表面物理化學簡答和論述

1、1. 什么是表面自憎現象？某種低能液體在高能表面鋪展形成單分子鋪展層后，多余低能液體在固體表面不能鋪展而形成液滴的現象叫做表面自憎現象。2什么是毛細凝結？在親液毛細體系中，液體在毛細管中能夠形成凹液面，毛細體系中液體的飽和蒸汽壓遠小于正常飽和蒸汽壓，使飽和蒸汽壓在該體系中易于凝結的現象。3表面現象有著廣泛的應用吸附:如用活性炭脫除有機物；用硅膠或活性氧化鋁脫除水蒸汽；用分子篩分離氮氣和氧氣；泡沫浮選等。催化作用:在多相催化中使用固體催化劑以加速反應。如石油工業(yè)的催化裂化和催化加氫、膠束催化等。表面膜:如微電子集成電路塊中有重要應用的LB膜；在生物學和醫(yī)學研究中有重要意義的BL膜和人工膜；能延緩

2、湖泊水庫水分蒸發(fā)的天然糖蛋白膜等。新相生成：晶核生成或晶體生長是典型的新相生成，過冷、過熱、過飽和等亞穩(wěn)現象產生的主要原因也是由于新相生成。泡沫乳狀液：如油品乳化、破乳；泡沫滅火等。潤潤現象：噴灑農藥、感光乳液配制、電鍍工件的潤濕及利用潤濕作用 進行浮選等。洗滌工業(yè)。4. 影響表面張力的因素分子間相互作用力的影響：對純液體或純固體，表面張力決定于分子間形成化學鍵能的大小，一般化學鍵越強，表面張力越大。兩種液體間的界面張力，界于兩種液體表面張力之間。(金屬鍵)(離子鍵)(極性共價鍵)(非極性共價鍵)溫度的影響 ：溫度升高，表面張力下降。壓力的影響：表面張力一般隨壓力的增加而下降。因為壓力增加，氣

3、相密度增加，表面分子受力不均勻性略有好轉。另外，若是氣相中有別的物質，則壓力增加，促使表面吸附增加，氣體溶解度增加，也使表面張力下降5. 接觸角的測定角度測量法: 一類應用最廣、較方便簡單、最直接的方法；長度測量法垂片法；透過測量法：主要用于固體粉末接觸角測量影響接觸角測定的因素除平衡時間和溫度外，影響接觸角穩(wěn)定的因素還有接觸角滯后和吸附作用。造成接觸角滯后的主要原因有三：不平衡狀態(tài)，固體表面的粗糙性和不均勻性。接觸角與固液氣二相物質的性質密切有關此外，接觸角也受溫度的影響，但影響不是很大。一般隨溫度升高，接觸角略有下降6. 固體表面上的電荷來源有以下途徑：電離、吸附、摩擦接觸和晶格取代擴散雙

4、電層模型的假設：1）固體表面是一個無限大的、帶有均勻電荷密度的平面；2）反離子作為點電荷處理，在溶液中的分布服從波爾茲曼能量分布規(guī)律；3）溶劑對雙電層的影響僅通過介電常數起作用，而溶液中 各部分的介電常數又處處相等，不隨反離子的分布而異。4）溶液中電解質是由簡單對稱型鹽組成，而且相同價數的離子影響不大。7. 影響氣固界面吸附的因素溫度：氣體吸附一般是放熱過程，因此無論物理吸附還是化學吸附(有例外)溫度升高時，吸附量是減少的。在實際體系中，可根據需要確定最適宜的溫度，并不是越低越好。壓力無論是物理吸附還是化學吸附，增加吸附質平衡分壓，吸附速率和吸附量都是增加的。吸附劑和吸附質的性質多孔性吸附劑的

5、孔結構上述反映的是吸附劑表面性質對吸附的影響。實際上多孔性吸附劑的孔隙大小不但影響吸附速率，還直接影響吸附量的大小8. 固體自溶液中吸附的影響因素溫度與固氣吸附一樣，固體自溶液中的吸附是放熱過程，因此，一般溫度升高吸附量減少.溶解度溶解度越小的溶質越易被吸附。吸附一般也服從相似相吸的規(guī)則：極性吸附劑易吸附極性溶質，非極性吸附劑易吸附非極性溶質。極性的吸附劑易于從非極性溶劑中吸附極性的溶質：非極性的吸附劑易于從極性溶劑中吸附非極性的溶質。界面張力界面張力越低的物質越易在界面上吸附.吸附劑孔的大小多孔吸附劑孔的大小影響吸附速率，也影響吸附平衡的規(guī)律。多種溶質溶液中的吸附若溶液中有多種溶質，且都能被

6、吸附，除非有特殊相互作用，通常各溶質的吸附要比其在同條件下單獨存在時吸附量小鹽的影響鹽的存在可影響固體自溶液中的吸附。研究結果表明，若鹽的加入能使溶質的活度系數增大，或溶解度減小，則溶質的吸附量將因鹽的加入而增加影響大分子化合物吸附的因素1）大分子物分子量在孔性固體上，一般分子量增加吸附量減少，這可能是孔的屏蔽效應引起的。（2）溶劑大分子物在良溶劑中溶解度大，分子伸展，吸附量減小。此外，與固體表面性質相近的溶劑與大分子強烈競爭吸附，可使其吸附量減小。（3）吸附劑性質吸附劑的表面化學性質、比表面和孔的大小對大分子物的吸附有重要影響?？仔怨腆w吸附劑孔的大小對大分子物的吸附影響很大。有時分子量較低的

7、大分子可以進入的孔，而分子量大的進不去，所以表現出隨分子量減小而吸附量增加的現象。如炭自乙酮中吸附聚苯乙烯，自丙酮中吸附硝化纖維，自水中吸附葡聚糖等均屬此種情況。吸附質在吸附劑上吸附大都遵循相似相吸的規(guī)則，故非極性大分子化合物易被炭質等非極性吸附劑吸附，極性大分子化合物易被極性吸附劑吸附。9. 影響膠束聚集數大小的因素有表面活性劑同系物中，隨疏水基碳原子數增加，聚集數增加；非離子型表面活性劑疏水基相同時，親水的聚氧乙烯鏈長度增加，聚集數降低；加入無機鹽對非離子型的聚集數影響不大、而使離子型表面活性劑的聚集數增加，其原因是電解質的反離子進入緊密層，壓縮了擴散層，使膠束離子頭基電荷得到中和，電斥力

8、減小，促使更多表面活性劑進入膠束；溫度升高對離子型表面活性劑的膠束聚集數影響不大，只是略有降低，但對非離子型的影響很大，溫度升高總是使其聚集數增加，特別在接近其濁點時增加更快。10. 試從力學和能量角度解釋溶液表面張力的含義，并給出實驗室測定的方法。力學角度：處于表面的粒子受力不均勻，在某一方向上有合力產生，這是導致表面張力產生的力學觀點；能量角度：處于表面的粒子能量較高，因此在表面的粒子具有過剩自由能，從而導致比表面過剩自由能的產生，這是能量方面的觀點。測定方法：滴體積法、滴重法、吊環(huán)法、最大氣泡壓力法。11. 請根據Kelvin 公式說明等溫蒸餾的基本原理。(4分) 由Kelvin公式知，

9、親液毛細體系中的飽和蒸汽壓,使飽和蒸汽在該毛細體系中易于凝結，利用此原理，宏觀上可使某液體在等溫條件下在毛細體系中純化或富集的過程叫做等溫蒸餾。12.選B 13. 蘭繆爾吸附等溫式所基于的一個假設是： C A理想的氣體行為 B平整的固體表面 C吸附熱為一常數，不隨吸附過程變化 D吸附與脫附的活化能均為零14. 往水中加入表面活性劑以后 CAddc0，產生正吸附 Bddc0，產生負吸附 Cddc0，產生正吸附 Dddc0（C）發(fā)生負吸附時，表面張力降低 （D）任何溶液，其表面層濃度與本體的濃度都不會相同33. 液體的內壓力和表面張力的聯系與區(qū)別在于 （A）產生的原因相同而力的作用點不同 （B）產

10、生的原因相同而力的作用方向不同（C力作用點相同而方向不同 D）產生的原因不同 34. BET 吸附理論最基本的假定是 （A）固體表面各處不均勻的，吸附能力不相同（B）同層被吸附分子間有作用（C）固體表面是多分子層吸附（D）固體表面只有物理吸附 35. 表面活性劑在結構上的特征是 （A） 一定具有親水基和親油基（B）一定具有脂肪酸基或氨基（C）一定具有磺酸基或高級脂肪烴基 （D）一定具有羥基和高級脂肪酸基 36. 對理想的水平液面，其值為零的表面物理量是： （A）表面功（B）比表面吉布斯自由能（C） 正壓力 （D） 附加壓力37.膠束的出現標志著（A）表面活性劑降低表面張力的作用下降38. 影響

11、表面張力的因素很多，但它與 （A） 溫度無關 （B） 外壓力無關 （C） 組成無關 （D） 實際表面大小無關39. 使用表面活性劑時應特別注意的問題是:（A）兩性型和非離子型表面活性劑不可混用 （B陰離子型表面活性劑不能在酸性介質中使用 （C）非離子型表面活性劑不能在堿性介質中使用 （D） 陰離子型和陽離子型表面活性劑不可混用40. 潤濕可分為四個等級，即浸沒潤濕、毛細潤濕、鋪展?jié)櫇窈驼掣綕櫇?，它們的程度? （A） 浸沒潤濕鋪展?jié)櫇衩殱櫇裾掣綕櫇?41. Langmuir 吸附理論最基本的假定是: （A）固體表面是均勻的，各處的吸附能力相同 （B）是單分子層吸附 （C）被吸附分子間無作用

12、（D） 吸附和解吸之間存在動態(tài)平衡42. BET 公式在實驗技術上的重要意義在于建立了 （D） 測定固體比表面的標準方法43. 當水中加入表面活性劑后，將發(fā)生 A d/da0 正吸附44. 小腸能直接吸收脂肪，主要是膽汁的 A 增溶作用 B 潤濕作用 C 分散作用 D 乳化作用45. 有兩根半徑相同的玻璃毛細管插入水中，水面上升高度為 h，其中一根在 1/3 h 處使其彎曲向下，試問水在此毛細管端的行為 A 水從毛細管端滴下； B 毛細管端水面呈凸形彎月面； C 毛細管端水面呈凹形彎月面； D 毛細管端水面呈水平面46. 除了被吸附氣體的氣壓須適當之外，下列因素中哪個對氣體在固體表面發(fā)生多層吸

13、附起主要影響？ (A) 氣體須是理想氣體 (B) 固體表面要完全均勻 (C) 氣體溫度須接近正常沸點47. 用同一支滴管滴下水的滴數和滴相同體積苯的滴數哪個多? (A) 水的多(B) 苯的多 (C) 一樣多 (D) 隨溫度而改變48. 蘭繆爾吸附等溫式所基于的一個假定是 ： (A) 吸附熱是個常數 49.BET 吸附等溫式中 Vm為： (A) 飽和吸附量 (B) 平衡吸附量 (C) 鋪滿第一層的吸附量 50. 油在水面的鋪展往往進行到一定程度便不再擴展，為什么？ 液體在固體表面，或一種液體在另一種與其不相溶的液體表面的鋪展過程，可用鋪展系數 S 來描述，當 S0 時，鋪展過程便可自動進行。對于

14、液（1）-液（2）鋪展體系液（2）為底液 在溫度不變且不受環(huán)境污染的前提下，如果兩個液體完全不互溶，則鋪展過程中界面張力 不變，S 為定值，只要鋪展開始能夠進行，就應當持續(xù)進行下去，直到形成表面單分子膜；然而，多數“油”與水之間并非完全不互溶，在鋪展過程中，隨著“油”、水分子在一定程度上的相互滲入，界面張力逐漸改變，當導致S0，鋪展便不能進行。 51. 兩塊平板玻璃在干燥時疊在一起很容易分開，如果在其中間放些水再疊在一起，要想在垂直于玻璃平面的方向上拉開它們，很費勁，這是什么道理？ 水能潤濕玻璃。在兩板間可形成四周向內凹的液面。在凹液面內液體受到的壓力將比大氣壓小，（PP0）。P= PP0=

15、r4。如圖，產生向外的附加壓力，因此使得玻璃板在垂直于附加壓力的方向所受到的大氣的壓力相對對比水凹面處所受壓力為大，把兩玻璃板壓緊，因此不易拉開。但平行于玻璃板，使它們相對錯開卻很容易。52.人工降雨答：主要是因為細小水珠的水汽壓力（P）大，根據公式：ln0pp= RTrM2可知，水滴半徑越?。╮），則P P0，所以，高空中雖然水汽壓力已超過飽和蒸汽壓（P0），對水平液面下的水來說已過飽和了，但是，對細小水滴來說尚未飽和。因此，稍大水滴就難形成，不能降雨。若撒入一些固體粉末做凝聚中心 , 則使凝結水滴的初始半徑加大, 其對應的飽和蒸汽壓可小于高空中已有的P，這時，可迅速凝成雨滴，這就是人工降雨

16、原理。 類似上述過程，可以解釋細小晶體的溶解度為何較大；過飽和溶液中為何可不析出溶質；過熱液體為何不汽化等現象8. 同一支滴管，滴出 1ml 純水大約是 17 滴，而滴出 1ml 純苯需 40 滴，滴出 1ml正丁醇需 24 滴，如何解釋？答：液滴在管口將滴落時，重力與附加壓力平衡：gV= r2，可得：r= gv2，即液滴半徑與成正比，與成反比。苯的密度雖小于水，但苯的表面張力更小于水，即：苯水；苯 水，這樣，就使苯滴的半徑（r）顯著變小，所以，滴出 1ml苯時，滴數就多于水。而正丁醇的密度（）與水相似，表面張力（）卻小于水，所以，滴數也就多于水。9. 如何根據熱力學原理去解釋膠體體系的聚結不

17、穩(wěn)定性和一定條件下的相對穩(wěn)定性？答：膠體粒子半徑在 10-910-7m之間，介于分子分散系的真溶液與粗分散系的懸濁（乳濁）液之間。從數據看，膠粒的體積很小，它的比表面積卻很大。因此，它的表面自由焓很高，體系處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)。小顆粒能自動地相互聚結成大顆粒，以降低其表面自由焓，這就是膠粒易聚沉的原因。 然而，也正由于有較高表面自由焓，膠粒在一定條件下，也可自發(fā)地、選擇性地吸附某種離子或溶劑分子，以降低它的表面自由焓，形成了相對穩(wěn)定的溶劑化粒子；因而保護了相互碰撞的粒子，使其不聚沉。 總之，我們可以根據需要，控制一定的條件，使膠粒聚沉或使其穩(wěn)定存在。兩種情況都有熱力學的根據。10. 高分子化合

18、物，如蛋白質、淀粉等，分散相的大小與膠粒差不多，兩者有什么異同處？高分子化合物，又稱親液溶膠。根據其分散相的大小與憎液膠粒相仿，所以，性質有相似處，如：擴散速度都較慢，不能通過半透膜等。但是，兩者有更多不同處，如：（1）高分子體系中分散相與分散介質之間親和力強，能自動分散為溶液，而憎液膠粒卻不行；（2）高分子體系很穩(wěn)定，溶劑化強，而溶膠不穩(wěn)定；（3）高分子體系對電解質穩(wěn)定性大，而溶膠粒子對電解質很敏感；（4）高分子是一個分子分散的平衡的均相體系，其性質與小分子溶液相似，可用熱力學函數來描述，而溶膠是不平衡體系，只能作動力學研究。14. 表面能、表面自由能、比表面自由能、表面張力是否是一個概念？

19、相同否?：總的說來四者都是描述表面的過剩能量，但概念上有區(qū)別，表面能為物質表面較其內部多余的能量；若在 T，p 恒定時，這部分能量稱為表面自由能（表面吉布斯自由能）；若在T，p恒定時，單位表面的自由能，便稱為比表面自由能，其單位為Jm2，因 JNm，故 Jm2也可化為 Nm1，這樣表面自由能又轉變?yōu)榱硪桓拍睿蔀榇怪弊饔糜趩挝婚L度相表面上沿著相表面的切面方向的力，稱為表面張力。雖然比表面自由能和表面張力的數值相同，也可混用，但概念有差別，前者是標量，后者是矢量。15. 若在容器內只是油與水在一起，雖然用力振蕩，但靜止后仍自動分層，這是為什么？油與水是互不相溶的，當二者劇烈振蕩時，可以相互分散成

20、小液滴，這樣一來，表面能增大，這時又沒有能降低表面能的第三種物質存在，因此這時為不穩(wěn)定體系，體系有自動降低能量的傾向，分層后，體系能量降低，因此會自動分層。19. 在進行蒸餾實驗時要在蒸餾燒瓶中加些碎磁片或沸石以防止暴沸其道理何在？若無碎磁片或沸石，由于液體內部不易形成新相( 氣相 )，因若形成新相的剎那間，該新氣泡相的凹形表面的曲率很大，則根據開爾文公式，這樣微小的氣泡便自發(fā)消失，因此體系便不能在正常情況下沸騰，便會升高溫度形成局部過熱的介穩(wěn)定狀態(tài)，導至暴沸。如果在液體內加上沸石，則在沸石表面的尖端有較大的凸端，此處 pr( 氣泡內壓強)p*(液體飽和蒸氣壓)，因而容易沸騰，并且沸石內部吸附

21、的空氣，也因受熱而脫附，成為形成氣泡氣核，又因沸石與瓶底緊密相接，而成為局部過熱處，兩者相接處的液膜在瞬間過熱，prp*，便成為微泡，使沸石跳動，結果便成為一新氣泡上升。22. 表面活性劑在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上，還是以膠束的形式存在于溶液中？為什么？：表面活性劑在溶液表面形成定向排列，以降低水的表面張力，使體系趨向穩(wěn)定，但在溶液內部，表面活性劑也能把增水基團靠在一起，形成膠束，一般來說，濃度較稀時以定向排列吸附在表面為主，但溶液內部也可能有簡單的膠束形成；隨著表面活性劑的濃度增加，表面定向排列增加的同時，內部膠束數量也增多，一旦表面形成單分子膜，這時便達到臨界膠束濃度，以后再增

22、加表面活性劑濃度，只增加膠束數量，表面張力不再改變。24. 水在玻璃管中呈凹形夜面，但水銀則呈凸形。為什么？因水與玻璃的接觸小于 90，水的表面的附加壓力為負值，這樣就使水在玻璃管中呈凹面。而水銀與玻璃的接觸為大于 90，水銀表面的附加力為正值，因而水銀在玻璃管內呈凸形液面。26. 在親水固體表面，經適當表面活性劑(如防水劑)處理后，為什么可以改變其表面性質，使其具有憎水性？由于表面活性劑在親水表面上的定向排列，親水基團與固體表面接觸，憎水基團向外這樣就使固體表面形成一層憎水層，從而改變了固體表面結構與性質，使其具有憎水性。33. 分散度很高的細小固體顆粒的熔點比普通晶體熔點要高些、低些、還是

23、一樣？為什么會有過冷液體不凝固的現象？因為細小晶體顆粒比大顆粒具有更高的表面能，在較低的溫度下即可達到晶體熔化所需的能量，故細小的熔點比普通晶體熔點要低些。 液體在凝固時首先形成極細小的晶核，而小晶核的熔點低于正常熔點。故在正常凝固點時，不能形成小晶核，必須在更低的溫度下才能形成，這就是過冷液體不凝固的現象。36. 人工降雨的原理是什么？為什么會發(fā)生毛細凝聚現象？為什么有機蒸餾時要加沸石？定量分析中的陳化過程的目的是什么？答：都可用 Kelvin 公式進行解釋，因為小液滴的蒸氣壓比大液滴大，凹面上的蒸氣壓比平面上?。ㄒ蚯拾霃綖樨撝担?，小顆粒的溶解度比大顆粒大等等。38. 為什么泉水，井水都有比較大的表面張力？將泉水小心注入干燥的杯子，泉水會高出杯面，這時加一滴肥皂液將會發(fā)生什么現象？答：泉水、井水中含有較多的非表面活性物質無機鹽離子，使表面張力增大。47. 何謂毛細管凝聚現象？舉例說明若液體能潤濕毛細管壁，則管內液面呈凹形，由開爾文公式可知，凹面液體上方的蒸氣壓小于平面液體蒸氣壓。在指定溫度下，當蒸氣的壓力小于平面液體蒸氣壓而大于毛