大学物理化学表面现象：模拟试卷B

物理化学第十二章模拟试卷B

班级 姓名 分数

一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 2 分

气体在固体表面上发生吸附过程，Gibbs函数如何变化? ( ) (A) ?G＞ 0 (B) ?G＜ 0 (C) ?G＝ 0 (D) ?G≤ 0

2. 2 分

乙醇水溶液表面张力 ? = (72 - 0.5a + 0.2a2)N·m-1，若表面超额 ? > 0，

则活度： ( ) (A) a > 1.25 (B) a = 0.25 (C) a < 1.25 (D) a = 0.5

3. 2 分

表面压的单位是： ( ) (A) N·m-2 (B) kg·m-2 (C) N·m-1 (D) J·m-2

4. 2 分

如图在毛细管内装入润湿性液体, 当在毛细管内左端加热时,则管内液体将： ( ) (A) 向左移动 (B) 向右移动 (C) 不移动 (D) 因失去平衡而左右来回移动

5. 2 分

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

(A) 1.0 cm (B) 2.0 cm (C) 4.0 cm (D) 5.0 cm

6. 2 分

液体的表面自由能 ? 可以表示为： ( ) (A) （?H/?A）T,p,n

i (B) （?F/?A）T,p,n

i (C) （?U/?A）S,V,n

i (D) （?G/?A）T,V,n

7. 2 分

半径为 1×10-2 m 的球形肥皂泡的表面张力为 0.025 N·m-1，其附加压力为： ( )

i (A) 0.025 N·m-2 (B) 0.25 N·m-2 (C) 2.5 N·m-2 (D) 10 N·m-2

8. 2 分

BET 吸附等温式中 Vm为： ( ) (A) 饱和吸附量 (B) 平衡吸附量 (C) 铺满第一层的吸附量 (D) 常数，无物理意义

9. 2 分

在相同温度下，固体冰和液体水的表面张力哪个大? ( ) (A) 冰的大 (B) 水的大 (C) 一样大 (D) 无法比较

*. 2 分

有一露于空气中的球形液膜，若其直径为 2×10-3 m，表面张力为 0.7 N·m-1，则 该液膜所受的附加压力为： ( ) (A) 1.4 kPa (B) 2.8 kPa (C) 5.6 kPa (D) 8.4 kPa

二、填空题 ( 共 9题 18分 ) 11. 2 分

液体在固体表面的润湿程度以__________衡量，当_________时称为不润湿。

12. 2 分

若稀溶液表面张力 ? 与活度 a 的关系为 ?o - ? = A+Blna， （?0为纯溶剂表面张力，A、B 为常数），则溶质在溶液表面的吸附量 ? = ________ 。

13. 2 分

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。

14. 2 分

气－固表面反应有两种反应历程，其中 Langmuir - Hinshelwood 历程是研究 反应， Langmuir - Rideal 历程是研究

反应。

15. 2 分

在恒温恒压下，将一液体分散成小颗粒液滴，该过程液体是吸热还是放热？_____________

16. 2 分

700℃时，液态铝合金表面张力为?=0.857 N·m-1，密度为2350 kg·m-3，现将一直径为1.0×10-3 m的毛细管插入其中（假定铝合金完全润湿毛细管壁），则铝合金在毛细管内上升高度为__________________。

17. 2 分

在293 K时丙酮的表面张力为? =0.0233 N·m-1，密度? =790 kg·m-3，将半径为0.01 cm的毛细管插

入其中，液面上升了____________m。

18. 2 分

液滴越小，饱和蒸气压越 __________；而液体中的气泡越小，气泡内液体的饱和 蒸气压越 __________ 。

19. 2 分

25℃时，水的表面张力为0.071 97 N·m-1，将一玻璃管插入水中，水面上升5 cm，此毛细管半径为 ____________________。

三、计算题 ( 共 5题 40分 ) 20. 10 分

?

298 K时，水的表面张力为 72.0×10-3 N·m-1, 在 p下, 水中氧的溶解度为 5×10-6 （对于平面液体），今若水中有空气泡存在，其气泡的半径为 1.0 ?ｍ，试问在与小气泡紧邻的水中氧的溶解度为多少？（设氧在水中的溶解遵从亨利定律）

21. 10 分

在 373 K 时，水的饱和蒸气压为 101.3 kPa，表面张力? 为 0.0580 N·m-1，在 373 K条件下，水中有一个含有 50 个气态水分子的蒸气泡，试求泡内水的饱和蒸气 压（373 K 时，水的密度 ? = 0.950×103 kg·m-3）。

22. 10 分

N2O 在 Au 表面的催化分解反应, 当 N2O 仅为弱吸附时, 推导其积分速率方程, 并 根据 T= 1173 K 时之实验数据求速率常数。

t/s 0 1800 4800 p(N2O)/kPa 26.7 18.1 9.3

23. 5 分

棕榈酸（相对分子质量为256）的苯溶液浓度为4.24 g·dm-3，今将该溶液滴于水的表面，苯则蒸发，而酸在表面形成一个连续的单分子层，如果水的表面积为500 cm2，问需若干体积的酸溶液才能覆盖其表面？已知酸分子的截面积为21?2。

24. 5 分

在 313 K 时，若水以半径为 10-3 m 的小液滴存在，试计算其饱和蒸气压比正常值 增加的百分率。 已知附加压力 ps= 1.39×107 N·m-2，摩尔体积 Vm= 1.84×10-5

m3·mol-1。

四、问答题 ( 共 3题 20分 ) 25. 10 分

CO(g)在铁催化剂上变换反应按以下机理进行： (1) H2O(g) ＋ K = OK ＋ H2(g) 平衡常数为K1 (2) OK ＋ CO(g) = CO2(g) ＋ K 平衡常数为K2 已知吸附热随表面覆盖率呈对数变化, 并且第二步为控制步骤, 试推导反应的速率方程式。

26. 5 分

请在符合 Langmuir 吸附等温式的前提下, 从反应物和产物分子吸附性质，解释下列 事实： (1) 氨在钨丝表面的分解是零级反应 (2) N2O在金表面的分解是一级反应

27. 5 分

已知 293 K 时，水-空气的表面张力为 0.0728 N·m-1，汞-水间的表面张力为

0.375 N·m-1，汞-空气的表面张力为 0.483 N·m-1。判断水能否在汞的表面上铺展开来？

参考答案

一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 2 分

[答] (B)

2. 2 分

[答] (C) ? = -a/RT (d?/da)T = -a/RT (-0.5 + 0.4a) > 0

a < 1.25

3. 2 分

[答] (C)

4. 2 分

[答] (B) 温度上升，表面张力下降。

5. 2 分

[答] (C)

6. 2 分

[答] (C)

7. 2 分

[答] (D) ps = 2×2? /R'

8. 2分

[答] (C)

9. 2 分

[答] (A)

*. 2 分

[答] (B) ps = 2×2? /R'

二、填空题 ( 共 9题 18分 ) 11. 2 分

[答] 接触角? ，? > 90°

12. 2 分

[答] ? = B/RT

13. 2 分

[答] 表面活性剂或称为润湿剂

14. 2 分

[答] 两个吸附分子间的反应；吸附分子与气态分子的反应。

15. 2 分

[答] 吸热 （2分） (2分) （2分）

16. 2 分

h?2?[答]

17. 2 分

h??gr?0.1488 m （2分）

2?[答]

?gr?2?0.0233790?9.8?1.0?10?4 m?0.06 m （2分）

18. 2 分

[答] 大，小。

19. 2 分

r?2?[答]

?gh?0.03 cm

三、计算题 ( 共 5题 40分 ) 20. 10 分

[答] ps = 2? /R' = 144 kPa 气泡内压力 p = p?+ ps= 245.325 kPa 紧接气泡水中含氧 p/p?×5 ×10-6 = 12.1 ×10-6

21. 10 分

[答] 气泡体积 V = 2.54×10-24 m3 气泡半径 R' = 8.46×10-9 m 由 Kelvin 公式求得： p = 93.2 kPa

22. 10 分

[答] ? = K p(N2O)/(1 + K p(N2O) )≈ K p(N2O) - dp(N2O)/dt = k? = k K p(N2O) = k’p(N2O)

ln[p0(N2O)/p(N2O)] = k K t = k’t 求得 k’= 2.16×10-4 s-1(1800 s时), 2.20×10-4 s-1(4800 s时) k’= 2.18×10-4 s-1

23. 5 分

[答] 棕榈酸的浓度为

4.24 256?0.0166 mol?dm?3 500?7 需酸 21?10?16?6.02?102 m3ol?3.95?10 mol .9?51?70?10

V?3 c00.0166m03?2.3?8?2103 c m

24. 5 分

[答] ln (p/p0)= 2? M/(RT?R') = psVm/RT

（2分）

(3分) (3分) (4分) (2分) (2分) (6分) (2分) (4分) (4分) （3分）

（3分）

（4分）

p/pn = 1.103 (3分) (p - p°)/p°×100% = 10.3 % (2分)

四、问答题 ( 共 3题 20分 ) 25. 10 分

[答] r＝k2pCO? O (? O为氧原子的覆盖率) (1) (2分) 吸附热随覆盖率对数变化, 则“氧原子分压pO”与? O间满足弗兰德里希公式

? O＝k＇pO1 / n (2) (3分) 设有平衡存在 O(g)＋K=OK(平衡常数为K0), pO＝[OK]/(K0[K]) (3) 而由第 1 步 k1＝[OK]pH/([K]pH22O) (4)

比较两式则有 pO＝k1/K0·pH2O/pH2 (5) 将(2)(5)式代 入(1)式得： r＝k2 k＇pCO(k1/k0)1 / n(pH2O/pH2)1 / n

＝kpCO(pH2O/pH2)1 / n

26. 5 分

[答] 假设符合 Langmuir 吸附等温式 ? i= bipi/(1 + ∑ bkpk) (1) 氨在钨表面是强吸附, 表面完全为 NH3所覆盖, 即? (NH3)≈1 所以 r = k (NH3)? (NH3)≈ k (NH3) (2) N2O 被微弱吸附在金表面, 处于 Langmuir 吸附的吸附线性范围 ? (N2O) = b(N2O)p(N2O), r = k(N2O)? (N2O) = k p(N2O)

27. 5 分

[答] ?汞-空气 ＞ ?汞-水＋ ?水-空气 能铺展

(3分)

(2分)

(2.5分) (2.5分)

(3分) (2分)

p/pn = 1.103 (3分) (p - p°)/p°×100% = 10.3 % (2分)

四、问答题 ( 共 3题 20分 ) 25. 10 分

[答] r＝k2pCO? O (? O为氧原子的覆盖率) (1) (2分) 吸附热随覆盖率对数变化, 则“氧原子分压pO”与? O间满足弗兰德里希公式

? O＝k＇pO1 / n (2) (3分) 设有平衡存在 O(g)＋K=OK(平衡常数为K0), pO＝[OK]/(K0[K]) (3) 而由第 1 步 k1＝[OK]pH/([K]pH22O) (4)

比较两式则有 pO＝k1/K0·pH2O/pH2 (5) 将(2)(5)式代 入(1)式得： r＝k2 k＇pCO(k1/k0)1 / n(pH2O/pH2)1 / n

＝kpCO(pH2O/pH2)1 / n

26. 5 分

[答] 假设符合 Langmuir 吸附等温式 ? i= bipi/(1 + ∑ bkpk) (1) 氨在钨表面是强吸附, 表面完全为 NH3所覆盖, 即? (NH3)≈1 所以 r = k (NH3)? (NH3)≈ k (NH3) (2) N2O 被微弱吸附在金表面, 处于 Langmuir 吸附的吸附线性范围 ? (N2O) = b(N2O)p(N2O), r = k(N2O)? (N2O) = k p(N2O)

27. 5 分

[答] ?汞-空气 ＞ ?汞-水＋ ?水-空气 能铺展

(3分)

(2分)

(2.5分) (2.5分)

(3分) (2分)

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