《物理化学(第五版)》第十三章复习题答案

复习题1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。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？•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22.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？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。•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。复习题3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。•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4•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；•固体：吸附作用。复习题55.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。•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66.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？•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77.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？•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8•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99.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？•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1010.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？•（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。复习题1111.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？复习题12'1'212112lnRRRTMccls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式中M为该固体的摩尔质量，为其密度复习题12ccRTpTspTs1,,1ln,,ccRTpTspTs2,,2ln,,12lnccRT'2RMlg大粒子与其溶液成平衡时小粒子与其溶液成平衡时两溶液的化学势之差两粒子的化学势之差'1'212112lnRRRTMccls•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1313.什么叫表面压？如何测定它？它与通常的气体压力有何不同？•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1414.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？•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。•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1515.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？•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。•二者的根本区别在于吸附力的不同。复习题1616.什么叫吸附作用？物理吸附与化学吸附有何异同点？两者的根本区别是什么？•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。复习题1717.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？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，解释下列实验事实：①NH3(g)在金属钨表面的分解呈零级数反应的特点；②N2O(g)在金表面的分解是一级反应；③H原子在金表面的复合是二级反应；④NH3(g)在金属钼的分解速率由于N2(g)的吸附而显著降低，但尽管表面被N2(g)所饱和，但速率不为零。•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。复习题18•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；④N2（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1919.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pps）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，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。•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复习题2020.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？