物理化学表面现象练习题含答案及详细讲解.docx

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物理化学表面现象练习题含答案及详细讲解

物理化学表面现象练习题

一、判断题：

1．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。

2．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。

3．比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下，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毫无联系的概念。

4．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。

5．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低的表面吉布斯自由能。

6．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。

7．单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附只能是物理吸附。

8．产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。

9．在吉布斯吸附等温式中，Γ为溶质的吸附量，它随溶质（表面活性物质）的加入量的增

加而增加，并且当溶质达饱和时，Γ达到极大值。

。

10．由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的

浓度。

11．表面活性物质是指那些加入到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。

二、单选题：

1．下列叙述不正确的是：

（A）比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系

统吉布斯自由能的增量；

（B）表面张力的物理意义是，在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长

度切线的表面紧缩力；

（C）比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同；

（D）比表面自由能单位为J·m－2，表面张力单位为N·m－1时，两者数值不同。

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；

（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．同一体系，比表面自由能和表面张力都用σ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，单位不同；（D）物理意义不同，单位不同。

4．一个玻璃毛细管分别插入25℃和75℃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）25℃水中高于75℃水中；（D）75℃水中高于25℃水中。

5．纯水的表面张力是指恒温恒压下水与哪类相接触时的界面张力：

（A）饱和水蒸气；（B）饱和了水蒸气的空气；

（C）空气；（D）含有水蒸气的空气。

6．水的相图中s、l、g分别表示固、液、气三态，

a、b、c、d是四种不同的状态，则在这四种状

态中没有界面张力、只有一种界面张力、有两

种以上界面张力的状态依次是：

（A）d、a、b；（B）d、a、c；

（C）a、c、b；（D）b、d、c。

7．某温度压力下，有大小相同的水滴、水泡和气泡，

其气相部分组成相同，见图。

它

们三者表面自由能大小为：

（A）Ga=Gc

（B）Ga=Gb>Gc；

（C）Ga

（D）Ga=Gb=Gc。

8．已知20℃时水～空气的界面张力为7.27×10－2N·m－1，当在20℃和pө下可逆

地增加水的表面积4cm2，则系统的ΔG为：

（A）2.91×10－5J；（B）2.91×10－1J；

（C）-2.91×10－5J；（D）-2.91×10－1J。

9．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。

10．当液体的表面积增大时，那么不正确的是：

（A）ΔGS>0；（B）ΔHS>0；

（C）ΔSS>0；（D）Qr<０。

11．弯曲液面下的附加压力与表面张力的联系与区别在于：

（A）产生的原因与方向相同，而大小不同；

（B）作用点相同，而方向和大小不同；

（C）产生的原因相同，而方向不同；

（D）作用点相同，而产生的原因不同。

12．在一个密闭的容器中，有大小不同的两个水珠，长期放置后，会发生：

（A）大水珠变大，小水珠变小；

（B）大水珠变大，小水珠变大；

（C）大水珠变小，小水珠变大；

（D）大水珠、小水珠均变小。

13．开尔文方程RTln（p/p0）=2γ·M/（ρ·r）不能应用下列哪个体系：

（A）空气中分散有r=10－5cm的水珠体系；

（B）水中分散有r=10－6cm的油滴体系；

（C）水中分散有r=10－5cm的微晶体系；

（D）水中分散有r=10－8cm的气泡体系。

14．微小固体颗粒在水中的溶解度应：

（A）与颗粒大小成正比；（B）与颗粒大小无关；

（C）随表面张力增大而增大；（D）与固体密度成正比。

15．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：

（A）硫酸；（B）己酸；

（C）硬脂酸；（D）苯甲酸。

16．一根毛细管插入水中，液面上升的高度为h，当在水中加入少量的NaCl，这时

毛细管中液面的高度为：

（A）等于h；（B）大于h；（C）小于h；（D）无法确定。

17．某溶液表面张力σ与溶质浓度c的关系式：

σ0-σ=A+Blnc，式中σ0为纯溶剂

的表面张力，A、B为常数.则表面超量为：

（A）Γ=c/RT（∂σ/∂c）T；（B）Γ=B/RT；

（C）Γ=-B/RT；（D）Γ=Bc/RT。

18．用同一支滴管分别滴取纯水与下列物质的水稀溶液，都是取得1cm3，哪一种液

体所需液滴数最少？

（A）纯水；（B）NaOH水溶液；

（C）正丁醇水溶液；（D）苯磺酸钠水溶液。

19．涉及溶液表面吸附的说法中正确的是：

（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。

20．某温度时，对十二烷基苯磺酸钠的γ～c曲线如图所示，

由图说明烃基为直链时比带有支链时表面活性剂的：

（A）效率高，有效值小；

（B）效率低，有效值大；

（C）效率高，有效值大；

（D）效率低，有效值小。

21．随着溶质的浓度增大，水溶液表面张力降低，其是原因为：

（A）溶质分子与水分子的亲和力小于水分子之间的亲和力；

（B）溶质分子与水分子的亲和力大于水分子之间的亲和力；

（C）溶质分子之间的亲和力小于水分子之间的亲和力；

（D）溶质分子之间的亲和力大于水分子之间的亲和力。

22．25℃时，乙醇水溶液的表面张力与浓度的关系为：

σ（N·m－1）=0.072-5×10－4c（mol·dm－3）+2×10－4c2（mol·dm－3）。

若要使表面吸附为

正吸附，则要求浓度c（mol·dm－3）应该：

（A）c>0.5；（B）c<0.5；（C）c>1.25；（D）c<1.25。

23．胶束的出现标志着表面活性剂的：

（A）表面活性剂降低表面张力的能力下降；（B）溶解已达到饱和；

（C）分子间作用超过它与溶剂的作用；（D）分子远未排满溶液表面。

24．在空间轨道站中，飘浮着一个足够大的水滴，当用一内壁干净，外壁油污的毛细

管接触水滴时：

（A）水不进入毛细管；

（B）水进入毛细管并达到一定高度；

（C）水进入直到毛细管另一端；

（D）水部分进入并从另一端出来，形成两端有水球。

25．如图所示，一支玻璃毛细管插入水中，有一段水柱，

水柱内b处的压力pb为：

（A）pb=p0；（B）pb=p0+ρgh；

（C）pb=p0-ρgh；（D）pb=ρgh。

26．水对玻璃润湿，汞对玻璃不润湿，将一玻璃毛细管分别插

入水和汞中，下列叙述不正确的是：

（A）管内水面为凹球面；（B）管内汞面为凸球面；

（C）管内水面高于管外水面；（D）管内汞面与管外汞面一致。

27．如图所示，a、b、c为内径相同的玻璃毛细管。

a中水柱升高至h，b中间有扩

大部分，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：

（A）b管中水柱自动升至h’，若将水吸至高于h，去掉吸

力，水面保持在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。

28．矿石浮游选矿法的原理是根据表面活性剂的：

（A）乳化作用；（B）增溶作用；

（C）去污作用；（D）润湿作用。

29．有机液体与水形成W/O型还是O/W型乳状液与乳化剂的HLB值有关，一般是：

（A）HLB值大，易形成W/O型；

（B）HLB值小，易形成O/W型；

（C）HLB值大，易形成O/W型；

（D）HLB值小，不易形成W/O型。

30．下列叙述不正确的是：

（A）农药中加入润湿剂可使σ（l-g）和σ（l-s）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σ（s-g）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。

31．对于增溶作用，下列叙述不正确的是：

（A）增溶作用使被溶物质化学势降低；

（B）增溶系统是热力学稳定系统，而乳状液或溶胶是热力学不稳定系统；

（C）增溶作用与真正的溶解作用一样，均使溶剂依数性有很大变化；

（D）增溶作用发生在有大量胶束形成的离子型表面活性剂溶液中。

32．多孔固体表面易吸附水蒸气，而不易吸附氧气、氮气，主要原因是：

（A）水蒸气分子量比O2、N2小；

（B）水蒸气分子的极性比O2、N2要大；

（C）水蒸气的凝聚温度比O2、N2高；

（D）水蒸气在空气中含量比O2、N2要少。

三、多选题：

1．某液体在一定温度下，由微小液滴聚集成大液滴时，该体系发生了：

（A）表面自由能降低；（B）表面积增大；（C）蒸气压降低；

（D）体积增大；（E）表面张力升高。

2．弯曲液面所产生的附加压力：

（A）一定等于零；（B）一定不等于零；（C）一定大于零；

（D）一定小于零；（E）可正，可负，可不等于零。

3．能润湿玻璃毛细管的液体,在一定温度下,若在管内蒸气压为pr，在大玻璃烧杯中

蒸气压为p0，弯曲液面附加压力Δp。

则下面正确关系是：

（A）pr0；（B）pr

（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）×10－3

=4.6012×10