1、考研物理化学（界面现象）模拟试卷 1 及答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 半径为 r 的球形肥皂泡内的附加压力是_。2 液滴的半径越小，饱和蒸气压越_；液体中的气泡半径越小，气泡内液体的饱和蒸气压越_。3 某温度压力下，有大小相同的水滴、水泡和气泡，其气相组成部分相同，如图 10一 2 所示。它们三者表面自由能大小为_。二、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。4 已知 20时，水一空气的表面张力为 727510 2 N.m1 ，当 20和 p下可逆地增大水的表面积 4 cm2 时，物系的 G 将是( )（A）29110 5 J（B） 2911
2、0 1 J（C）一 29110 5 J（D）一 29110 1 J5 通常称为表面活性物质的就是指其加入液体中( )（A）能降低液体表面张力（B）能增大液体表面张力（C）不影响液体表面张力（D）能显著降低液体表面张力6 讨论固体对气体的等温吸附的兰缪尔理论，其最重要的基本假设为( )（A）气体是处在低气压（B）固体表面的不均匀性（C）吸附是单分子层的（D）吸附是多分子层的7 当表面活性物质加入溶剂后，所产生的结果是( )8 描述固体对气体的吸附的 BET 公式，是在兰缪尔理论的基础上发展而得到的，它与兰缪尔理论的最重要的区别是( )（A）吸附是多分子层的（B）吸附是单分子层的（C）吸附作用是动
3、态平衡（D）固体表面是均匀的9 BET 公式的最主要的用途之一在于( )（A）获得高压下的吸附机（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10 大多数液体其表面张力随温度的变化率是 ( )（A）（B）（C）（D）无一定变化规律11 如图 103，在毛细管里装入润湿性液体，当毛细管左端加热时，管内的润湿性液体将( )（A）向左移动（B）向右移动（C）不发生移动（D）因失去平衡而左右来回移动12 对弯曲液面上蒸气压的描述，正确的是( )（A）大于平面液体的蒸气压（B）小于平面液体的蒸气压（C）大于或小于平面液体的蒸气（D）都不对13 常见的一些亚稳现象都与表面现象有关。下面的说
4、法，正确的是( )（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）过热液体形成的原因是新相种子小气泡的附加压力太小（C）饱和溶液陈化，晶粒长大是因为小晶粒溶解度比大晶粒的溶解度小（D）人工降雨时，在大气中撒入化学物质的主要目的是促进凝结中心的形成14 溶液表面的吸附现象和固体表面的吸附现象的明显区别是( )（A）固体表面的吸附量大，溶液表面的吸附量小（B）溶液表面的吸附量大，固体表面的吸附量小（C）溶液表面可以产生负吸附，固体表面不产生负吸附（D）固体表面的吸附与压力有关，溶液表面的吸附与压力无关15 一定条件下液体在毛细管中上升的高度与毛细管的半径( )（A）无关（B）成正比
5、（C）成反比（D）不确定16 若天空云层中小水滴的大小发生变化时，一定是( )（A）大水滴变大，小水滴变小（B）大水滴变小，小水滴变大（C）大小水滴都变大（D）大小水滴都变小17 当在两玻璃板中间加入少量水后，在垂直于玻璃板平面方向上很难将其拉开，故两玻璃板间应该形式( )（A）凸液面（B）凹液面（C）无液面（D）无法判断18 液体在毛细管中上升的高度与( )基本无关。（A）温度（B）液体密度（C）大气压力（D）重力加速度19 微小晶体与同一种的大块晶体相比，下列说法中，不正确的是( )（A）微小晶体的饱和蒸汽压大（B）微小晶体的表面张力未变（C）微小晶体的溶解度小（D）微小晶体的熔点低20
6、用最大气泡法测定液体表面张力的实验中，错误的是( )（A）毛细管壁必须清洁干净（B）毛细管口必须平整（C）毛细管必须垂直放置（D）毛细管须插入液体一定深度21 在潮湿的空气中放有三根粗细不等的毛细管，其半径大小顺序为 r1r 2 3，则毛细管内水蒸气易于凝结的顺序是( )（A）1，2，3（B） 2，3，1（C） 3，2，1（D）无法判断22 人工降雨是将 AgI 微细晶粒喷洒在积雨云层中，目的是为降雨提供( )（A）冷量（B）湿度（C）晶核（D）温度23 下列对于物理吸附的描述，不正确的是( )（A）吸附力基于范德华力，吸附一般没有选择性（B）吸附层可以是单分子层或多分子层（C）吸附速率较快，
7、吸附热较小（D）吸附较稳定，不易解析24 佛罗因德利希吸附定温式 适用于( )（A）低压（B）中压（C）高压（D）任何压力24 已知纯水的表面张力与温度的关系式为 =(0 075 6449510 6 TK)N.m 1 设当水的表面积改变时其总体积不变。试计算：25 在 283 K 及标准压力下，使水可逆地增加 10 cm2 的表面积(A s)所必须对系统做的表面功；26 该过程中系统的U， H，S，A， G 和所吸的热 Q；27 让可逆地增加 10 cm 2 的水再自发地收缩到原来的表面积，求这个过程的U，H， S，A，G 和 Q(设不考虑收缩功)。28 在一定温度下，密度为 ，摩尔质量为 M
8、 的无机化合物可形成半径为 r 的微米级粒子，该粒子在水中的饱和度为 c，如固一液界面张力为 sl，该化合物的大块固体在水中的溶解度为 c0，试证明： (k 在一定温度下为常数)29 用一玻璃管吹肥皂泡，在玻璃管中间接一 U 形压力计，压力计中放入适量的水，U 形压力计一端与玻璃管相接，一端通向大气。当吹出的肥皂泡直径为 50 mm时，u 形压力计中两臂水柱差为 2103 m。若将直径为 1104 m 的玻璃毛细管插入该肥皂液中，试计算肥皂液将会升高多少?设肥皂液可完全润湿毛细管，密度与纯水近似相等，为 1103kg.m3 。30 298 K 时，从一稀肥皂水溶液上刮下极薄的一层液体，液膜表面
9、积为310 2m2，得到 2103 dm3 溶液(水重 2103 kg)，其中肥皂含量为401310 5 mol，而液体相内同样体积的溶液中含肥皂 400010 5 mol。试根据吉布斯吸附公式和 =0 一 bc 计算溶液的表面张力。已知 298 K 时纯水的表面张力0=7210 2N.m1 。31 室温时，将一段半径为 1010 4 m 的毛细管置于水一苯两层液体间，上端不出苯的液面。达平衡时，水在毛细管内上升的高度为 004 m ，计算水与苯之间的界面张力 苯水 。已知玻璃一水一苯的接触角 =40，水和苯的密度分别是 水=1010 3kg.m3 ， 苯 =8810 2kg.m3 。32 在
10、 p0=101325 kPa 的外压下，如果水中只有半径为 10 m 的蒸气泡，要让这样的水沸腾，需加热多少度?已知在 373 K 时水的表面张力为 =58910 2 N.m1 ，摩尔汽化焓为 4067 kJ.mol 1 ，并设与温度无关。33 在 773 K 时，大块的 CaCO3(s，大)达成分解平衡时的压力 p0=100 Pa，若将CaCO3(s)磨成半径为 30 nm 的微粒，试计算在相同温度下 CaCO3(s，微粒)的分解压力。已知此时 CaCO3(s)的表面张力 =1210 N.m 1 ，密度=3910 3kg.m3 ，CaCO 3(s)的摩尔质量 M=1001g.m 1 。设气体
11、为理想气体。34 假设稀油酸钠水溶液的表面张力 与浓度呈线性关系： =*一 ba，式中， *为纯水的表面张力，b 为常数。已知 298 K 时， *=0072 14 N.m 1 ，测得该溶液表面吸附油酸钠的吸附超额 2=43310 6 mol.m2 ，试计算该溶液的表面张力。34 已知在 300 K 时，纯水的饱和蒸汽压 ps=3529 kPa，密度 =997 kg.m3 ，表面张力 =7180 mN.m 1 。在该温度下：35 将半径 r1=5010 4 m 的洁净玻璃毛细管插入纯水中，管内液面上升的高度为h=28 cm，试计算水与玻璃之间的接触角；36 若玻璃毛细管的半径为 r2=20 n
12、m 时，求水蒸气在该毛细管中发生凝聚的最低蒸气压。考研物理化学（界面现象）模拟试卷 1 答案与解析一、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。1 【正确答案】 【知识模块】 界面现象2 【正确答案】 大，小【试题解析】 其中曲率半径 r 对于凸液面(如小液滴)取正号，对凹液面(如毛细管中的凹液面，气泡内液体)取负号。【知识模块】 界面现象3 【正确答案】 G a=GcG b【试题解析】 水滴和气泡只有一个表面，水泡有内外两个表面。【知识模块】 界面现象二、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。4 【正确答案】 A【试题解析】 G=. A=(727510 2 4104
13、)J=29110 5 J【知识模块】 界面现象5 【正确答案】 D【试题解析】 通常将能显著降低液体表面张力的物质称为表面活性物质。【知识模块】 界面现象6 【正确答案】 C【试题解析】 Langmuir 在导出吸附等温式时提出了几个假定，如固体表面是均匀的，吸附分子间无相互作用，吸附是单分子层的，吸附作用是吸附与解吸达到平衡的结果。【知识模块】 界面现象7 【正确答案】 A【试题解析】 表面活性物质的加入会使表面张力下降，即 ，在溶液表面产生正吸附。【知识模块】 界面现象8 【正确答案】 A【试题解析】 兰缪尔公式是单分子层吸附，而 BET 公式是多分子层吸附。【知识模块】 界面现象9 【正
14、确答案】 D【试题解析】 BET 公式适用于低温物理吸附，在催化剂研制中常用于测定固体的比表面与孔径分布。【知识模块】 界面现象10 【正确答案】 A【试题解析】 对于表面相来说：dG= 一 SdT+Vdp+dA+ BdnB当温度一定时，扩大单位界面积，熵增加，左式大于 0，则,【知识模块】 界面现象11 【正确答案】 B【试题解析】 ，当左侧温度升高时，表面张力下降，p 减小，由于附加压力指向凹液面球心，故p 1p 2，p 1p 2，向右移动。【知识模块】 界面现象12 【正确答案】 C【试题解析】 根据开尔文公式，凸液面 0，蒸气压升高；凹液面 0，蒸气压下降。【知识模块】 界面现象13
15、【正确答案】 D【试题解析】 在云层中形成雨滴时，由于开始形成的雨滴非常小，使其饱和蒸气压远高于平面水的蒸气压，对平面液体已饱和的水蒸气，对于开始要形成的小雨滴还没饱和，因此，无法形成小雨滴。当人工降雨时，撒入化学物质，形成了水气的凝聚中心，使雨滴的初始曲率加大、饱和蒸气压降低，小雨滴达到饱和，并不断长大形成降雨。【知识模块】 界面现象14 【正确答案】 C【试题解析】 溶液表面的吸附量 时，0，为正吸附。而固体表面的吸附量 大于 0。【知识模块】 界面现象15 【正确答案】 C【试题解析】 毛细管越细，液体上升高度越大。【知识模块】 界面现象16 【正确答案】 A【试题解析】 小水滴表面所受
16、的附加压力大，表面上的蒸气压高，所以小水滴不断蒸发而缩小，水蒸气在大水滴上不断凝聚而变大。【知识模块】 界面现象17 【正确答案】 B【试题解析】 水能润湿玻璃，在两块玻璃板之间形成曲率半径很小的凹形液面。在玻璃板上下都是大气压力，而在两块板之间有一个与大气压力相反的附加压力，缝中的压力比大气压小，相当于两板之间具有一定的真空度，故很难将其拉开。【知识模块】 界面现象18 【正确答案】 C【试题解析】 温度升高， 下降、密度下降，重力加速度改变都会使毛细管中的液体上升高度发生变化。而毛细管上升高度与大气压无关。【知识模块】 界面现象19 【正确答案】 C【试题解析】 由于微粒越小，表面积越大，
17、凸面上有额外的吉布斯自由能，分解压力大，故同压力下，熔点更低。由于微粒表面的蒸气压高，根据开尔文公式的衍生形式 曲率半径越小，其饱和溶液的浓度越大，溶解度越大。【知识模块】 界面现象20 【正确答案】 D【试题解析】 实验时应使毛细管口与液面相切，才能忽略鼓泡时克服的液体静压力，故不能将毛细管插入液体内部。【知识模块】 界面现象21 【正确答案】 C【试题解析】 毛细管的半径越小，管内弯月面的曲率半径也越小，液面上的附加压力越大，凹液面上的蒸气压越低，水气越易发生凝聚。【知识模块】 界面现象22 【正确答案】 C【试题解析】 喷洒的 AgI 微细晶体提供了水气的凝聚中心，使形成的雨滴的初始曲率
18、半径加大，饱和蒸气压降低，易达到饱和，形成雨滴。【知识模块】 界面现象23 【正确答案】 D【试题解析】 物理吸附的作用力是范德华力，吸附热类似于气体液化热。吸附无选择性且不稳定；它既可以是单分子层的，也可以是多分子层的；速度快，低温下就可完成。【知识模块】 界面现象24 【正确答案】 B【试题解析】 弗罗因德利希吸附等温式是经验式，适用于中压范围。【知识模块】 界面现象【知识模块】 界面现象25 【正确答案】 先计算 283 K 时水的表面 Gibbs 自由能： (283 K)=(0075 6449510 6 283)N.m1 =0074 24 N.m 1 使水增加 10 cm 2 所必须做
19、的表面功Wf 为 W f=As=0074 24 N.m1 10 cm 2=742410 6 J【知识模块】 界面现象26 【正确答案】 G=W f=742410 6 J 热力学基本公式在表面化学中的表示式为dA=一 SdTpdV+dAs+ BdnB 运用全微分的基本性质，z=f(x，y)，在 dV=0，dn B=0 的情况下，得=49510 6 N.m1.K1 10 cm 1 =49510 10 J.K1 H=G+TS=(742410 6 +14010 7 )J=756410 6 JU=H=756410 6 JA=G=742410 6 JQ=TS=283 K49510 14 J.K1 =140
20、10 7 J【知识模块】 界面现象27 【正确答案】 收缩过程，系统基本恢复原状，整个过程的状态函数变量等于零，所以收缩过程的热力学变量等于扩展表面时的负值，即 U= H=一 756410 6 J A=G=一 742410 6 J S=一 49510 10 J.K1 自发收缩是不可逆过程，放出的热量为 Q=U= 一 756410 6 J【知识模块】 界面现象28 【正确答案】 大块固化，与其饱和蒸气压平衡，且设饱和蒸气为理想气体，则有 s=g=(T)+ (p0 为大块固体的饱和蒸气压)当大块固体溶于溶剂并达到溶解平衡时，则有 s=B1=Bg=(T)+ (pB 为溶液平衡的气相中固体溶质的分压)
21、由上面两式得 p0=pB 对于半径为 r 的微米级粒子 p 0=pB(r)在一定温度下，R，T，M ， 为常数，则【知识模块】 界面现象29 【正确答案】 先从肥皂泡上总的附加压力计算表面张力，因为 所以 =0012 25 N.m1 将表面张力代入 YoungLaplace 公式，就可求出毛细管中液面上升的高度h。【知识模块】 界面现象30 【正确答案】 bc=RT=0bc=0RT=(7210 2 一 433310 6 8314298)N.m1 =612610 2 N.m 1【知识模块】 界面现象31 【正确答案】 根据 YoungLaplace 公式=30710 3 N.m1【知识模块】 界
22、面现象32 【正确答案】 小气泡凹面上的附加压力为小气泡能沸腾的最低压力是p=p0+ps=(101325+1 178)kPa=219125 kPa 利用 ClausiusClapeyron 方程式计算在该压力时的对应温度 解得T=3965 K 则 T=TT 0=(39653732)K=233 K【知识模块】 界面现象33 【正确答案】 将 CaCO3(s，大)的分解平衡与 CaCO3(s，微粒)的分解平衡组成一个循环，即 根据状态函数的性质 rGm(大)=G 1+rGm(微粒)+G 2+G3 达到分解平衡时， rGm(大)= rGm(微粒)=0，G 20，所以 G1=一 G3，即 p0p0+p
23、sVm(CaCO3，s)dp= 一 prp0Vm(CO2，g)dp 将气体的摩尔体积用理想气体状态方程代入，积分得这就是 Kelvin 公式。pr=13797p 0=13797100Pa138Pa 显然，纳米粒子的解离平衡压力比大块 CaCO3(s，大) 的大，所以纳米粒子的熔点会降低，溶解度会变大，这些现象的本质都是一样的，即表面上有不平衡的力存在，微粒的表面积大，表面能高。【知识模块】 界面现象34 【正确答案】 根据 Gibbs 吸附公式 根据已知条件 代入Gibbs 吸附公式 ，则 ab=2RT 代入表面张力与浓度的线性关系式中，有=*一 ba=* 2RT =(0072 1443310 6 8314298)N.m 1 =0061 41 N.m1【知识模块】 界面现象【知识模块】 界面现象35 【正确答案】 根据 YoungLaplace 公式 设 1=997 kg.m3 ，所以则 =177【知识模块】 界面现象36 【正确答案】 弯月面的曲率半径 R为根据 Kelvin 公式，计算弯月面上的饱和蒸气压p=0 610 ps=06103 526 kPa=2153 kPa 水蒸气在该毛细管中发生凝聚的最低蒸气压为 2153 kPa，超过这个压力，水蒸气在该毛细管中就会发生凝聚。所以在吸附实验中为了防止发生毛细管凝聚现象，一般控制比压【知识模块】 界面现象
