物理化学十一、十二章问答题(界面现象和胶体)
时间：2020-08-14 08:07:10 来源：达达文档网 本文已影响 人 
第十一章界面现象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·m－2，因 J＝N·m，故 J·m－2也可化为 N·m－1，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*)＝2Mrσ(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=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(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。第十二章胶体分散体系和大分子溶液?1．纯液体有无散射光? 为什么? 一般溶液如何? 溶胶具有乳光现象，但体系透明，为何？答：(1) 对于纯液体或纯气体，其n1＝n2，便应无散射现象，但实际上它们也都有微弱的乳光，这是由于密度的涨落致使其折射率变化而引起的。
(2) 对一般真溶液的散射光是很微弱的，一般低分子溶液，其分子体积很小，乳光很微弱，远不如溶胶明显，因此丁铎尔效应是判别溶胶与真溶液的简单方法。(3) 溶胶胶粒较大，散射光较强，具有乳光，但溶胶是均匀分散体系，所以是透明。2．超显微镜为何要用强的光源？答：因为根据 Raylligh 公式，对一个体系，其散射光的强度与入射光的强度成正比。超显微镜是观察胶粒的散射光，因此使用超显微镜，强光源于能有效地提高超显微镜的观测能力。3．为何说我们观察到的布朗运动，不是胶粒真实的运动情况?答：布朗运动是由于分散介质的分子热运动不断地由各个方向同时冲击胶粒，其合力未被抵消，短时间向某一方向有一显著作用，而导致胶粒运动，因此布朗运动不是胶粒的真实运动。又因胶粒受不平衡的冲击引起振动，周期约为10－8秒，而人们的肉眼能分辨的周期最低为 0.1秒，因此我们所观察到的胶粒平均位移是胶粒在每秒钟内受各个方向冲击百万次运动变化的宏观结果。4．布朗运动扩散方程式，可以解决哪些问题?答：根据Δ＝2Dt＝RTt/3πrηL，解决列问题： (1) 证实原子、分子存在的真实性。
(2) 分子运动学说的可靠性。
(3) 测算阿佛加德罗常数的实验手段。
(4) 运用该体系可研究分散体系的动力性质，胶粒扩散系数以及粒子大小等。5．为什么胶体粒子量(胶团量)M＝(4/3)·πr3ρL ?答：因 (4/3)πr3ρ为一个胶团粒的质量，L 为阿佛加德罗常数，根据ＳＩ制，摩尔的概念是指体系中所包含物质的基本单元的数目与 0.012kg 12C 的原子数目(Ｌ)相等，所谓基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子或这些粒子的特定组合，因此对于胶体体系来说，具有6.022×1023(即Ｌ)数目的胶粒，便可谓是 1 mol的胶粒，这样(4/3)πr3ρＬ便是胶体粒子量(胶团量)。6．试比较胶粒表面电势，Stern层(紧密层)电势及ζ电势?答：胶粒表面电势是指固相表面由于电离或吸附离子等原因使溶胶粒子带电，固体表面与溶液深处的电势差，是热力学的平衡电势差。Stern层电势是指溶胶粒子表面由于静电或分子间的相互作用而紧密吸附一层的总电势，显然这层电势小于胶粒表面电势。ζ电势(滑动面电势)是指当溶胶粒子在液相中运动时，在上述紧密层之外有一层滑动面，以滑动面的电势与液相内部电势为零处的电势差，称为滑动面电势或称ζ(zeta)电势。7．亚铁氰化铜溶胶的稳定剂是亚铁氰化钾，试写出其胶团表示式，胶粒电荷符号如何?答：以K4Fe(CN)6为亚铁氰化铜的稳定剂，则必然是Fe(CN)64－进入溶胶粒子的紧密层内，胶团为{[Cu2Fe(CN)6]m·nFe(CN)64－·(4n－q)K＋}q－·qK＋，胶粒带负电荷。8．如何理解溶胶是动力学上稳定而热力学上不稳定的体系，且有聚沉不稳定的特性?答：由于溶胶的布朗运动以及扩散运动，又由于胶粒表面的双电层结构及离子溶剂化膜, 造成溶胶的动力学稳定性，但溶胶是高度分散的非均相体系，具有很大的表面自由能,有自发聚沉以降低体系能量的趋势，因此是热力学的不稳定体系，有聚沉不稳定的特性。9．在三个烧杯中各装有20cm3同种溶胶，加入电解质溶液使其开始显著聚沉时，在第一个烧杯需加 1mol·dm－3KCl溶液 2.1cm3。第二个需加12.5cm3的0.005mol·dm－3 Na2SO4溶液，第三个烧杯需加7.5cm3的3.3×10－4mol·dm－3Na3pO4溶液。试确定其聚沉值及该溶胶电荷符号。答：在溶胶中加入电解质溶液，当溶胶开始明显聚沉时，每升溶胶中加入电解质的最小体积浓度称为这种电解质的聚沉值(CFC)。
1mol·dm－3KCl溶液聚沉值：1×2.1×1000/(20＋2.1)＝95.02m·mol·dm－3 0.005mol·dm－3Na2SO4聚沉值 0.005×12.5×1000/(20＋12.5)＝1.923m·mol·dm－3 3.3×10－4mol·dm－3Na3pO4溶液聚沉值： 0.00033×7.5×1000/(20＋7.5)＝0.091m·mol·dm－3该溶胶是带正电荷的。10．考虑唐南平衡建立后，大分子溶液渗透压关系如何？答：当唐南平衡建立后，由于电解质对高分子溶液渗透压的影响，溶液两侧的浓度差低于纯高分子溶液的浓度，因此有电解质时大分子溶液的渗透压一般低于无电解质的情况。11.用As2O3与过量的H2S制成的As2S3溶胶，试写出胶团的表示式答：[(As2S3)m.nHS-.(n-x)H+].xH+12.以KI和AgNO3作原料制备AgI溶胶时，当稳定剂是KI和AgNO3时，胶核所吸附的有何不同？胶核吸附稳定离子有何规律？答：(AgI)m胶核在KI过量作稳定剂时，吸附I-，在AgNO3时则吸附Ag+。胶核吸附离子的规律是，首先吸附使胶核不易溶解的离子及水化作用较弱的负离子。13.丁铎尔效应是由光的什么作用引起的？其强度与入射光的波长有什么关系？离子大小范围落在什么范围内丁铎尔效应？答；丁铎尔效应是由光的散射作用引起的，其强度与入射光波长的4次方成反比。粒子半径小于入射光波长时，可观察到丁铎尔效应。14.增液溶胶在热力学上是(A)不稳定，可逆体系 (B) 不稳定，不可逆体系(C) 稳定，可逆体系 (D) 稳定，不可逆体系答：(B)15.外加直流电场于胶体溶液，向某一电极作定向移动的是(A)胶核 (B)胶粒 (C)胶团 (D)紧密层答：(B)16.下述电动电位描述错误的是(A)? 表示胶粒溶剂化层界面至均匀相内的电位差(B)? 电动电位值易随少量外加电解质而变化(C)? 其值总是大于热力学电位值(D)当双电层被压缩到溶剂化层相合时，电动电位值变为零答：(C)
