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物理化学(第五版)上册

傅献彩 编 / 高等教育出版社

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1. 表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念?相同否?

答:总的说来四者都是描述表面的过剩能量,但概念上有区别,表面能为物质表面较其 内部多余的能量;若在 T,p 恒定时,这部分能量称为表面自由能(表面吉布斯自由能);

-若在T,p恒定时,单位表面的自由能,便称为比表面自由能,其单位为 J·m2,因 J

--=N·m,故 J·m2 也可化为 N·m1,这样表面自由能又转变为另一概念,成为垂直作

用于单位长度相表面上沿着相表面的切面方向的力,称为表面张力。虽然比表面自由能和表面张力的数值相同,也可混用,但概念有差别,前者是标量,后者是矢量。

2.若在容器内只是油与水在一起,虽然用力振荡,但静止后仍自动分层,这是为什么? 答:油与水是互不相溶的,当二者剧烈振荡时,可以相互分散成小液滴,这样一来,表面能增大,这时又没有能降低表面能的第三种物质存在,因此这时为不稳定体系,体系有自动降低能量的倾向,分层后,体系能量降低,因此会自动分层。

3.铅酸蓄电池的两个电极,一个是活性铅电极,另一个是活性氧化铅电极,你是怎样理 解这理解这“活性”两字?

答:这里活性是指铅或氧化铅处于多孔性,即具有大的比表面积,具有较高比表面自由 能,处于化学活性状态。这是在制备电极时经过特殊活化工序而形成的高分散状态,根据热力学理论及表面性质,若铅蓄电池长期使用或者长期放置而未能及时充电,电极的高分散状态会逐渐减低,这种活性也就消失。

4.在化工生产中,固体原料的焙烧,目前很多采用沸腾焙烧,依表面现象来分析有哪些优点? 答:沸腾焙烧是将固体原料碎成小颗粒,通入预热的空气或其它气体,使炉内固体颗粒在 气体中悬浮,状如沸腾,这样就增大了固气间的接触界面,增强了传质与传热,使体系处于较高的化学活性状态。

5. 在滴管内的液体为什么必须给橡胶乳头加压时液体才能滴出,并呈球形?

答:因在滴管下端的液面呈凹形,即液面的附加力是向上的,液体不易从滴管滴出,因此 若要使液滴从管端滴下,必须在橡胶乳头加以压力,使这压力大于附加压力,此压力通过液柱而传至管下端液面而超过凹形表面的附加压力,使凹形表面变成凸形表面,最终使液滴滴下,刚滴下的一瞬间,液滴不成球形,上端呈尖形,这时液面各部位的曲率半径都不一样,不同部位的曲面上所产生附加压力也不同,这种不平衡的压力便迫使液滴自动调整成球形,

降低能量使液滴具有最小的表面积。

6. 在进行蒸馏实验时要在蒸馏烧瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸其道理何在?

答:若无碎磁片或沸石,由于液体内部不易形成新相( 气相 ),因若形成新相的刹那间,该新气泡相的凹形表面的曲率很大,则根据开尔文公式,这样微小的气泡便自发消失,因此体系便不能在正常情况下沸腾,便会升高温度形成局部过热的介稳定状态,导至暴沸。如果在液体内加上沸石,则在沸石表面的尖端有较大的凸端,此处 pr( 气泡内压强)>>p*(液体饱和蒸气压),因而容易沸腾,并且沸石内部吸附的空气,也因受热而脱附,成为形成气泡气核,又因沸石与瓶底紧密相接,而成为局部过热处,两者相接处的液膜在瞬间过热,pr>p*,便成为微泡,使沸石跳动,结果便成为一新气泡上升。

7.如果在一杯含有极微小蔗糖晶粒的蔗糖饱和溶液中,投入一块较大的蔗糖晶体,在恒温密闭的条件下,放置一段时间,这时这杯溶液有什么变化?

答:任何物质的饱和溶液,当其中存在着大小不同的被溶解物质晶态物质时,实际上这 些大小不同的同种晶态物质的溶解度是不同的,由公式:RTn(Cr/C*)=2Mrζ(S)/rρ(S)可知,r越小,即晶粒越小越微,其溶解度Cr越大,其溶解度大于大块晶体的溶解度C*,因此,将这饱和溶液长期放置后,微晶、小晶 体便逐渐消失,而大块晶体却逐渐增大。

8.表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是否是一个概念?

答:表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是三个不同的概念。表面浓度是表面上每单位 体积中所含溶质的摩尔数。表面吸附量与表面过剩量是同一个概念,表面吸附量是指溶液单位表面上与溶液内部相应部分的所含溶质的过剩量,即表面浓度与本体浓度之差。对于由表面活性剂形成的溶液,由于体相浓度与表面浓度相比,其值甚小,因此,表面浓度之值与表面吸附量之值相近或一致。

9.表面活性剂在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上,还是以胶束的形式存在于溶 液中?为什么?

答:表面活性剂在溶液表面形成定向排列,以降低水的表面张力,使体系趋向稳定,但在溶液内部,表面活性剂也能把增水基团靠在一起,形成胶束,一般来说,浓度较稀时以定向排列吸附在表面为主,但溶液内部也可能有简单的胶束形成;随着表面活性剂的浓度增加,表面定向排列增加的同时,内部胶束数量也增多,一旦表面形成单分子膜,这时便达到临界胶束浓度,以后再增加表面活性剂浓度,只增加胶束数量,表面张力不再改变。

10.两性离子型与非离子型表面活性剂有何不同?

答:两性离子型表面活性剂在某一定的 pH 值时,在溶液中呈等电点,当溶液低于这个 pH 值时,即在酸性溶液中,它呈阳离子表面活性剂,而在大于该 pH 值的溶液中,它呈阴离子表面活性剂。 非离子型表面活性剂在溶夜中不能电离,不能成为离子型表面活性剂,非离子型表面活性剂多含有在水中不解离的羟基(-OH)和(-O-)结合的含氧基团,并以这类基团为亲水基团。

1.“物质的表面自由能就是单位表面积的表面层分子所具有的自由能”。此说法是否正确? 答:错误。表面自由能是指单位表面积上的分子比相同数量的内部分子过剩的自由能。或称

比表面自由能。

12.一定温度压力下,润湿性液体在毛细管中上升的高度与哪些量成正比?

(A)表面张力 (B)毛细管半径 (C)液体密度 (D)液体粘度

答:B和C。h=gr

13.当一毛细管插入水中时,毛细管中水面上升5cm,在3cm处将毛细管截断,此时毛细管上端的现象是

(A)水从上端溢出 (B) 水面呈凸面形

2

(C)水面呈凹形弯月面 (D)水面呈水平面

答:(C )

14.多孔硅胶有强烈的吸水性能,硅胶吸附水后其表面激布斯自由能将

(A)升高 (B)降低 (C)不变 (D)无法确定

答:(B)

15.郎格缪尔吸附公式适用于哪一种吸附?BET吸附公式主要区别于郎格缪尔吸附公式之处是什么?

答:郎格缪尔吸附公式适用于单分子层吸附。而BET吸附公式主要适用于多分子层

吸附。

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