《天津大学物理化学第五版答案.docVIP

第十章 界面现象 10.1 请回答下列问题： （1）常见的亚稳定状态有哪些？为什么会产生亚稳定状态？如何防止亚稳定状态的产生？ 常见的亚稳定状态有（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，长时间恒温放置后，会出现什么现象？ 钟罩内，长时间恒温放置后，出现 （3）物理吸附和化学吸附最本质的区别是什么？（4）10.2 在293.15 K及101.325kPa下，把半径为1×10-3m的汞滴分散成半径为1×10-9m小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变为多少？已知汞的表面张力为0.4N·m-1。 解：设大汞滴的半径为r1，小汞滴的半径为r2，小汞滴的数目为N，因为分散前后的以及不变，故 10.3计算373.15K时，×10-3 N·m-1。 （1）水中存在的半径为0.1μm的小气泡； （2）空气中存在的半径为0.1μm的小液滴； （3）空气中存在的半径为0.1μm的小气泡。 解：根据 （1） （2） （3）空气中存在的小气泡有内外两个表面，且r内≈r外。 即： 10.4 293.15K时，将直径为0.1mm的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加入多大的压力才能防止液面上升？如不加任何压力，平衡后毛细管内液面高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10-3 N·m-1，密度为789.4kg·m-3，重力加速度为9.8m·s-2。设乙醇能很好地润湿玻璃。 管内液面上升 即： 10.5 水蒸气迅速冷却至298.15K时可达过饱和状态。已知该温度下的表面张力为71.97×10-3 N·m-1，密度为kg·m-3。 （2） kg·m-3，表面张力为1210×10-3 N·m-1， 10.7 在一定温度下，容器中加入适量的完全不互溶的某油类和水，将一直半径为r的毛细管垂直地固定在油-水界面之间，如下图（a）所示。已知谁能侵润毛细管壁，有则不能。在与毛细管同样性质的玻璃板上，滴上一小滴水。再在水上覆盖油，这时水对玻璃的润湿角为θ，如下图（b）所示。油和水的密度分别用ρO和ρW表示，AA/为油-水界面，油层的深度为h/。请导出水在毛细管中上升的高度h与油-水界面张力γOW之间的定量关系。 水在毛细管中上升的高度h油-水界面 10.8 在351.15K时，用焦炭吸附NH3气测得如下数据，设Va～p关系符合Va = kp方程。 p/kPa 0.7224 1.307 1.723 2.898 3.931 7.528 10.102 Va/dm·kg-1 10.2 14.7 17.3 23.7 28.4 41.9 50.1 试求方程Va = kpn中k及n的数值。 解：将方程Va = kpn两边取对数得： ln（p/kPa） -0.3252 0.2677 0.5441 1.0640 1.3689 2.0186 2.3127 ln（Va/dm3·kg-1） 2.3223 2.6878 2.8507 3.1655 2.3464 3.7353 3.9140 ln（Va/dm·kg-1）～ln（p/kPa ）作图从而可求k及n的数值。 n = 0.6019 10.9 已知273.15K时，用活性炭吸附CHCl3，其饱和吸附量为93.8dm3·kg-1，若CHCl3的分压为13.375kPa，其平衡吸附量为82.5 dm3·kg-1。试求： CHCl3的分压为6.6672 kPa时，平衡吸附量为若干？ 解：（1）根据朗缪尔吸附等温式： （2） 10.10 473.15K时，测定氧气某催化剂表面上的吸附作用，当平衡压力分别为101.325kPa及1013.25kPa时，每千克催化剂的表面吸附氧的体积分别为2.5×10-3m3及4.2×10-3m3（已换算） 将上式重排得： 即有： 由（1）式和（2）式可得： 当Va=/2时，有 10.11 在291.15K的恒温条件下，用骨炭从醋酸水溶液中吸附醋酸。在不同的平衡浓度下，每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下： c/10-3mol·dm-3 2.02 2.46 3.05 4.10 5.81 12.8 100 200 300 na/mol·kg-1 0.202 0.244 0.299 0.394 0.541 1.05 3.38 4.03 4.57 将上述数据关系用朗缪尔吸附等温式关系表示，并求出式中的常数及b。 解：（1）根据朗缪尔吸附等温式用于固体对溶液中溶质的吸附，其表达式为： 以～c作图为线性关系，由上述表格数据作图得方程如下： = 5.008 mol·kg-1 b = 20.79 mol-1·dm3 10.12 在77.2K时，用微型硅铝酸吸附N2（g），在不同的平衡压力下，测