大学物理化学6-表面现象课后习题及答案

表面现象课后习题一、是非题下述各题中的说法是否正确?正确的在题后括号内画“”,错的画“”。1．液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。（）2．液体表面张力的方向总是与液面垂直。（）3．分子间力越大的液体，其表面张力越大。（）4．通常物理吸附的速率较小，而化学吸附的速率较大。（）5．兰缪尔定温吸附理论只适用于单分子层吸附。（）二、选择题选择正确答案的编号，填在各题题后的括号内。1．液体表面分子所受合力的方向总是：（），液体表面张力的方向总是（）。（A）沿液体表面的法线方向，指向液体内部；（B）沿液体表面的法线方向，指向气相；（C）沿液体的切线方向；（D）无确定的方向。2．温度与表面张力的关系是：（）。（A）温度升高表面张力降低；（B）温度升高表面张力增加；（C）温度对表面张力没有影响；（D）不能确定。三、计算题习题120℃时汞的表面张力=4.85×10-1N·m-1，若在此温度及101.325kPa时，将半径r1=1mm的汞滴分散成半径为r2=10-5mm的微小液滴时，请计算环境所做的最小功。习题2泡压法测定丁醇水溶液的表面张力。20℃实测最大泡压力为0.4217kPa，20℃时测得水的最大泡压力为0.5472kPa，已知20℃时水的表面张力为72.75×10-3N·m-1，请计算丁醇溶液的表面张力。习题320℃苯蒸气凝结成雾，其液滴半径为1m，试计算其饱和蒸气压比正常值增加的百分率。已知20℃时液体苯的体积质量(密度)为0.879g·cm-3，表面张力为0.0289N·m-1，C6H6的摩尔质量为78.11g·mol-1。习题425℃时乙醇水溶液的表面张力随乙醇浓度c的变化关系为：/（10-3N·m-1）=72－0.5(c/c)＋0.2(c/c)2（a）试分别计算乙醇浓度为0.1mol·dm-3和0.5mol·dm-3时，乙醇的表面吸附量(c=1.0mol·dm-3)习题5用活性炭吸附CHCl3时，0℃时的最大吸附量为93.8dm3·kg-1已知该温度下CHCl3的分压力为1.34×104Pa时的平衡吸附量为82.5dm3·kg-1，试计算：（1）朗缪尔吸附定温式中的常数b；（2）CHCl3分压力为6.67×103Pa时的平衡吸附量。表面现象课后习题答案一、是非题1.√2.×；3.√；4.×；5.√。二、选择题1.(A),(C)；2.(A)三、计算题习题1[题解]：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Wr’设：A1，A2分别为汞滴分散前后的总面积，N为分散后的汞的滴数，则：1221'σdσAAAWAAr231223231222211π4π4π34π34π4π4r/rrrrrNArA所以：21231'π4σrrrWr22383321m10110)101(14.34mJ1085.4=0.609J[导引]：表面功是环境为扩大液体表面所作的非体积功，在可逆条件下，与系统增加的表面积dA成正比。习题2[题解]：设p1，p2，1，2分别为丁醇溶液及水的最大泡压力与表面张力。根据拉普拉斯公式及泡压法的原理可知：rp112（a）rp222（b）因为实验使用同一根毛细管，r为定值，联立式（a）和式（b）得：221122pp2121ppkPa5472.0kPa4217.075.72=56.1N·m-1[导引](i)泡压法测液体的表面张力，当毛细管的半径很小时，形成的气泡基本上是球形的，因此可以用Laplace方程求算液体的表面张力；（ii）当气泡开始形成时，液体表面几乎是平的，这时曲率半径最大（r∞），随着气泡的形成，弯曲液面也开始形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径r亦即是毛细管半径。习题3[题解]：由Kelvin方程lnrRTMppσ2rm101cmkg10879.0K15.293molKJ314.8molkg1011.78mN0289.0263311131=0.00211则ppr=1.002所以002.0pppr=0.2%。[导引]：液滴形成的凸液面，由于附加压力的作用使液滴的饱和蒸气压比相同温度下平液面的饱和蒸气压大，它们的关系遵守Kelvin方程。习题4[题解]：由吉布斯溶液中定温吸附理论，表面吸附量)(Γ12为：22(1)2dσdcRTcΓ（b）式（b）中的2dσdc可由式（a）求得2dσdc=[－0.5+0.4(c/c)]×10-3N·m-1/mol·dm-3(c))(Γ12=K15298KmolJ3148mN1010050dmmol1011133..)...(.=18.6×10-9mol·m-2将c=0.5mol·dm-3和式（c）代入式（b）得)(Γ12=60.5×10-9mol·m-2[导引]：由计算结果知，02Γ，为正吸附。习题5[题解]：（1）设和∞分别为平衡吸附量和最大吸附量，则ΓΓθbpbpΓΓ1即pΓΓΓb)(Pa101.34kgdm5.828.93kgdm5.824313=5.45×10-4Pa-1(2)=Pa1067.6Pa1045.51Pa1067.6Pa1045.5kgdm8.9331431413=73.5dm3·kg-1[导引]：兰谬尔吸附模型是气体在固体表面的单分子层吸附模型，要求掌握兰谬尔吸附定温式。