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第八章 表面現(xiàn)象與分散體系答案 一、填空題 1、 2、大；越小 3、大于 4、 5、降低；大于 6、反比；正比 7、減小 8、紅；１０－９－１０－７；正；負(fù)極 9、散射作用；４；反 10、 11、單分子 12、親水；親油 13、負(fù)（陰）極；Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６ 二、單選題 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 B B B B D D D A C D C B 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 D A C C B A A B C C A A 三、多選題 1 2 3 4 5 6 7 8 BE AE CD BE CD AB DE BE 9 10 11 12 13 14 15 CD BD AE BD AC AE AE 四、簡答題 1、油與水是互不相溶的，當(dāng)兩者互相劇烈振蕩時(shí)，可以相互分散成小液滴，這樣一來，表面能增大，這時(shí)又沒有能降低表面能的第三種物質(zhì)存在，因此這時(shí)為不穩(wěn)定體系，便自動(dòng)分層。 2、若無碎磁片或沸石，則液體內(nèi)部不易形成新相（氣相）。因在形成新相的剎那間，該新氣泡相的凹形表面的曲率很大，根據(jù)開爾文公式，Pr>>P*,這樣該微小的氣泡便自發(fā)消失，因此體系便不能在正常情況沸騰，升高溫度成為局部過熱的介穩(wěn)狀態(tài)，而導(dǎo)致暴沸。如果在液體內(nèi)加上沸石，則在沸石表面的尖端有較大的凸端，此處Pr>>P*，因此便容易沸騰，又因在沸石內(nèi)部吸附的空氣，也因受熱而脫附，成為形成氣泡的氣核，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成為過熱，Pr>>P*；便成為微泡使沸石跳動(dòng)，結(jié)果便成為一新氣泡上升。 3、任何物質(zhì)的飽和溶液，當(dāng)其中存在著不同大小以及甚微小的被溶解物質(zhì)的平衡晶態(tài)物質(zhì)，實(shí)際上這些不同大小的同種晶態(tài)物質(zhì)的溶解度是不同的，其溶解度Cr大于大塊晶體的溶解度C*，因此，將這飽和溶液長期放置后，微晶、小晶便逐漸消失，而大塊晶體卻逐漸增大。 4、因水與玻璃的接觸角小于90，又水的表面為負(fù)的附加壓力，這樣就使水在玻璃管中成為凹面，而水銀與玻璃的接觸角為大于90，再加上水銀表面的附加壓力為正值，因而水銀在玻璃管內(nèi)呈凸形液面。 5、由于表面活性劑在親水表面上定向排列，能在表面上鋪蓋一層憎水基向外的表面活性劑，這樣就使固體表面形成一層憎水層，從而改變了固體表面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，使其具有憎水性。 6、對(duì)于純液體或純氣體，其n1 =n2，便應(yīng)無散射現(xiàn)象，但實(shí)際上它們都有微弱的乳光，這是由于密度的漲落致使其折射率也有變化而引起的。一般溶液的散射光是很微弱的，由于一般的分子，其溶液的分子體積很小，因而乳光很微弱，遠(yuǎn)不如溶液明顯。因此丁達(dá)爾效應(yīng)便能成為辨別溶膠與其它溶液的簡便方法。 7、由于溶膠的布朗運(yùn)動(dòng)以及擴(kuò)散作用，更由于膠粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)及粒子溶劑化膜造成溶膠的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。但由于溶膠是高度分散的非均相體系，具有很大的表面自由能，因此有自發(fā)聚沉以降低體系能量的趨勢，因此是熱力學(xué)的不穩(wěn)定體系。 8、在溶膠中加入電解質(zhì)溶液，當(dāng)溶膠開始明顯聚沉?xí)r，每升溶膠中加入電解質(zhì)的最小體積濃度稱為這種電解質(zhì)的聚沉值。 1moldm-3KCl溶液：12.11000/（20+2.1）=95.02mmoldm-3 0.005moldm-3Na2SO4溶液：0.005 12.51000/(20+12.5)=1.923 mmoldm-3 3.3 10-4moldm-3Na3PO4溶液：0.000337.51000/（20+7.5）=0.091mmoldm-3 9、當(dāng)某物質(zhì)蒸汽的壓力大于同溫下該物質(zhì)的飽和蒸汽壓時(shí)，仍未凝結(jié)的蒸汽稱為過飽和蒸汽。當(dāng)某液體的溫度高于相同壓力下的沸點(diǎn)時(shí)，仍未沸騰的液體稱為過熱液體。 蒸汽凝結(jié)時(shí)，產(chǎn)生的液滴往往很小，根據(jù)開爾文公式，微小液滴的飽和蒸汽壓遠(yuǎn)大于平面液面的飽和蒸汽壓。當(dāng)沒有液滴或液滴很小時(shí)，即使蒸汽的壓力已大于平面液面的飽和蒸汽壓，但仍小于微小液滴的飽和蒸汽壓，故蒸汽不會(huì)在小液滴上凝結(jié)，相反，小液滴還會(huì)汽化。人工降雨是將粉末干冰或碘化銀小晶粒噴灑在水蒸氣過飽和的空氣中，固體表面吸附蒸汽分子形成水膜，由于水膜表面曲率半徑較大，使其對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓小于相同溫度下的水蒸氣的分壓，所以空氣中的水蒸氣能在固體顆粒表面凝結(jié)成水珠。 液體中的氣泡呈凹液面，由開爾文公式可知，氣泡中的液體飽和蒸汽壓比平面液體的小，且氣泡越小，蒸汽壓越低。即使溫度高于沸點(diǎn)小氣泡中的蒸汽壓仍不夠高，不能發(fā)生沸騰，從而產(chǎn)生了過熱液體。 10、一定面積的固體吸附劑，吸附之后，△G=Aσ。吸附使σ下降，△G<0，為自發(fā)過程。 11、分散在空氣中的塵埃和霧滴等粒子，半徑在10－９－10－６m之間，構(gòu)成膠體分散系統(tǒng)。分散相粒子對(duì)光產(chǎn)生散射作用，根據(jù)雷萊公式，散射光的強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反比，因此入射光的波長越短，則散射越強(qiáng)。如果入射光為白光，則大氣中波長較短的藍(lán)色和紫色光散射作用最強(qiáng)，而波長較長的紅色光散射較弱，主要產(chǎn)生透射，所以晴朗的天空呈現(xiàn)藍(lán)色，是離子對(duì)太陽光散射的結(jié)果，而晚霞呈現(xiàn)紅色則是透射光的顏色。 12、溶膠能穩(wěn)定存在的原因有三：（１）膠體粒子較小，有較強(qiáng)的布朗運(yùn)動(dòng)，能阻止其在重力作用下的沉降，即具有動(dòng)力穩(wěn)定性；（２）膠粒表面具有雙電層結(jié)構(gòu)，當(dāng)膠粒相互接近時(shí)，同性電荷的靜電斥力及離子氛的重疊區(qū)由于過剩離子產(chǎn)生的滲透壓，阻礙膠粒的凝結(jié)，即具有凝結(jié)穩(wěn)定性；（３）由于帶電離子都是溶劑化的，在膠粒表面形成一層溶劑化膜，溶劑化膜有一定的彈性，其中的溶劑有較高的濃度，使之成為膠粒相互接近時(shí)的機(jī)械障礙，聚結(jié)穩(wěn)定性是溶膠能穩(wěn)定存在的最重要因素。 13、氫氧化鐵固體微粒表面易吸附溶液中的FeO＋離子而帶正電，Cl－則為反粒子，則膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為｛［Fe（OH）３］ｍｎFeO＋（n-x）Cl－｝ｘ＋xCl- 對(duì)溶膠起聚沉作用的主要是與膠粒帶的電荷符號(hào)相反的離子，該離子的價(jià)數(shù)越高沉聚能力越強(qiáng)。對(duì)于同電性離子，通常價(jià)數(shù)越高沉聚能力越弱，由此可以判斷沉聚能力的強(qiáng)弱大致為：Na２SO４＞MgSO４＞AlCl３＞MgCl２＞NaCL 14、在新生的Fe(OH)３沉淀中加入少量的三氯化鐵溶液中，F(xiàn)e(OH)３固體表面優(yōu)先吸附溶液中的Fe３+ 而形成雙電層的膠粒，使沉淀溶解為溶膠。此現(xiàn)象稱為膠溶作用，加入的三氯化鐵是穩(wěn)定劑。當(dāng)再加入一定量的硫酸鹽時(shí)，有較多的與固體表面電荷相反的離子SO４２－進(jìn)入緊密層或溶劑化層，雙電層的厚度變薄，電勢值下降，致使溶膠失去穩(wěn)定性而聚沉。 15、（１）在多孔的AgCl表面上選擇性的吸附NaCl溶液中的Cl－，使毛細(xì)管表面帶負(fù)電荷，溶液相帶正電荷，在外電場的作用下，溶液中的離子向負(fù)極移動(dòng)。 （２）當(dāng)NaCl溶液的濃度增加時(shí)，將有較多的Na+ 進(jìn)入緊密層，使膠粒所帶的靜負(fù)電荷減少，電勢值下降。由電滲公式可知溶液流動(dòng)的速度變慢，當(dāng)NaCl的濃度足夠大時(shí)＝０，達(dá)到等電點(diǎn)，溶液不會(huì)流動(dòng)。 （３）當(dāng)AgNO３代替NaCl溶液時(shí)，AgCl表面將選擇性的吸附Ag+，使毛細(xì)管表面帶正電荷，反離子NO３－則以擴(kuò)散狀態(tài)分散在溶液中，使溶液帶負(fù)電荷，在外加電場作用下，溶液離子向正極流動(dòng)。 16、水在兩玻璃板和兩石蠟板間的狀態(tài)如下圖，對(duì)玻璃板，附加壓力△P指向液體外部，說明液體壓力小于外壓力，且兩板越靠近，此壓力差越大，使兩板難以拉開。石蠟板的情況相反，液體壓力大于外壓力，易于拉開。 16題圖 17、開啟活塞后，大泡將變大，小泡將變小?；钊P(guān)閉時(shí)，由于肥皂泡膜產(chǎn)生附加壓力，△P=△P內(nèi)-△P外=4σ/r。泡的半徑r越小，附加壓力越大，而大、小泡的P外是相同的，故小泡內(nèi)空氣壓力大于大泡內(nèi)空氣壓力。因此，打開活塞后，小泡內(nèi)空氣就流向大泡，導(dǎo)致小泡變得更小，大泡變得更大。當(dāng)小泡收縮至其半徑等于玻璃管口徑時(shí)，r最小，若再收縮，其曲率半徑反而增大。所以當(dāng)小泡收縮至其曲率半徑與管口半徑相等時(shí)，停止收縮。 18、2管中水面只能升至a處，凹液面；3管中水面升至b處，凹液面；4管中的水面垂直高度同1管，凹液面。 19、不合理。由于毛細(xì)管上方彎曲，當(dāng)液面上升至頂端后，又沿彎管下降到彎口處。液面下降時(shí)，由于彎曲部分液面受到重力作用，使凹液面的曲率半徑由r增大到r`,故附加壓力也相應(yīng)減小△P’=2/r’。到達(dá)B處高度與液面的靜壓力達(dá)到平衡，曲率不再變化（仍是凹液面）。故水滴不會(huì)滴落。 20、向右移動(dòng)。 21、（1）切斷土壤中的毛細(xì)管，使下層水分不會(huì)通過毛細(xì)管蒸發(fā)掉。 （2）被切斷的土壤毛細(xì)管會(huì)發(fā)生水的毛細(xì)凝聚，增加土中水分。 22、膠體體系的主要特征是多相性，高度分散性，熱力學(xué)不穩(wěn)定性。 23、CaCO3粒子沉降時(shí)，會(huì)吸附介質(zhì)中某些離子而帶電，具有一定的電位，不宜降沉，當(dāng)加入適量的Na2P2O7溶液后，會(huì)使電位下降，沉降速度就加快了。 24、根據(jù)雷萊公式，散射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的4四方成反比，即波長愈短其散射光愈強(qiáng)?？梢姽庵兴{(lán)、紫光波長最短，散射光最強(qiáng)；而紅光波長最長，散射光最弱。當(dāng)可見光照射溶膠時(shí)，在與入射光垂直的方向上觀察呈淡藍(lán)色，透射光呈橙紅色。大氣都是溶膠，太陽光被煙塵散射后，在垂直方向上我們看到縷縷上升的炊煙呈淡藍(lán)色；太陽落山時(shí)，我們看到的是透過光，故呈橙紅色。 五、判斷題 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ √ √ 六、證明題 1、 證明： 據(jù)假定（１）ｒ吸∝（1－θ） 又據(jù)氣體運(yùn)動(dòng)論，吸附質(zhì)分壓愈大，ｒ吸愈大 即ｒ吸＝k１（1－θ）p 據(jù)假定（２）ｒ脫＝ｋ２θ 當(dāng)吸附平衡時(shí)k１（1－θ）p＝k２θ 所以θ＝k１p／（k２＋k１p） 令b＝k１／k２ θ＝bp／（1＋bp） 所以ａ＝kθ＝kpb／（１＋bp） 2、證明： 在定溫定壓下，大晶粒固體與溶液中的溶質(zhì)呈平衡，根據(jù)平衡條件有 半徑為ｒ的微小晶粒溶解，達(dá)到平衡后，濃度為，則 由（１）、（２）式 而 故 3、證明： 因?yàn)閺澢好娴母郊訅毫Α鳎校剑纾? 又△Ｐ＝２σ／ｒ 所以ｈ＝２σ／ｇｒ 又因?yàn)榍剩蚺c毛細(xì)管半徑Ｒ的關(guān)系為ｒ＝Ｒ／ｃｏｓ 所以ｈ＝２σｃｏｓ／ｇＲ 七、計(jì)算題 1、 解： 球形液膜 2、 解： 3、解： 4、解： 5、解： 6、解： 7、解： ，不潤濕。 8、解： 9、解： 完全不潤濕時(shí)， 10、解： 11、解： 八、綜合題 1、 解： 空氣泡上的附加壓力為△p＝２σ／ｒ，當(dāng)水沸騰時(shí)，空氣泡中的水蒸氣壓至少等于（p０＋△p），應(yīng)用克勞修斯－克拉貝龍方程可求出蒸氣壓為（p０＋△p）時(shí)的平衡溫度Ｔ２，此即沸騰溫度。 2、 解： 根據(jù)開爾文公式求在此飽和蒸汽壓時(shí)液滴半徑： 每個(gè)小液滴的質(zhì)量為 每個(gè)小液滴所含分子數(shù)為個(gè) 3、 解： 4、 解： 可逆地使表面積增加10-4m2，環(huán)境做功： 5、 解： 293.15K時(shí)，苯平面液體上的飽和蒸汽壓p，根據(jù)方程求得，將汽化熱視為常數(shù)，則有 將代入， 解得 將代入開爾文公式，可求得苯氣泡內(nèi)的飽和蒸汽壓 10