物理化学表面及胶体习题.docx
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物理化学表面及胶体习题
界面与胶体化学习题课
(一)界面与胶体化学主要公式
1.表面张力(表面自由能)
(单位N/m,J/m2)
2.弯曲表面下的附加压力(Young-Laplace)
(R为曲率半径,为弯曲表面两边的物质密度差)
(肥皂泡)
毛细管中,(毛细管半径,q接触角)
3.弯曲表面下的蒸气压(Kelvin)
(小液滴,大液滴,土壤中的毛细管吸附水,不同粒度物质的溶解度)
4.吸附等温式Langmuir,BET等(注意使用条件):
5.吉布斯表面吸附等温式:
(讨论正、负吸附)
6.接触角:
0<<90o固体被液体润湿;
>90o固体不为液体润湿。
7.胶体中沉降平衡时粒子随高度分布公式:
8.Rayleigh散射公式:
散射光强度与入射光波长的四次方成反比例。
胶团构造:
(AgI)[(AgI)m·nI-,(n-x)K+]x-·xK+
胶核,胶粒,胶团,双电层,电泳,电渗,流动电势,沉降电势。
(二)习题
1.293K时,把半径为1.0mm的水滴分散成半径为1.0m的小液滴,试计算(已知293K时水的表面Gibbs自由能为0.07288J/m2):
(1)表面积是原来的多少倍?
(2)表面Gibbs自由能增加多少?
(3)完成该变化时环境至少需做多少功?
答:
(1)1000;
(2)=9.145×10-4J
(3)Wf=9.145×10-4J
6.在298K和101.325kPa压力下,将直径为1.0m的毛细管插入水中,问需在管内加多大压力才能防止水上升?
若不加压力,水面上升,平衡时管内液面上升多高?
(已知298K时水的表面张力为0.072N/m,水密度为1000kg/m3,设接触角为0度,重力加速度g为9.8m/s2)
答:
,Ps=288kPa,h=29.39m
8.已知在298K,平面水的饱和蒸汽压为3168Pa,求在相同温度下,半径为3nm的小液滴的饱和蒸汽压,已知298K时水的表面张力为0.072N/m,水密度为1000kg/m3,水的摩尔质量为18g/mol)
答;主要密度,摩尔质量单位
得到P2=4489.7pa
10.水蒸气骤冷会发生过饱和现象,在夏天的乌云中,用飞机撒干冰微粒,使气温骤降至293K,水汽的过饱和度(P/Ps)达4。
已知在293K时水的表面张力为0.07288N/m,水密度为997kg/m3,试计算:
(1)在此时开始形成雨滴的半径。
(2)每滴所含水的分子数。
答:
(1)(P1为Ps,R1=∞)求得R2=7.79×10-10m;
(2)
胶体:
1.在碱性溶液中用HCHO还原HAuCl4制备金溶胶,反应可以表示为HAuCl4+5NaOH→NaAuO2+4NaCl+3H2O
2NaAuO2+3HCHO+NaOH→2Au+3HCOONa+2H2O;
NaAuO2稳定剂,写出胶团结构式,标出胶核、胶粒和胶团。
答:
[(Au)m·nAuO2-·(n-x)Na+]x-·xNa+
16.已知在二氧化硅溶胶的形成过程中,存在下列反应:
SiO2+H2O→H2SiO3→SiO32-+2H+
(1)写出胶团的结构式。
(2)溶胶电泳方向
(3)溶胶中分别加入NaCl,MgCl2,K3PO4时,哪种物质的聚沉值最小?
答:
(1)[(SiO2)m·nSiO32-·2(n-x)H+]2x-·2xH+
(2)溶胶电泳方向胶粒带负电,向正极方向运动。
(3)MgCl2聚沉值最小
补充:
1用As2O3与略过量的H2S制成As2S3溶胶,试写出胶团表达式。
用FeCl3在热水中水解制备Fe(OH)3溶胶,试写出胶团的结构式。
答:
[(As2S3)m·nHS-·(n-x)H+]x-·xH+
{[(Fe(OH)3)]m·nFeO+·(n-x)Cl-]x-·xCl-
2等体积的0.08mol/dm3NaBr溶液和0.10mol/dm3AgNO3溶液混合制备AgBr溶胶,分别加入相同浓度的下述电解质溶液,其聚沉能力的大小顺序?
(D>B>C>A)
(A)KCl(B)Na2SO4(C)MgSO4(D)Na3PO4
3一个烧杯中,盛有某种溶胶20×10-6m3,如使其聚沉,至少需浓度为1000mol·m-3的NaCl溶液20×10-6m3,或浓度为1mol·m-3的Na2SO4溶液100×10-6m3,由这些数据得出的结论是:
(c)
(A)溶胶带正电,NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值小
(B)溶胶带负电,NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值大
(C)溶胶带正电,NaCl的聚沉值比Na2SO4的聚沉值大
(D)溶胶带正电,NaCl的聚沉能力比Na2SO4的聚沉能力强
4液体的表面自由能可以表示为:
(c)
(A)(H/A)(B)(F/A)
(C)(U/A)(D)(G/A)
5.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
6.微小晶体与普通晶体相比较,哪一种性质不正确?
(d)
(A)微小晶体的饱和蒸气压大(B)微小晶体的溶解度大
(C)微小晶体的熔点较低(D)微小晶体的溶解度较小
7.液滴的半径越小,饱和蒸气压越大,液体中的气泡半径越小,气泡内液体的饱和蒸气压越小。
8.用大小不同的CaCO3(s)颗粒做热分解实验,在相同温度下,哪些晶粒分解压大?
答:
小颗粒
原因:
,
9.同温度下,同一液体,随表面曲率半径不同具有不同的饱和蒸气压,若以P平、P凹、P凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸气压,三者关系P凹
10.把大小不等的液滴封在一个玻璃罩能,隔相当长时间后,会发生什么现象:
小液滴消失,大液滴增大。
11.加入表面活性剂,使液体的表面张力降低,表面层表面活性剂的浓度一定大于它在体相中的浓度。
12.润湿液体在毛细管中上升的高度与毛细管内径成反比例,与液体的表面张力成正比例。
13.在毛细管中分别装有两种不同液体,一种能润湿管壁,另外一种不能润湿。
水平放置时,当在毛细管一端加热时,液体向何方移动?
原因?
(左右)(温度升高时,纯液体的表面张力下降)
14.在三通塞两端涂上肥皂液,关闭右端,在左端吹一大泡,关闭左端,在右端吹一小泡,然后使左右相通,将会出现什么现象?
小泡变小,大泡变大
15.在相同的温度及压力,把一定体积的水分散成许多小水滴,经这一变化过程以下性质保持不变的是:
(d)
(a)总表面能(b)比表面(c)液面下的附加压力(d)表面张力
16.用同一滴管分别滴下1毫升的NaOH水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为乙醇水溶液>水>NaOH水溶液。
17.把细长不渗水的两张纸条平行地放在纯水面上,中间留少许距离,小心地在中间滴一滴肥皂水,则两纸条间的距离将(增大)。
18.将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm,在3cm处将毛细管折断,这时毛细管上端(C)。
(a)从上端溢出(b)水面呈凸面
(c)呈凹形弯月面(d)呈水平面
19.设有内径一样大的a,b,c,d,e,f管及内径比较大的g管一起插入水中如下图,除f管内壁涂有石蜡外,其余全都是洁净的玻璃管,若a管内液面升高为h,试估计其余管内的水面高度?
若先在个管内(c,d除外)都灌到h的高度,再让其自动下降结果又如何?
20.氢氧化铁溶胶显红色,胶粒直径的大小在10-9~10-7m之间,由于氢氧化铁带正电荷,所以通过直流电时,在负极附近颜色逐渐变深。
21.外加直流电场于胶体溶液,向某一电极作定向移动的是胶粒。
22.用半透膜分离溶胶与胶体溶液的方法叫渗析。
23.丁达尔现象是光散射所引起的,其强度与入射光波长的四次方成反比例。
24.在晴朗的白昼,天空呈蔚蓝色的原因是蓝光波长短,散射作用显著。
25.明矾净水的主要原理是。
(b)
(a)电解质对溶胶的稳定作用;(b)溶胶的相互聚沉作用
(c)电解质的敏化作用;(d)电解质的对抗作用
26.将某血浆蛋白置于直流电场中,调整pH值,该血浆蛋白当pH4.72时移向正极,当pH4.68时移向负极,其等电点范围为4.68~4.72。
27.已知298K大粒径的二硝基苯的溶解度a=1.00×10-3mol/L,固液=2.57×10-2N/m,求直径为1.0×10-8m的颗粒溶解度?
(=1.589g/cm3)
根据开尔文公式,a2=1.55×10-3mol/L
28.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?
(表面催化,气体在不同压力与表面覆盖率的关系说明。
低压一级,高压零级)
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+KAK
B+KBK
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?
(C)
(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=0.05,当=1/2时,苯气体的平衡压力为:
(B)ap=/(1-),p=40Pa,=0.05
a=0.001315Pa-1
=1/2时,p=760Pa
(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)(D)
(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?
(B)
(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(D)
(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:
(C)
(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)
(A)向左移动(B)向右移动
(C)不移动(D)左右来回移动
表面张力随温度之增高而下降,由p=2/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.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:
(B)
(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:
(B)
(A)固-水>固-空
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- 物理化学 表面 胶体 习题