(C)pr=p0,Δp=0;(D)pr>p0,Δp>0;
(E)pr>p0,Δp<0。
4.过饱和溶液所以能形成,其因为是:
(A)它是热力学稳定体系;(B)大颗粒溶解度较大;
(C)它的分散程度低;(D)微小颗粒的化学势较大;
(E)小颗粒溶解度较大。
5.表面活性剂的效率愈高,则溶液表面过剩吸附量对溶液浓度的比值(Γ/c):
(A)大于零,愈正;(B)小于零,愈负;
(C)与温度关系愈小;(D)与表面活性剂浓度关系愈小;(E)表面张力随浓度变化率愈负。
6.若测得某溶液表面张力σ与浓度c关系为:
σ=a+blnc(一定温度下,a、b均
为常数)。
当发生正吸附时:
(A)a>0,(∂σ/∂c)T大于零;(B)a<0,b>0;
(C)a>0,b<0;(D)a>0,(∂σ/∂lnc)T小于零;
(E)a<0,(∂σ/∂c)T大于零。
7.溶有表面活性剂的水溶液,下列表述不正确的:
(A)表面产生负吸附;(B)能形成胶束;
(C)它能在表面定向排列降低表面能;(D)使溶液的表面张力显著降低;
(E)表面浓度低于其本体浓度。
8.将一玻璃毛细管插入水银槽中,则毛细管中水银面:
(A)比槽中水银面高;(B)比槽中水银面低;
(C)与槽中水银面一样高;(D)管内水银面为凹面;
(E)管内水银面为凸面。
9.对于一般液体,下列泡沫的起泡剂的作用描述不正确的是:
(A)降低气-液界面的张力;
(B)能破坏不溶解的气体产生的泡沫;
(C)能产生有一定机械强度有弹性的液膜;
(D)能增加局部气-液界面的张力;
(E)有适当的表面粘度,以免膜中液体流走。
10.当在两玻璃板间放一滴水后,比不放水前这两块玻璃:
(A)容易分开;(B)分开困难;(C)与不放水差不多;
(D)推动(滑动)较难;(E)推动(滑动)较易。
四、计算及证明题:
1.有一毛细管,其半径为0.60mm,当它垂直插入水中,水面上升2.19cm,设该
毛细管的接触角为30°,水的密度是0.98g
第十二章表面现象练习题答案
一、思考题答案:
1.错,表面张力产生的原因是表面层的分子与内部的分子受力情况不一样,与表面
增大无关。
2.对。
由于温度升高,分子运动加快,分子之间吸引力减弱,表面张力下降。
3.错,二者概念不同,一个标量,一个是矢量,单位也不同,但是两者有联系,量
纲相同,数值大小相同。
4.对,恒温、恒压,ΔG<0是自发过程。
5.错,新生成的微小液滴有很大的比表面积,因而有很高的表面吉布斯自由能。
6.错,液体在毛细管内上升或下降决定于液体能否润湿毛细管壁。
7.错。
多分子层吸附只能是物理吸附是对的,单分子层吸附只能是化学吸附是错误的,
也可以是物理吸附。
8.错。
物理吸附吸附速度快,很容易达到平衡。
9.错,达到饱和吸附时,不一定达到饱和浓度。
10.错,溶质在表面层的浓度也可以低于它在内部的浓度,例如负吸附。
11.错,能够显著降低溶液表面张力的物质才称为表面活性物质,具有双亲基团结构。
二、单选题答案:
1.D;2.A;3.D;4.C;5.B;6.A;7.A;8.A;9.C;10.D;
11.C;12.A;13.D;14.C;15.A;16.B;17.B;18.B;19.C;20.A;
21.A;22.D;23.A;24.C;25.A;26.D;27.B;28.D;29.C;30.D;
31.C;32.C。
说明:
1、比表面自由能与表面张力量纲相同,单位不同,数值相同。
选(D)。
2、表面张力的方向在液面的切面上,指向液面收缩的方向,不是与液面垂直。
选(A)
3、比表面自由能和表面张力的物理意义不同,量纲相同单位不同;前者是标量,后者是
矢量。
4、
毛细管中的水上升的高度与表面张力成正比。
而表面张力受温度影响,
温度升高,表面张力减少,75℃水的表面张力小于25℃水。
选(C)。
5、严格来说,纯水的表面张力是指液态水与水蒸气共存时的界面张力,而实际中通常是
指液态水与饱和了水蒸气的空气界面张力。
6、d点在临界状态以上,气液成为一相,没有相界面张力。
a点存在l-s一种表面张力,
c点存在g-l一种界面张力。
b点三相共存,有g-l、l-s、g-s三种界面张力。
7、表面自由能大小与比表面自由能和表面积有关,在比表面自由能(表面张力)一样
条件下,与表面积成正比。
由于气水泡有前后两个表面,它的表面积最大。
8、
9、水平液面不产生附加压力,水平液面内部分子所受压力等于外部压力。
10、表面积增大时,
,
。
11、附加压力与表面张力产生的原因相同,都有分子之间作用力引起的,但两者的作用
点不同,方向不同,大小不同。
12、水珠半径越小,饱和蒸气压越大,气体化学势也越大。
在一个密闭的容器的上方水的
蒸气压,对于小水珠没有达到饱和,还要气化,而对于大水珠已经达到饱和,蒸气要
凝聚,因此大水珠变大,小水珠变小。
13、开尔文方程适用于小液珠或小晶体,是凸面粒子,不适用水中小气泡(凹面)。
14、
,溶解度反比于颗粒半径和固体密度,正比于表面张力,随表面张力增大,溶解度也增大。
15、非表面活性物质,无机物硫酸水溶液的表面发生负吸附。
16、加入的NaCl,是非表面活性物质,表面张力增加,这时毛细管中液面高度上升。
17、
。
18、滴管滴取液体时,外压力相同,表面张力越大的,滴管向下滴液时,液滴就大,即
半径R越大,滴1cm3液所需也滴数少。
19、溶液表面发生吸附后表面自由能降低而不是增加;溶液的表面张力可以大于溶剂的表
面张力;定温下,表面张力不随浓度变化时,说明已经达到饱和吸附,浓度再增大,
吸附量也不变是正确的;饱和溶液的表面会发生吸附。
20、直链烃基,只需要少量就可以使表面张力降低到极小。
所以直链的效率高,有效值小。
21、水溶液表面张力降低,说明溶质是表面活性物质,是有机物类的两亲分子,因此溶质分子
与水分子的亲和力小于水分子之间的亲和力。
22、
,
,
。
23、胶束出现说明溶液表面吸附已经达到饱和,溶液的表面已经铺满单分子层。
表面活性
剂降低表面张力的能力下降,表面活性剂不能再很快降低表面张力降。
24、由于水能润湿毛细管,接触角小于90°,水滴进入毛细管。
又因为在空间轨道站,
没有重力与附加压力平衡,水滴一直进入毛细管,直到另一端。
25、在同一个水平面上,压力相等,pb=p0;b点液柱产生的静压强与凹面的附加压强对
消了。
26、汞不能润湿毛细管,在管内形成凸面,管内汞面比管外汞面低。
27、水润湿毛细管,毛细管只能形成凹液面。
在c管的上头末端,水仍然是凹面,不可能
形成凸面相下滴水。
28、浮游选矿法的原理是根据表面活性剂的润湿作用,表面活性剂把矿石小粒子包围起来,
起泡后浮起来。
29、HLB值大,亲水性强,容易形成水包油型(O/W)的乳状液。
30、起泡剂的作用是减小液体表面张力,而不是增大液体表面张力。
31、增溶是溶物质进入胶束内部或吸附在胶束表面上,溶质是“整团”溶解的,游离在溶
剂中的溶质浓度并没有改变多少,因此溶剂的依数性变化很小。
32、水蒸气的凝聚温度比O2、N2高,在相同温度下,水蒸气的饱和蒸气压较高,容易
被吸附,吸附量大。
三、多选题答案:
1.AC;2.BE;3.B;4.DE;5.AE;
6.CD;7.AE;8.BE;9.BD;10.BE。
说明:
1、液滴聚集成大液滴时,表面积减小,但整个体系的体积不变,表面自由能降低。
半
径变大,由Kelvin方程,蒸气压变小。
温度不变,表面张力也不变。
2、弯曲液面一定会产生附加压力,附加压力一定等于零,凸面附加压力是正的,凹面
附加压力是负的。
3、毛细管内,形成凹液面,则曲率半径越小,蒸气压也越小,pr凹面,Δp<0。
4、过饱和是亚稳态,热力学不稳定体系,因为微小颗粒的饱和蒸气压大,相应化学势
大于大颗粒,同时小颗粒的溶解度又高。
导致微小颗粒难以从饱和溶液中析出,从
而形成了过饱和溶液。
5、表面活性剂效率越高,很小的浓度就很快降低溶液的表面张力,即(∂σ/∂c)T越负,
,越正。
6、
,
,发生正吸附,
,所以
。
又
,表面张力σ是>0的,则
7、溶有表面活性剂的水溶液,表面产生正吸附。
表面层浓度高于其本体浓度。
8、汞不能润湿玻璃毛细管,在管内形成凸面,并且比槽内水银面低。
9、起泡剂的作用是降低气-液界面的张力,能产生有一定机械强度有弹性的液膜,增
加表面粘度,以免膜中液体流走,它不是破坏不溶解的气体产生的泡沫,也和能增
加气-液界面的张力。
10、在两玻璃板间放一滴水,水在板间形成凹液面,使液体内部压力小于液面压力。
相当
于大气压将两玻璃板压紧,所以分开困难。
但因为附加压力方向平行于玻璃板,所以
动较容易。
四、计算及证明题答案:
1.解:
液面是凹面,r<0,Δp<0,p'p'+h(水)=p0,Δp=h(水)
2σ/r(毛)=hρg(g为重力加速度)
曲率半径与毛细管半径关系:
rcosθ=r(毛),
2σcosθ/r(毛)=hρg,σ=hρgr(毛)/2cosθ
r(毛)=0.60mm=6.0×10-4m,ρ=0.98g/cm3
=980kg·m-3,g=9.8m·s-2
cosθ=cos30°=0.866,h=2.19cm=2.19×10-2m
∴σ=2.19×10-2×980×9.8×6.0×10-4/(2×0.866)=7.286×10-3N·m-1
2.解:
t=10℃,σ=(75.64-0.14×10)×10-3=74.24×10-3N·m-1
W'=ΔG=σΔA=74.24×10-3×5×10-4=3.71×10-5J(环境做功为正)
∵(∂σ/∂T)A,p=-0.14×10-3N·m-1·K-1
∴Qr=TΔS=T[-ΔA(∂σ/∂T)A,p]=283×5×10-4×0.14×10-3=1.981×10-5J
3.解:
小气泡的附加压力ΔP=2σ/r=2×0.0589/2.1×10-6=56095Pa=56.095kPa
小气泡内的附加压力是负值,要使这样水沸腾,必须使小气泡内克服附加压力后的蒸
气压达到标准压力PӨ,也就是小气泡内压力为
Pr=PӨ+ΔP=101.325+56.095=157.42kPa由克-克方程:
T2=385.5K即112.4℃
4.解:
σ=72-0.5c+0.2c2,(∂σ/∂c)A,p=(-0.5+0.4c)×10-3
(1)c=0.3M,
Γ1=-c/RT·(∂σ/∂c)T,p=[-0.3/(8.314×298)]·(-0.5+0.4×0.3)×10