物理化学表面化学练习题及参考答案.docx
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物理化学表面化学练习题及参考答案
表面2A
一、选择题
1.在催化剂表面上进行的双分子气相反应,其机理为:
A+K
AK
B+K
BK
AK+BK─→C+D+2K
若催化剂表面是均匀的,表面反应为控制步骤,且A、B的吸附皆弱,则反应表现为几级?
()
(A)零级(B)一级
(C)二级(D)无数级
2.298K时,蒸气苯在石墨上的吸附,符合Langmuir吸附等温式,在40Pa时,覆盖度θ=0.05,当θ=1/2时,苯气体的平衡压力为:
()
(A)400Pa(B)760Pa
(C)1000Pa(D)200Pa
3.在等温等压条件下,将1mol水的表面积增加10倍,作功为W,水的Gibbs自由能变化为∆G,此时W与∆G的关系为:
(∆U=Q-W)()
(A)∆G=-W(B)∆G=W
(C)∆G<-W(D)不能确定
4.同一固体,大块颗粒和粉状颗粒,其溶解度哪个大?
()
(A)大块颗粒大(B)粉状颗粒大
(C)一样大(D)无法比较
5.有一露于空气中的球形液膜,直径为2×10-3m,表面张力为0.072N·m-1,液膜的附加压力为()
(A)36Pa(B)72Pa
(C)144Pa(D)288Pa
6.单组分气-液平衡体系,在孤立条件下,界面A发生了dA>0的微小变化,体系相应的熵变dS变化为:
()
(A)dS>0(B)dS=0
(C)dS<0(D)不能确定
7.在下图的毛细管内装入普通不润湿性液体,当将毛细管右端用冰块冷却时,管内液体将:
()
(A)向左移动(B)向右移动
(C)不移动(D)左右来回移动
8.在农药中通常都要加入一定量的表面活性物质,如烷基苯磺酸盐,其主要目的是:
()
(A)增加农药的杀虫药性
(B)提高农药对植物表面的润湿能力
(C)防止农药挥发
(D)消除药液的泡沫
9.对于亲水性固体表面,其表面张力间的关系是:
()
(A)γ固-水>γ固-空气(B)γ固-水<γ固-空气
(C)γ固-水=γ固-空气(D)不能确定
其液固间的接触角θ值为:
()
(A)θ>90°(B)θ=90°
(C)θ=180°(D)θ<90°
10.已知A2
(1),B2
(2)两种气体在催化剂上发生混合吸附,其中
(1)气体发生解离,若催化剂表面是均匀的,则
(1)、
(2)在催化剂上的表面覆盖度θ1,θ2与气相平衡压力p1,p2关系为:
()
(A)θ1=
θ2=
(B)θ1=
θ2=
(C)θ1=
θ2=
(D)θ1=
θ2=
11.某气体A2在表面均匀的催化剂上发生解离反应,其机理为:
A2(g)+2K
2AK
C+D+2K
若A2的压力较低,反应表现为几级?
()
(A)零级(B)一级
(C)二级(D)三级
12.纯液体温度升高时,表面张力()
(A)随温度升高指数增大
(B)随温度升高线性降低
(C)随温度呈对数变化
(D)不变
13.液体在毛细管中上升的高度与下列那一个因素无关:
()
(A)温度(B)液体密度
(C)重力加速度(D)大气压力
二、填空题
14.在293K时丙酮的表面张力为γ=0.0233N·m-1,密度ρ=790kg·m-3,将半径为0.01cm的毛细管插入其中,液面上升了____________m。
15.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。
16.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__________。
17.液体在固体表面的润湿程度以__________衡量,当_________时称为不润湿。
18.面吉布斯自由能和界面张力的相同点是
不同点是。
19.从吸附的角度考虑催化剂的活性取决于_____________,一个良好的催化剂应是___________。
20.T=298K时,水-空气表面张力γ=7.17×10-2N·m-1,
(∂γ/∂T)p,A=-1.57×10-4N·m-1·K-1。
在T,p时,可逆地增加2cm2表面,对体系所作的功W=___________,熵变∆S=_____________。
三、计算题
21.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=1173K时之实验数据求速率常数。
t/s018004800
p(N2O)/kPa26.718.19.3
22.水的表面张力与温度的关系如下:
t/℃
20
22
25
28
30
γ/N·m-1
0.07275
0.07244
0.07197
0.07150
0.07118
(1)求25℃时的比表面焓
;
(2)用表面附有极薄水膜的固体粉末倾入水中将会放热,求10g表面积为200m2·g-1的固体粉末所放出的热量。
23.25℃时,血红蛋白铺展在0.01mol·cm-3HCl水溶液上形成表面膜,测其表面压数据如表所示计算该蛋白质的相对分子质量(A为表面膜面积)。
A/m2·g-1
4.0
5.0
6.0
7.5
10.0
π/mN·m-1
0.28
0.16
0.105
0.06
0.035
24.370℃,p压力下,丁烯在Co(Ni)MoO4催化剂上催化脱氢制丁二烯,已知进入反应器的丁烯的流量为1.5mol·h-1,反应经两小时后,产物中有丁二烯47.1dm3(标准态),丁烯13.44dm3,试求丁烯转化率X,丁二烯的收率Y及反应的选择性S。
25.某气体A在催化剂上异构化为B,按以下机理进行:
A+K=AK
[AK]
B+K
第二步为速控步骤,且k2=5.0×10-5mol·dm-3·s-1若A在催化剂上吸附很强,求反应的速率。
此时反应为几级。
(假定催化剂表面均匀的)
26.298K时,将含1mg蛋白质的溶液铺在5%的(NH4)2SO4溶液上。
当溶液表面为0.1m2时,测其表面压为6.0×10-4N·m-1。
计算该蛋白质的摩尔质量。
27.某表面活性剂的稀溶液,当浓度增加1×10-4mol·dm-3时,表面张力减小3×103N·m-1。
试求298K时,浓度为1×10-4mol·dm-3的表面活性剂溶液的表面超额Γ的值。
四、问答题
28.由曲率半径的正、负号,比较在一定温度下,凸的弯月面,凹的弯月面的蒸气压p与平面液体的饱和蒸气压p*的相对大小。
表面2A答案
一、选择题
1.[答](C)2.[答](B)
ap=θ/(1-θ),p=40Pa,θ=0.05
a=0.001315Pa-1
θ=1/2时,p=760Pa
3.[答](D)4.[答](B)5.[答](D)6.[答](C)
7.[答](A)
表面张力γ随温度之增高而下降,由∆p=2γ/R知,右端冷却时其附加压力增加而左端不变,故向左移动。
8.[答](B)9.[答](B)(D)10.[答](C)11.[答](D)
12.[答](B)13.[答](D)
二、填空题
14.[答]
15.[答]表面活性剂或称为润湿剂
16.[答]大,小。
17.[答]接触角θ,θ>90°
18.[答]量纲和数值相同;物理意义和单位不同。
19.[答]化学吸附的强度;中等强度的化学吸附。
20.[答]W=-γdA=-14.34×10-6J
∆S=3.14×10-3J·K-1
三、计算题
21.[答]θ=Kp(N2O)/(1+Kp(N2O))≈Kp(N2O)
-dp(N2O)/dt=kθ=kKp(N2O)=k’p(N2O)
ln[p0(N2O)/p(N2O)]=kKt=k’t
求得k’=2.16×10-4s-1(1800s时),2.20×10-4s-1(4800s时)
’=2.18×10-4s-1
22.[答]
(1)
(2)
23.[答]高聚物在液面上展开成单分子气态膜,由膜状态方程
π(A-nA0)=nRT=(W/M)RTA是膜面积
πA=nπA0+(W/M)RT,A0是1mol成膜物本身面积,n是成膜物的物质的量作πA-π图,外推到π→0处,直线截距为[(W/M)RT]π→0,可求摩尔质量
π/mN·m-1
0.28
0.16
0.105
0.06
0.035
πA/mN·m·g-1
1.12
0.80
0.63
0.45
0.35
截距为I=0.18×103mN·m·kg-1
M=WRT/I=13.760kg·mol-1=13760g·mol-1
与用沉降法所得M≈68000相比偏小,表明发生表面解离。
24.[答]X=[1.5-13.44/(22.4×2)]/1.5=80%
Y=47.1/(22.4×2)/1.5=70%
S=Y/X=87.5%
25.[答]r=k2θA
θA=aApA/(1+aApA)
r=k2aApA/(1+aApA)
A的吸附很强时,aApA»1
则r=k2=5.0×10-5mol·dm-3·s-1
反应表现为零级
若从k2的单位判断为零级反应也对
26.[答]由关系式:
πA=nRT=W/M·RT
M=WRT/(πA)=41.29kg·mol-1
27.[答]Γ=-(a/RT)·(dγ/da)
a=c/c
(dγ/da)T=∆γ/∆a
Γ=1.20×10-6mol·m-2
四、问答题
28.[答]
ln(p/p*)=2γM/RTρ×1/R'
凸面,R'>0p>p*
凹面,R'<0p
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