一小面积 S 周围表面对 S 有表面张力，下列叙述不正确的是( )A 表面张力与液面垂直；B 表面张力与 S 的周边垂直垂直；C 表面张力沿周边与表面相切；D 表面张力的合力在凸液面指向液体内部（曲面球心），在凹液面指向液体外部。
3. 下列叙述正确的是( )A 比表面自由能的意义是，在定温定压下，可逆地增加单位体积引起系统吉布斯自由能的增量；B 表面张力的意义是，在相表面的功面上，平行作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力；C比表面自由能单位为J.m2,表面张力单位为N.m-1时，两者数值相同；D 比表面自由能与表面张力量纲一致，但单位不同。
4.一个玻璃毛细管分别插入 25ºC 和 75ºC 的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度( )A 相同；B 无法确定；C 25ºC 水中高于 75ºC 水中；D 75ºC 水中高于 25ºC 水中。
5.纯水的表面张力是指恒温恒压组成时水与哪类相接触的界面张力( )A 饱和水蒸汽;B 饱和了水蒸气的空气;C 空气;D 含有水蒸气的空气。
6.已知 20ºC时水～空气的界面张力为7.27×10-2N·m-1，当在 20ºC下可逆地增加水的表面2,则系统的ΔG为 ( )积4cmA2.91×10-5J B2.91×10-1J C－2.91×10-5J D－2.91×10-1J7.对处于平衡状态的液体，下列叙述不正确的是( )A 凸液面内部分子所受压力大于外部压力；B 凹液面内部分子所受压力小于外部压力；C 水平液面内部分子所受压力大于外部压力；D 水平液面内部分子所受压力等于外部压力。
界面现象主要内容1界面与表面定义两相的接触面称为
第十章界面现象主要内容1.界面与表面(1)定义：两相的接触面称为界面；与气体接触的界面称为表面。
(2)界面（表面）的种类：气体气固界面固体1固固界面固体2气固表面面气面气液界界液表固固液界面液面液体1液液界面液体22.液体的表面张力、表面功、表面吉布斯函数(1)表面张力是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位：N.m-1。
表面张力作用方向对于平液面是沿着液面并与液面平行，对于弯曲液面则与液面相切。
＝F / 2l(2)表面张力是使液体增加单位表面时环境所需做的可逆功，单位：δW r / dA s(3)表面张力是系统增加单位面积时所增加的吉布斯函数变，单位：G()T , p3.界面热力学公式-2 J.m 。
J.m-2。
只有一个相界面时：dU = TdS - pdV + γAd s + dH = TdS + Vdp + γAd s + dA =-SdT - pdV + γdA s + dG =-SdT + Vdp + γdA s +在定温、定压、定组成下：B dn BB dn BB dn BB dn BdG dA sG s i A s i则当系统内有多个界面时：i4.界面张力的影响因素：界面张力取决于界面的性质，凡能影响物质性质的因素，对界面张力皆有影响。
(1)物质的本性：不同的物质，分子之间的作用力不同，对界面上分子的影响不同。
一般化学键越强，表面张力越大。
γ金属键 >γ离子键 >γ极性共价键 >γ非极性共价键两种液态物质之间的表面张力一般介于两液体表面张力之间。
(2)温度：同一种物质的界面张力一般随温度的升高而减小。
(3)压力：一般压力升高表面张力下降。
5.弯曲液面的性质(1)附加压力及毛细管现象：弯曲液面存在附加压力。
将弯曲液面内外压力差△ P 称为附加压力。
附加压力 p 总是指向球面的球心（或曲面的曲心 )。
p 2/ r式中 r 为弯曲液面的半径。
此式即为 Laplace 方程，适于计算小液滴和液体中的小气泡的附加压力。
10-界面现象 习题
化学吸附
范德华力
化学键力
单层或多层
单层
小（近于液化热） 大（近于反应热）
无或很差
较强
可逆
不可逆
易达到
不易达到
10
（7） 接触角（润湿角）
s
M
P
l
O
O
N
sl
接触角：气液固三相点处，气液界面的切线与固液界面的夹角
经过液体内部
润湿：固体表面上的气体被液体取代的过程。 接触过程的 △G＜0。Gibbs函数降低越多，越易润湿。
解： 液体B在另一不互溶液体A上能否发生铺展，则
SB A－ B AB 0自动铺展 A
（1）SH2O Hg－ H2O H2O-Hg Hg =（486.5-72.75-375）mN m1 38.75mN m1＞0
水在汞的表面上能发生铺展
（2） SHg H2O－ Hg H2O-Hg
一般情况下，表面活性物质的 - c 曲线
kc m 1 kc
1. 表面现象在自然界普遍存在，但有些自然现象与表面现象 并不密切相关，例如
(A) 气体在固体上的吸附 (B) 微小固体在溶剂中溶解 (C) 微小液滴自动呈球形 (D) 不同浓度的蔗糖水溶液混合
答案：D
2. 液体的附加压力和表面张力的联系与区别在于 (A) 产生的原因和方向相同而大小不同 (B) 作用点相同而方向和大小不同 (C) 作用点相同而产生的原因不同 (D) 产生的原因相同而方向不同 答案：D
——液体密度
g——重力加速度
cos r
rl
rl
r
cos
当接触角θ<90o时，液体在毛细管中上升，凹液面； 当接触角θ>90o时，液体在毛细管中下降，凸液面。
第十章 界面现象
第十章界面现象1．液体在毛细管中上升的高度与基本无关。
A．温度 B．液体密度 C．大气压力 D．重力加速度2．微小晶体与同一种的大块晶体相比较，下列说法中不正确的是。
A．微小晶体的饱和蒸气压大 B.微小晶体的表面张力未变C. 微小晶体的溶解度小D.微小晶体的熔点较低3．水在某毛细管内上升高度为h，若将此管垂直地向水深处插下，露在水面以上的高度为h/2，则。
A．水会不断冒出B. 水不流出，管内液面凸起C. 水不流出，管内凹液面的曲率半径增大为原先的2倍D．水不流出，管内凹液面的曲率半径减小为原先的一半4. 在用最大气泡法测定液体表面张力的实验中，是错误的。
A.毛细管壁必须清洁干净B.毛细管口必须平整C.毛细管必须垂直放置D.毛细管须插入液体内部一定深度5. 在干净的粗细均匀的U形玻璃毛细管中注入纯水，两侧液柱的高度相同，然后用微量注射器从右侧注入少许正丁酸水溶液，两侧液柱的高度将是。
A．相同 B．左侧高于右侧C．右侧高于左侧 D．不能确定6. 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，然后使左右两端相通，将会出现什么现象。
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7. 在一支干净的、水平放置的、内径均匀的玻璃毛细管中部注入一滴纯水，形成一自由移动的液柱。
然后用微量注射器向液柱右侧注入少量NaCl水溶液，假设接触角不变，则液柱将。
A. 不移动 B．向右移动C．向左移动 D无法判断8. 在潮湿的空气中，放有3只粗细不等的毛细管，其半径大小顺序为:r1>r2>r3，则毛细管内水蒸气易于凝结的顺序是。
A．1，2，3 B．2，3，1C．3，2，1 D无法判断9．人工降雨是将AgI微细晶粒喷洒在积雨云层中，目的是为降雨提供。
A. 冷量 B．湿度 C．晶核 D．温度10. 下面对于物理吸附的描述，不正确。
A．吸附力基于van der Waals力，吸附一般没有选择性B．吸附层可以是单分子层或多分子层C．吸附速度较快，吸附热较小D．吸附较稳定，不易解吸11．下列叙述不正确的是 .A 农药中加入润湿剂可使和减小，药液在植物表面易于铺展；B 防水布上涂表面活性剂使减小，水珠在其上不易铺展；C 泡沫浮选法中捕集剂极性基吸附在矿石表面，非极性基向外易被吸附在泡沫上；D 起泡剂的主要作用是增大液体表面张力。
(完整版)界面现象测试题答案
用同一滴管分别滴下 1 cm3 NaOH 水溶液、 水、乙醇水溶液, 各自的滴数
( ) 参考答案: C
水 15 滴, NaOH 水溶液 18 滴, 乙醇水溶液 25 滴
水 18 滴, NaOH 水溶液 25 滴, 乙醇水溶液 15 滴
水 18 滴, NaOH 水溶液 15 滴, 乙醇水溶液 25 滴
d为内径相同的石蜡毛细管(水不润湿石蜡)，则下列叙述不正确的是：
: B
(A) b管中水柱自动升至h’，若将水吸至高于h，
h ；
(B) c管中水柱自动升至h? 并向下滴水 ；
(C) c管中水柱自动升至h? ，不向下滴水
(D) d管中水面低于槽中水平面 。
把细长不渗水的两张白纸互相靠近(距离为 d )，平行地浮在水面上, 用玻璃
三者的滴数皆为 18 滴
．涉及溶液表面吸附的说法中正确的是：参考答案: C
(A)溶液表面发生吸附后表面自由能增加 ；
(B)溶液的表面张力一定小于溶剂的表面张力 ；
(C)定温下，表面张力不随浓度变化时，浓度增大，吸附量不变 ；
(D)饱和溶液的表面不会发生吸附现象 。
下面说法不正确的是： ( ) 参考答案: C
(B)p < p0 (C) p > p0 (D) 不确定
．下列摩尔浓度相同的各物质的稀水溶液中，哪一种溶液的表面发生负吸附：
参考答案: A
(A)硫酸； (B)己酸 ； (C) 硬脂酸 ； (D) 苯甲酸 。
将一毛细管端插入水中，毛细管中水面上升 5 cm，若将毛细管向下移动，
．弯曲液面下的附加压力与表面张力的联系与区别在于：参考答案: C
(A) 产生的原因与方向相同，而大小不同；
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摘要：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，这是物理化学中的一个重要内容。
界面现象是指两种或多种物质相互接触时，由于它们之间的相互作用力不同，会发生的一系列现象。
这些现象包括表面张力、接触角、界面电荷等。
本章主要通过讲述这些现象，使读者了解并掌握界面现象的基本概念和相关知识。
二、课后思考题解答1.问题一：请简述表面张力的概念及其产生原因。
答：表面张力是指液体分子之间的相互作用力。
当液体与气体接触时，液体表面层的分子受到气体分子的吸引，使液体表面层的分子间距大于液体内部分子间距，从而使液体表面形成一个收缩的趋势。
这种使液体表面有收缩趋势的力称为表面张力。
2.问题二：请解释接触角的概念，并举例说明。
答：接触角是指液体与固体接触时，液体与固体的界面形成的角度。
接触角可以用来判断液体与固体的亲水性或疏水性。
当接触角小于90°时，液体与固体呈亲水性；当接触角大于90°时，液体与固体呈疏水性。
例如，水滴在玻璃板上时，水滴与玻璃板接触角大于90°，说明水与玻璃呈疏水性。
3.问题三：请简述界面电荷的概念及其产生原因。
答：界面电荷是指在两种介质接触的界面上，由于介质的极性不同，会产生电荷分布的现象。
当两种介质接触时，如果它们的极性不同，就会在接触界面上产生正负电荷。
这些电荷称为界面电荷。
例如，当金属与非金属接触时，由于金属表面的电子与非金属表面的电子互相转移，会在接触界面上产生界面电荷。
通过以上解答，我们可以更好地理解物理化学第六版第十章界面现象的相关知识。
物化第十章习题
板上，滴上一小滴水，再在水上覆盖上油，这时
水对毛细管的润湿角为，如习题 10.7 图图(b)所
示。油和水的密度分别用O 和W 表示，AA/为油水界面，油层的深度为 h/。请导出水在毛细管中 上升的高度 h 与油-水界面张力WO 之间的定量关
系。
解：因为在油中水可以润湿玻璃管，在玻璃毛细管中油-水界面为凹面，毛细管半径
பைடு நூலகம்
题 10.8 图示
10.9 已知在 273.15K 时，用活性炭吸附 CHCl3，其饱和吸附量为 93.8dm3kg-1， 若 CHCl3 的分压力为 13.375kPa，其平衡吸附量为 82.5dm3kg-1，试求：
（1） 朗谬尔吸附等温式中的 b 值；
（2） CHCl3 的分压力为 6.6672kPa 时，平衡吸附量为若干？
解：（1）因为
Va
Vma
bp 1 bp
依题意 V a=93.8dm3kg-1， Vma=82.5dm3kg-1 p=13.375kPa 代入上式得 b=[82.5/13.375×(93.8-82.5)] kPa-1= 0.5459 kPa-1
（2）当 p=6.6672kPa 时
V
a
Vma
bp 1 bp
答：亚稳态是热力学不完全稳定的状态，常见的亚稳态有过饱和蒸气、过热液体、 过冷液体、过饱和溶液。产生的原因是在新的相生成时，颗粒极其微小,其比表面积和表 面吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极为困难而造成亚稳态的产生。防止亚稳 态产生的方法一般是引入“种子”，使之形成结晶或凝聚或气化核心。
（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间恒温放置后，会 出现什么现象？
解：对方程 V a=kpn 取对数可得：
界面现象问答题
1液滴会自动成球形，固体表面有吸附作用，溶液的表面也会有吸附现象，请给予热力学解释。
答：在一定的T、p下，系统的吉布斯函数越低越稳定。
G =σ A 液滴自动呈球形是因为相同体积时，液滴的表面积最小。
固体表面和液体表面有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。
2工业上常用喷雾干燥法处理物料。
答：根据开尔文公式可知，微小液滴的饱和蒸气压比普通平液面的饱和蒸气压的大，因此在同样温度下更易挥发，使物料达到干燥的目的。
3用同一滴管在同一条件下分别滴下同体积的三种液体，水、硫酸水溶液、丁醇水溶液，则它们的滴数最多的是哪一个，最少的是哪一个？答：把水的表面张力看为定值，加入硫酸后硫酸水溶液的表面张力增大，加入丁醇后丁醇水溶液的表面张力减小，表面张力越大越易形成球状。
所以硫酸的滴数最少，丁醇滴数最多。
4、解释下列各种现象及其产生原因（1）均匀混合的油水系统经静止后会自动分层；（2）自由液滴或气泡通常呈球型；（3）粉尘大的工厂或矿山容易发生爆炸事故。
答：（1）均匀混合的油水系统静止后分层是液体自动缩小界面积的现象。
均匀混合的油水系统是多相分散体系，相与相之间的界面积很大，界面能很高，处于不稳定状态，因而会自动缩小界面积而使系统趋于稳定。
2）自由液滴或气泡也是液体自动缩小界面积的现象。
一方面由于体积一定时，球型液滴表面积最小，另一方面若形成凸凹不平的不规则表面，在凸凹处分别受到相反方向附加压力的作用，在这些不平衡力的作用下，必然会形成球型表面，各处压力均衡，系统才处于稳定状态。
3）粉尘是细小的固体颗粒分散在空气中形成的分散系统，颗粒越小，表面积越大，表面能越高，因处于极不稳定的状态。
当遇到明火、撞击等不安全因素时，就会导致系统的燃烧甚至爆炸。
5、纯水和矿泉水注满玻璃杯时，哪一个的液面会更高于杯口？答：矿泉水中含有无机盐离子，可使水的表面张力增大，进而增大了水于玻璃杯壁的接触角，所以矿泉水的液面会更高于杯口6、气、固相反应CaCO3（s）——CaO（s）+ CO2（g）已达平衡。
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。
第10章-界面现象习题答案
第10章界面现象10.1 请回答下列问题：（1）常见的亚稳定状态有哪些？为什么会产生亚稳定状态？如何防止亚稳定状态的产生？解：常见的亚稳定状态有：过饱和蒸汽、过热或过冷液体和过饱和溶液等。
产生亚稳定状态的原因是新相种子难生成。
如在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生产新相，故而最初生成的新相，故而最初生成的新相的颗粒是极其微小的，其表面积和吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极其困难，进而会产生过饱和蒸气、过热或过冷液体和过饱和溶液等这些亚稳定状态。
为防止亚稳定态的产生，可预先在系统中加入少量将要产生的新相种子。
（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间恒温放置后，会出现什么现象？解：若钟罩内还有该液体的蒸气存在，则长时间恒温放置后，出现大液滴越来越大，小液滴越来越小，并不在变化为止。
其原因在于一定温度下，液滴的半径不同，其对应的饱和蒸汽压不同，液滴越小，其对应的饱和蒸汽压越大。
当钟罩内液体的蒸汽压达到大液滴的饱和蒸汽压时。
该蒸汽压对小液滴尚未达到饱和，小液滴会继续蒸发，则蒸气就会在大液滴上凝结，因此出现了上述现象。
（3）物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么？解：物理吸附与化学吸附最本质的区别是固体与气体之间的吸附作用力不同。
物理吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为范德华力，化学吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为化学键力。
（4）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？解：在一定温度、压力下，物理吸附过程是一个自发过程，由热力学原理可知，此过程系统的ΔG<0。
同时气体分子吸附在固体表面，有三维运动表为二维运动，系统的混乱度减小，故此过程的ΔS<0。
根据ΔG=ΔH-TΔS可得，物理吸附过程的ΔH<0。
在一定的压力下，吸附焓就是吸附热，故物理吸附过程都是放热过程。
10.2 在293.15K及101.325kPa下，把半径为1×10-3m的汞滴分散成半径为1×10-9m小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为多少？已知汞的表面张力为0.4865N·m-1。
合肥工业大学-物理化学习题-第十章、界面现象合并
1 液体在玻璃毛细管中是上升还是下降, 取决于该液体的什么 性质? ______ B A. 粘度 B. 界面张力 C. 密度 A 2 纯组分系统的表面Gibbs函数值 ____. A. 大于零 B. 小于零 C. 等于零 B 3 表面张力与下述哪些因素无关? ____ A. 物质本身性质 B. 物质总表面积
pr 2M ln p RTr 2 71.97 10- 3 N m -1 18.02 10- 3 k g m ol-1 8.314J K -1 m ol-1 298K 0.9971 10- 3 k g cm - 3 10- 7 m 1.049 10- 2
00-7-15 8
10 在某盐的过饱和溶液中, 不慎落入一小尘埃, 结果使溶液很 快析出结晶盐. 可以推断界面张力尘|盐____<尘| 液, 理由是 ______________________________________________________ 在相变开始的瞬间, 主要是界面Gibbs函数的减小而不是相变 ______________________________________________________ 本身引起的Gibbs函数的减小起作用, 亦即新形成的尘|盐界面 ______________________________________________________. 和盐|液界面的总界面张力应小于同步消失的尘|液界面张力. 11 已知20℃时, 水|空气界面张力为7.2810－2 Nm－1, 当在20 2.9110－5 ℃和常压下可逆地增大水的表面积4cm2, 需做功___________J. 12 有人设计如图所示的“永动机”, 不断 上升的液体在未达最高点之前就折回并滴下, 推动小涡轮转动. 这种“永动机”不可能造 毛细上升的动力在于凹液面下的附 成的原因是 加压力 , 而在液滴脱离管口的过程中, 凹液面 _____________________________ 曲率半径增大 , 附加压力随之减小, 当减小到 ______________________________________ 与静压差相等时就达平衡 ______________________________________ 00-7-15 _______________________.
(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。
第10章 界面现象题解
第十章 界面现象10.1(1) 解：常见的亚稳状态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
在蒸汽冷凝、液体凝固、沸腾及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生成新相，故而最初生成的 新相极为困难。
由于新相难以生成，进而会产生过饱和蒸汽、过冷或过热液体，以及过饱和溶液等。
对于过饱和溶液来说，当蒸汽当中含有灰尘存在或容器内表面粗糙时，这些物质可以成为蒸汽的凝结中心，使液滴核心易于生成及长大，在蒸汽的过饱和程度较小的情况下，蒸汽就可以凝结。
对过热液体来说，为了防止过热现象，常在液体中加一些素烧瓷片或毛细管物质，因为这些多孔性物质的孔中储存有气体，因而绕过了产生极微少气泡的困难阶段，使液体的过热程度大大降低。
对于过冷液体来说，在过冷液体中加入小晶体作为新相种子，则使液体迅速凝固成晶体。
对于过饱和溶液来说，投入小晶体作为新相种子的方法，防止溶液过饱和程度过高，从而获得较大颗粒的晶体。
(2) 解：小球消失，大球增大。
在温度一定下，液滴越小，饱和蒸汽压越大。
所以小球不断挥发。
冷凝凝结在大球上，形成一个体积比原小球与大球体积之和稍大的球。
(3) 解：气泡形状为半球形，由于重力作用，与水面相碰撞，气体钻到雨滴内，内部气体形成的压力p =r p σ4+Ο,中间液膜p =rp σ2+Ο，所以形成半球形，且液体不断挥发，气泡爆裂。
(4) 解：本质区别：吸附剂与吸附质作用不同。
物理吸附：吸附剂与吸附质分子间以范德华引力相互作用。
化学吸附：吸附剂与吸附质分子间发生化学反应，以化学键相结合。
(4) 解：吸附是一个自发过程，在吸附过程中，气体分子由三维空间被吸附到二维表面，自由度减少了，分子的平动受到了限制，所以吸附过程是熵减少的过程。
G Δ=H Δ–S T Δ，吸附过程的H Δ应为负值，所以物理吸附是吸热过程。
10.2 解：N = 3133434R R ππ=313R R=()()3933101101--⨯⨯=1810 sA =214R π=()234-10⨯⨯π=510256.1-⨯2m1s ，A =N ⨯214R π=()29181014.3410-⨯⨯⨯=12.562m ()表面G p T ,Δ = r ⨯(1s ，A –s A )=0.47⨯(12.56–510256.1-⨯) = 5.903J10.3 解：θcos =lls s r r r -=0107.0375.0379.0- θ=05.6810.4 解：p p RT r ln =r M ργ2 p p r ln =15.293314.8103.99810181075.722933⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--= 1.076pp r= 2.93 r p = 2.93⨯2.337 = 6.847kPa 10.5 解：p p RT r ln =r M ργ2 325.101ln 15.773314.81030390010100010121022ln 933r r p rRT M p p =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---ργ r p = 2530.339Pa10.6解：r γ2P =∆=a 3613kP 1010177m101.0m N 1085.582⨯=⨯⋅⨯⨯---10.7解：ghp p gh p 油大气ρρ+=∆=∆gh g p h ρρ''+=⇒油大气θγγγcos -ow +=玻璃谁玻璃10.8解;θγγγβαβαcos +=10.9解:rp ghp γρ2=∆=∆623101056.28.910235.0212⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=⇒--gh r ργ=23.3mN·m -1 10.10解: ()1m mN 3758.7248322--⋅--=--=O H O H H g H g S γγγ()1m mN 3754838.7222--⋅--=--=H g H g O H O H S γγγ10.11 解：对n a kp V = 取对数，可得 p n k V lg lg lg +=a以a对作图，可得一直线，由直线斜率和截距可求出n 和kl g Valg p10.11题（舍掉第二、三点）斜率即n=0.6029 截距即lgk=1.09477 k=12.4310.12解：对na kc n =取对数得 a=+n 以a 对作图。
物理化学第五版课后习题答案
第十章 界面现象10－1 请回答下列问题：(1) 常见的亚稳定状态有哪些为什么产生亚稳态如何防止亚稳态的产生(2) 在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象(3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由 (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么(5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。
(2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。
(3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。
(4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。
物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。
(5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。
10－2 在及下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少已知时汞的表面张力为 N ·m －1。
解： 3143r π＝N×3243r π N ＝3132r rΔG ＝21A A dA γ⎰＝(A 2－A 1)＝4·( N 22r －21r )＝4·(312r r －21r )＝4××(339 (110)110--⨯⨯－10－6)＝J10－3 计算时时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。
第十章界面现象
物化第十章界面现象习题一、名词解释1. 表面活性剂2. 接触角3. 表面张力4. 临界胶束浓度5. 吸附6. 溶液的表面吸附二、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？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。
3. 为什么表面活性剂能大大地降低水的表面张力？4. 表面活性物质的增溶作用是什么？增溶作用与一般溶解有什么区别？5. 气-固、液-固、液-液界面分别以什么方式降低表面自由能？6. 简述人工降雨的科学道理。
7. 加热液体时为什么会出现过热现象？怎样避免暴沸？请解释原因。
8 为什么空气中会出现水蒸气过饱和的现象？人工降雨的道理何在？9. 在亲水固体表面，经过表面活性剂（如防水剂）处理后，为什么可以改变其表面性质，使其具有憎水性？三、判断题1. 比表面吉布斯自由能与表面张力符号相同，数值相等,所以两者的物理意义相同。
2. 在液体中形成的小气泡，气泡的半径越小，泡内饱和蒸汽压越小。
3. 若增加浓度能使表面张力增大时，则溶质在表面层发生正吸附。
4.只有表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，才具有增溶作用。
5. 在恒温下，液体的分散度越大，其饱和蒸气压也越大7．只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。
8．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。
9．比表面吉布斯函数是指恒温、桓压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。
所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。
10．恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。
11．过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。
12．液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。
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第十章 界面现象答案仅作参考，以课堂讲授为准10.1 在293.15 K 及101.325kPa 下，把半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为多少？已知汞的表面张力为0.4865N·m -1。
解：设大汞滴的半径为r1，小汞滴的半径为r2，小汞滴的数目为N ，因为分散前后的以及不变，故3333318112924411011033110=r r N r N r ππ--⎛⎫⎛⎫⨯===⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭，即个 ()()()()(){}21222121222218932144440.4865101101106.114d JA A G A A A N r r Nr r γγγπππγπ--∆==-=-=-=⨯⨯⨯⨯-⨯=⎰ 10.2计算373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压。
已知373.15K 时水的表面张力为58.91×10-3 N·m -1。
（1）水中存在的半径为0.1μm 的小气泡；（2）空气中存在的半径为0.1μm 的小液滴；（3）空气中存在的半径为0.1μm 的小气泡。
解：根据2s p rγ∆= （1）()362258.91101 1.178100.110-3-==kPa s p r γ⨯⨯∆=⨯⨯ （2）()362258.91102 1.178100.110-3-==kPa s p r γ⨯⨯∆=⨯⨯ （3）空气中存在的小气泡有内外两个表面，且r 内≈r 外。
即：()364258.91103 2.356100.110-3-==kPa s p r γ⨯⨯∆=⨯⨯ 10.3293.15K 时，将直径为0.1mm 的玻璃毛细管插入乙醇中。
问需要在管内加入多大的压力才能防止液面上升？如不加任何压力，平衡后毛细管内液面高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10-3 N·m -1，密度为789.4kg·m -3，重力加速度为9.8m·s -2。
设乙醇能很好地润湿玻璃。
解：为防止管内液面上升，则所加压力恰好等于管内附加压，即3/322cos 222.31010.1102--== 882Pa s p r r γγθ⨯⨯⨯∆==⨯ /22cos s gh p r rγγθρ=∆== 即：()332cos 222.31010.1150.110789.49.82--=m h gr γθρ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯ 10.4 水蒸气迅速冷却至298.15K 时可达过饱和状态。
已知该温度下的表面张力为71.97×10-3 N·m -1，密度为997kg·m -3。
当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸汽压的4倍时，计算。
（1）开始形成水滴的半径；（2）每个水滴中所含水分子的个数。
解：（1）根据Kelvin 公式：2lnr p M RT p r γρ= ()33102271.97101810/ln /8.314298.15ln 47.5610997r m p M r RT p γρ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯即:= （2）()310323399747.56104 6.021*********m r N nL L L M M πρπ--⨯⨯⨯====⨯⨯=⨯⨯个10.5 已知CaCO 3（s ）在773.15K 时的密度3900kg·m -3，表面张力为1210×10-3 N·m -1，分解压力为101.325Pa 。
若将CaCO 3（s ）研磨成半径为30nm （1nm=10-9m ）的粉末，求其在773.15K 时的分解压力。
解：根据Kelvin 公式：2ln r p M RT p rγρ= 3392121010100.09108.314773.15ln 101.32539003010139.8--r -r =Pap p ⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯10.6 已知273.15K 时，用活性炭吸附CHCl 3，其饱和吸附量为93.8dm 3·kg -1，若CHCl 3的分压为13.375kPa ，其平衡吸附量为82.5 dm 3·kg -1。
试求：（1）朗缪尔吸附等温的b 值；（2）CHCl 3的分压为6.6672 kPa 时，平衡吸附量为若干？解：（1）根据朗缪尔吸附等温式：()()1182.50.545913.37593.882.5a a m a-a a m =kPa V bp bpV V b p V V +===⨯-- 即：（2）310.5459 6.667293.873.58110.5459 6.6672a am ===dm kg +bpV V bp -⨯⨯⋅+⨯ 10.7 在1373.15K 时向某固体表面涂银。
已知该温度下固体材料的表面张力γ s =9 65 mN·m -1，Ag （l ）的表面张力γl = 878.5 mN·m -1，固体材料与Ag （l ）的表面张力γ sl = 1364mN·m -1。
计算接触角，并判断液体银能否润湿该材料表面。
解：s sl l -965-1364cos ===-0.4542878.5γγθγθ = 117o > 90 o故不能润湿。
10.8 293.15K 时，水的表面张力为72.75mN·m -1，汞的表面张力486.5 mN·m -1，而汞和水之间的表面张力为375 mN·m -1，试判断：（1）水能否在汞的表面上铺展开；（2）汞能否在水的表面上铺展开。
解：（1）()22H O H O-Hg Hg -S G γγγ=-∆=-+()-1=72.75+375-486.5=38.75mN m 0-⋅> 故能铺展。
（2）同理可求()22Hg H O-Hg H O -S G γγγ=-∆=-+ ()-1=486.5+375-72.75=-788.75mN m 0-⋅<故不能铺展。
补充题10.1 请回答下列问题：（1）常见的亚稳定状态有哪些？为什么会产生亚稳定状态？如何防止亚稳定状态的产生？解：常见的亚稳定状态有：过饱和蒸汽、过热或过冷液体和过饱和溶液等。
产生亚稳定状态的原因是新相种子难生成。
如在蒸气冷凝、液体凝固和沸腾以及溶液结晶等过程中，由于要从无到有生产新相，故而最初生成的新相，故而最初生成的新相的颗粒是极其微小的，其表面积和吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极其困难，进而会产生过饱和蒸气、过热或过冷液体和过饱和溶液等这些亚稳定状态，为防止亚稳定态的产生，可预先在系统中加入少量将要产生的新相种子。
（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间恒温放置后，会出现什么现象？解：若钟罩内还有该液体的蒸气存在，则长时间恒温放置后，出现大液滴越来越大，小液滴越来越小，并不在变化为止。
其原因在于一定温度下，液滴的半径不同，其对应的饱和蒸汽压不同，液滴越小，其对应的饱和蒸汽压越大。
当钟罩内液体的蒸汽压达到大液滴的饱和蒸汽压时。
该蒸汽压对小液滴尚未达到饱和，小液滴会继续蒸发，则蒸气就会在大液滴上凝结，因此出现了上述现象。
（3）物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么？解：物理吸附与化学吸附最本质的区别是固体与气体之间的吸附作用力不同。
物理吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为范德华力，化学吸附是固体表面上的分子与气体分子之间的作用力为化学键力。
（4）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？解：在一定温度、压力下，物理吸附过程是一个自发过程，由热力学原理可知，此过程系统的ΔG<0。
同时气体分子吸附在固体表面，有三维运动表为二维运动，系统的混乱度减小，故此过程的ΔS<0。
根据ΔG=ΔH-TΔS可得，物理吸附过程的ΔH<0。
在一定的压力下，吸附焓就是吸附热，故物理吸附过程都是放热过程。
10.2在351.15K时，用焦炭吸附NH3气测得如下数据，设V a～p关系符合V a = kp n方程。
p/kPa 0.7224 1.307 1.723 2.898 3.931 7.528 10.102V a /dm 3·kg -1 10.2 14.7 17.3 23.7 28.4 41.9 50.1 试求方程V a = kp n 中k 及n 的数值。
解：将方程V a = kp n 两边取对数得：11ln ln ln a =+kPa dm kg dm kg V p k n --⋅⋅ ln （p/kPa ） -0.3252 0.2677 0.5441 1.0640 1.3689 2.0186 2.3127 ln （V a /dm 3·kg -1） 2.3223 2.6878 2.8507 3.1655 2.3464 3.7353 3.9140 ln （V a /dm·kg -1）～ln （p/kPa ）作图从而可求k 及n 的数值。
n = 0.60193131ln 2.522612.46=dm kg dm kgk k --=⋅⋅，即： 10.3 在77.2K 时，用微型硅铝酸吸附N 2（g ），在不同的平衡压力下，测得每千克催化剂吸附的N 2（g ）在标准状况下的体积数据如下：表10.12p /kPa8.6993 13.639 22.112 29.924 38.910 V a /dm 3·kg -1 115.58 126.3 150.69 166.38 184.42 已知77.2K 时N 2（g ）的饱和蒸气压为99.125kPa ，每个N 2分子截面积a=16.2×10-29m 2。
试用BET 公式计算该催化剂的比表面积。
解：由BET 吸附等温式()11a a a m m =pc p cV cV p V p p **-+⋅- 可知()a pp p V p p **-～作图呈现线性关系，其方程如下： ()54.302100.008652-a =+pp p V p p **⨯- p /p * 0.08776 0.1376 0.22310.3019 0.3925 ()a pV p p *-/dm 3·kg -10.0008324 0.001263 0.001905 0.002599 0.003504 由上式可知：533110.008652-a a m m= 4.30210kg dm =kg dm c cV cV ---⨯⋅⋅ 截得：31115.0a -m=dm kg V ⋅ 32320521101325115.010 6.021016.210 5.01108.314273.15a -m w m m ==m kg pV A nLa La RT --⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⋅⨯10.4 292.15K 时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为γ =γ0- a ln （1+ bc ），式中γ0为纯水的表面张力，a 和b 皆为一常数。