表面物理化学习题和答案

一、选择题

1. 下列说法中不正确的是：( C )

(A) 生成的新鲜液面都有表面张力

(B) 平面液体没有附加压力

(C) 弯曲液面的表面张力的方向指向曲率中心

(D) 弯曲液面的附加压力指向曲率中心

2.

水在临界温度时的表面Gibbs自由能：（ C ）

(A)(A) 大于零 (B) 小于零

(C) 等于零 (D) 无法确定

3.

一个 U 型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3 m，另一端为 3×10-3 m，水的表

面张力为 0.072 N·m-1。如用这个 U 型管装上水来测量压力，将引入的误差为： ( B )

(A) 72 Pa

(B) 192 Pa

(C) 96 Pa

(D) 288 Pa

4.

低压下，气体 A 在表面均匀的催化剂上进行催化转化反应, 其机理为：

A(g) ＋ K A K ─→ B(g) ＋ K

第一步是快平衡, 第二步是速控步, 则该反应表观为几级? ( B )

(A) 零级 (B) 一级

(C) 二级 (D) 无级数

5 . 表面过程中ΔG（表面）= -W'的充要条件除了等温等压外，还有：( D )

A，不做其它功； B，热力学可逆； C，组成不变； D，是B和C。

6. 物质表面张力的值与：( C )

A，温度无关； B，压力无关； C，表面大小无关； D，另一相物质无关。

7. 以P平、P凸、P凹分别表示平面、凸面、凹面液体上的饱和蒸汽压，三者关系为：( B )

A，P平>P凹>P凸； B，P凸>P平>P凹；

C，P凸>P凹>P平； D，三者相同。

8. 常见亚稳态现象都与表面性质有关，下面说法正确的是：( D )

A，过饱和蒸气是由于小液滴的蒸气压小于大液滴的蒸气压所致；

B，过热液体形成原因是新相种子——小气泡的附加压力太小；

C，饱和溶液陈化、晶粒长大，因为小晶粒溶解度比大晶粒大；

D，人工降雨时在大气中撒入化学物质主要的目的是促进凝结中心形成

9. 对亲水性固体表面，其相应接触角θ是：( B )

1 / 6

A，θ>90°； B，θ<90°； C，θ=180°； D，θ可为任意角

1O. Langmuir吸附理论中说法符合基本假定得是：( A )

A，固体表面均匀、各处吸附能力相同；B，吸附分子可以是单层或多层分子层；C，被吸附分子间有作用、相互影响；D，吸附和解吸附之间很难建立动态平衡。

11. Langmuir吸附形式之一：θ=bp/(1+bp),它不适用于：( C )

A，化学吸附；B，单分子层吸附；C，多种分子同时被强吸附；D，固体对稀溶液中溶质的吸附。

12. 表面活性物质的实质性作用是：( B )

A，乳化作用；B，降低表面张力；C，加溶作用；D，降低物质的溶解性

13. 一定体积的水，当聚成一个大水球或分散成许多水滴时，同温度下，两种状态相比，：以下性质保持不变的 ( B )

(A) 表面能

(B) 表面张力

(C) 比表面

(D) 液面下的附加压力

14. 某物质R 1kg，当为一立方时，总面积0.24m2，表面能0.3J，当粉碎为边长为10-9m 的立方体时，其表面能为(kJ):（ A ）

A,6x104； B，3.84x104； C，5.88x104； D，7.35x104

15 . 有两根半径相同的玻璃毛细管插入水中，水面上升高度为h，其中一根在0.5h处使其弯曲向下，试问水在此毛细管端出的行为是（ A ）

凹形弯月面

（A）毛细管端水面呈凹形弯月面（B）水从毛细管端滴下 (c ) 毛细管端水面呈凸型弯月面（D）毛细管端水面呈水平

16. 用同一只滴管滴下水的滴数和滴相同体积苯的滴数哪个多（ C ）

（A）水的多（B）一样多（C）苯得多（D）一样多

17 下面说饭不正确的是（B ）

（A）生成的新鲜液面都有表面张力（B）弯曲液面的表面张力方向指向曲率中心 (C) 平面液面没有附加压力（D）弯曲液面的附加压力指向曲率中心

18 天空中的水滴大小不同，在其运动过程中，其变化趋势如何？（ B）

(A)大水滴分散成小水滴，半径趋于相等（B）大水滴变大，小水滴变小

（C）大小水滴的变化没有规律（D）小水滴凝聚成大水滴

19 同一固体，大块颗粒和粉状颗粒，其溶解度哪个大（ B ）

（A）大颗粒大（B）粉状颗粒大（C）一样大（D）无法比较

20 若某液体可以在某固体上自动铺展，则铺展系数S必须（C ）

（A）小于零（B）等于零（C）大于等于零（D）小于等于零

21 水平仪中有一个椭球形的液泡，长短半轴分别为 0.8 和 0.3cm，已知水的表面张力为0.07197N·m-1液泡的附加压力为： ( B )

A18Pa B33Pa C48Pa D66Pa

22 两液体A和B表面张力γA=γB，密度rA=2rB，一毛细管插入A中液面上升 2.0cm，插入B中液面上升多少？（假定两液体皆完全润湿管壁）( C )

A 1.0cm；

B 2.0cm；

C 4.0cm ；

D 5.0cm。

23 一个U型管的两臂直径不同，一端为 1×10-3m，另一端为 3×10-3m，水的表面张力为

0.072N·m-1。如用这个U型管装上水来测量压力，将引入的误差为( B )

A 72Pa

B 92Pa

C 96Pa

D 288Pa

24. 对理想水平液面，其值为零的表面物理量是：( C )

A，正压力； B，表面张力； C，附加压力； D，表面能。

25 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( B )

A等于 h； B 大于 h； C 小于h； D无法确定。

26 BET公式最主要用途之一是（ D ）

A 获得高温下的吸附机理

B 获得吸附等量线

C 获得吸附等压线

D 测定固体的比表面

27 当表面活性物质加入溶剂后，产生的结果（A ）

A dr/da

B dr/da

C dr/da>o , 正吸附

D dr/da>o, 负吸附

28 多孔固体表面易吸附水蒸气，而不易吸附 O2、N2 主要原因是：( C )

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

29 用同一支滴管分别滴取纯水与下列水的稀溶液，都是取得1 cm3，哪一种液

体所需液滴数最少？( B )

A. 纯水

B. NaOH水溶液

C. 正丁醇水溶液

D. 苯磺酸钠水溶液

30 同一液体其弯曲液面的蒸汽压为p1，水平面的蒸汽压为p2, 在相同温度和外压下：（ D）

A p1 < p2,

B p1 > p2

C p1 = p2,

D p1 < p2, 或者p1 > p2

二、填空题

1. 植物的叶子一般是憎水性的, 所以在配制农药时常常要加______________________ ，以增加药液对植物表面的润湿程度, 使药液能在植物叶子上铺展。

2. 液态汞的表面张力

g = 0.4636 N·m-1 + 8.32×10-3 N·m-1·K-1·T - 3.13×10-7 N·m-1·K-2·T2

在 400 K 时，汞的（?U/?A）T, V = 。

3. 室温时，水在一根粗细均匀的玻璃毛细管中，将上升到高度h，如将毛细管折断

至h/2处，水将沿壁升至 _______ 处，此时管中水面的曲率半径将 _________ 。

4. 溶液中溶质活度增加表面张力下降则г _______ 0，溶液中溶质活度增加表面张力增加则г_______ 0。

5. 小晶粒的熔点_______大块固体熔点，小晶粒的溶解度_______大块固体溶解度。

6. 固体能为液体完全润湿时_______，固体不为液体所润湿时_______ 。

7 形成胶束的最低浓度称为_______，表面活性物质的 HLB 值表示表面活性物质的

_______ 。

8. 当水中加入表面活性剂后，将发生 dr/dc_______ 0, _______吸附。

9 多孔硅胶有强的吸水性能，硅胶吸水后表面吉布斯自由能将_______ 化学吸附与物理吸附的本质差别在于_______。

10. 矿石浮选法的原理是根据表面活性剂的_______。

11 液体与固体之间的接触角是θ_______90°

12 某液体中加入表面活性物质后，则该液体的表面张力将_______。（变大，变小，不变）

13 兰缪尔适用与

14 吸附理论主要用于描述

答案；（1）表面活性剂或称为润湿剂

（2）d U = T d S - p d V + g d A

(?U/?A)T, V = T (?S/?A)T, V + g = -T(?g /?T)A, V + g

= 0.514 J·m-2

（（3）管端，变大。

(4) >; <

(5) <; >

(6) （r s-g－r l-s）=r l-g; r s-g

(7) 临界胶束浓度;亲水性

(8) <; 正

(9)降低; 前者为化学键力，后者为分子间力

(10)润湿作用

(11)<

(12)降低

(13)对单分子层的物理吸附还有化学吸附

(14)多相催化

判断题

（1）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（）

（2）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（）

（3）溶液表面发生吸附后表面自由能增加（）

（4）定温下表面张力不随浓度变化时，浓度增大，吸附量不变（）

（5）饱和溶液的表面不会发生吸附现象 ( )

（6）在液面上某一小面积S周围表面对S有表面张力,则表面张力与液面垂直（）（7）微小晶体与普通晶体相比，其饱和蒸汽压要大（）

（8）气体在固体表面发生吸附吉布斯自由能小于零（）（9）多孔硅胶的强烈吸水性能说明硅胶吸水后表面函数较高（）（10）对于物理吸附，其吸附速度较大，吸附热较小（）

答案：对，错，错，对，错，错，对，对，错，对

四、计算题

1.有一毛细管，其半径为0.60 mm，当它垂直插入水中，水面上升

2.19 cm，设该毛细管的接触角为30°，水的密度是0.98 g·cm-3，求该温度下水的表面张力。

解：液面是凹面，r < 0，Δp < 0，p' < p0

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：r cosθ = r(毛) ，

2σcosθ/r(毛) = hρg ，σ = hρg r(毛)/2cosθ

r(毛) = 0.60 mm = 6.0 × 10-4 m ，ρ = 0.98 g/cm3= 980 kg·m-3，g = 9.8 m·s-2 cosθ = cos30°= 0.866，h= 2.19cm = 2.19 × 10-2 m

∴σ= 2.19 × 10-2× 980 × 9.8 × 6.0 × 10-4/(2 × 0.866) = 7.286 × 10-3 N·m-1 2.水的比表面自由能与摄氏温度t℃的关系式为：σ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t，

若水的

表面改变时，总体积不变，试求10℃、p下，可逆地使水表面积增加5 cm2，必需做多少功？从外界吸收多少热？

解：t = 10℃，σ = (75.64 - 0.14 × 10) × 10-3 = 74.24 × 10-3 N·m-1

W' = ΔG= σΔA = 74.24 × 10-3× 5 × 10-4 = 3.71 × 10-5 J (环境做功为正)∵ (?σ/?T)A,p = -0.14 × 10-3N·m-1·K-1

∴Q r = TΔS = T[-ΔA(?σ/?T)A,p] = 283 × 5 × 10-4× 0.14 × 10-3= 1.981 × 10-5 J

3.乙醇的表面张力符合下列公式：σ( × 10-3N·m-1) = 72 - 0.5c+ 0.2c2 ，c(mol·dm-3)为乙醇的浓度。试计算温度25℃时：

(1) 醇浓度为0.3、0.5 mol·dm-3表面超量；(2) 求出饱和吸附量；

(3) 算乙醇分子的截面积。

解：σ = 72-0.5c +0.2 c2，(?σ/?c)A,p = ( -0.5 + 0.4 c) × 10-3

(1) c = 0.3 M，

Γ1 = -c/RT·(?σ/?c)T,p = [-0.3/(8.314 × 298)] · (-0.5 + 0.4 × 0.3) × 10-3 = 4.6012 × 10-8 mol/m2

c = 0.5 M，

Γ2 = [-0.5/(8.314 × 298)] · (-0.5 + 0.4 × 0.5) × 10-3= 6.0543 × 10-8 mol/m2

(2) 由类似的 Langmuir 公式：Γ = Γ∞·Kc/(1 + Kc)

1/Γ = 1/Γ∞ + 1/Γ∝K·1/c

┌1/(4.6012 × 10-8) = 1/Γ∞ +1/Γ∞K·1/0.3

└1/(6.0543 × 10-8) = 1/Γ∞ +1/Γ∞K·1/0.5

解得，Γ∞= 11.503 × 10-8 mol/m2

(3) A∞ = 1/Γ∞N A = 1/(11.503 × 10-8× 6.022 × 1023)

= 1.4436 × 10-17m2 (乙醇分子截面积)

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