1、 第十三章第十三章主要內容主要內容整理思路環節整理思路環節表面分子受力的不對稱性表面張力表面功表面自由能及其它熱力學函數的增值=表面功表面張力、比表面功、比表面自由能三者在數值上表面張力、比表面功、比表面自由能三者在數值上相等，相等，但但單位單位不同。不同。B, ,()p T nGA1）表面張力的概念、與溫度和濃度的關系2）附加壓力的表達式3）接觸角與楊氏潤濕方程4）彎曲表面上的蒸汽壓的表達式5）溶液的表面吸附 Gibbs吸附公式6）固體表面的吸附Langmuir等溫式7）氣-固相表面催化反應速率02lnrpMRTpR2spRBBpcdRTdc 1apap =V/Vmp/V = 1/Vma +

2、 p/Vm單分子、表面反應為速控步的反應級數與壓力的關系g- ls - lg- scos1 1）表面張力的概念、與溫度和濃度的關系）表面張力的概念、與溫度和濃度的關系 c表面張力與濃度的關系表面活性物質非表面活性物質表面活性物質、表面惰性物質：無機鹽（NaCl）、無機酸(H2SO4)、無機堿(KOH)、多羥基化合物（蔗糖、甘油）,濃度增加， 稍有增加。、醇、酸、醛、酯、酮、醚等極性有機物，濃度增加， 緩慢減少。 、具有兩親基團的有機物。在低濃度時，濃度增加， 急劇下降，在一定濃度以上，濃度增加， 幾乎不變。2 2）附加壓力與楊）附加壓力與楊- -拉普拉斯公式拉普拉斯公式 1805年Young-

3、Laplace導出了附加壓力與曲率半徑之間的關系式：特殊式（對球面）：s2RP 根據數學上規定，凸面的曲率半徑取正值，凹面的曲率半徑取負值。所以，凸面的附加壓力指向液體，凹面的附加壓力指向氣體，即附加壓力總是指向球面的球心。一般式：)11(21sRRP毛細管連通的大小不等的氣泡 p加熱p加熱r2pppgl rppplg2rrrpppppppoglligoi422)()(, eg: 小液滴液體中的氣泡肥皂泡大氣泡更大 小氣泡更小毛細現象毛細現象：12rppplgghpplggrh12由流體靜力學有：（1）、（2）聯立可得，液體在毛細管中的上升高度為： (1)由附加壓力定義有：cos/cos11r

4、rrrgrhcos2(2)0cos2,900grh時進一步： .毛細管中液面下降, 0cos2,900grh時當毛細管中液面上升3 3）接觸角與潤濕方程）接觸角與潤濕方程 在氣、液、固三相交界點，氣-液界面與固液界面之間的夾角稱為接觸角，通常用表示。l-gl-ss-gl-gl-ss-gcosgllsgsg- ls - lg- scos平衡時楊氏潤濕方程從上式可以得到如下結論：如果 ,則cos=1，=0，完全侵潤；如果 ,則1 cos 0，9 0，能被潤濕；如果 ,則 cos 0， 90，不被潤濕； g- ls - lg- scosl-gs-gl-s=l-gs-gl-ss-gl-s自動鋪展gll

5、sgs鋪展or完全潤濕（spreading wetting）gsgllssG gllsgssG固固液液氣0 自動鋪展鋪展系數：gllsgs課后課后習題習題18： 已知水-石墨系統的下列數據：在298 K時，水的表面張力為0.072 N/m, 水與石墨的接觸角測得為90，求水與石墨的粘附功、浸濕功和鋪展系數。0cosg- ls - lg- s0s - lg- sl-sl-gs-g()SG 4）彎曲表面上的蒸汽壓的表達式）彎曲表面上的蒸汽壓的表達式kelven公式公式 足夠長的時間大水滴小水滴ppp*反比于曲率半徑結論：根據液體蒸汽的大小決定于液體分子向空間逃逸的傾向，可知：課后習題課后習題9：

6、373 K時，水的表面張力為0.0589 N/m, 密度為958.4 kg/m3, 問直徑為100 nm的氣泡內（即球形凹面上），在373K時的水蒸汽壓力為多少？在101.325kPa外壓下，能否從373 K 的水中蒸發出直徑為100 nm的蒸汽泡？02lnrpMRTpR由Pr = 99.89 kPa因為 Pr P外外 = Po + P 所以不能從373 K 的水中蒸發出直徑為100 nm的蒸汽泡。 例題：用拉普拉斯方程和開爾文方程解釋液體的過熱現象并估算在101325Pa下，水中產生半徑為 的水蒸氣泡時所需的溫度（100時，水的m7105,109 .5813mN.406581molJHmv解

7、：由拉普拉斯方程Parlpgprlpgpp336925105109 .5821013252)()(2)()(73將p(g)代入克-克方程kTTTTRHpgprrrmv411)2 .37311(314. 840658101325336925ln)11()(ln平平由開爾文公式RTrMppr2ln對于液體中的氣泡r0,所以Pr 、 、= =），所產生的為正），所產生的為正吸附。吸附。 考研題考研題： 在在298K298K時，水的飽和蒸汽壓為時，水的飽和蒸汽壓為3168Pa 3168Pa ，求在，求在相同溫度下，半徑為相同溫度下，半徑為3nm3nm的小水滴上水的飽和蒸汽的小水滴上水的飽和蒸汽壓。已知

8、此時水的表面張力為壓。已知此時水的表面張力為0.072N0.072Nm m-1-1 , ,水的密水的密度為度為1000kg1000kgm m-3-3 02lnrpMRTpR390022 0.072 18 10ln1000 3 108.314 2981.417,4489.8rrrpMpRT RppPap 考研題考研題： 液滴越大，其飽和蒸氣壓越（液滴越大，其飽和蒸氣壓越（ ）。而）。而液體中氣泡越大，則氣泡內飽和蒸氣壓越液體中氣泡越大，則氣泡內飽和蒸氣壓越（ ）；）； 小小大大考研題考研題：200702lnrpMRTpR 已知某晶體已知某晶體B B的相對分子量是的相對分子量是7878，在，在30

9、0K300K時，時，其密度是其密度是0.905kg0.905kgm m-3-3，B B與液體與液體A A的界面張力為的界面張力為0.202N0.202Nm m-1-1, ,若其微小晶體的半徑是若其微小晶體的半徑是0.1mm,0.1mm,則在則在A A中中小晶體的溶解度是大晶體溶解度的：小晶體的溶解度是大晶體溶解度的： (A) 1.15(A) 1.15倍倍 (B) 1.07(B) 1.07倍倍 (C) 30.6(C) 30.6倍倍 (D) 5.53(D) 5.53倍倍答案答案：AlnBBB BBxMRTrx 02考研題考研題：2007 用同一滴管分別滴下用同一滴管分別滴下1cm1cm3 3NaO

10、HNaOH水溶液、水、乙醇水溶液、水、乙醇水溶液，各自的滴數為：水溶液，各自的滴數為： (A) (A) 水水1515滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液1818滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液2525滴滴(B) (B) 水水1818滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液2525滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液1515滴滴(C) (C) 水水1818滴，滴，NaOHNaOH水溶液水溶液1515滴，乙醇水溶液滴，乙醇水溶液2525滴滴(D) (D) 三者的滴數皆為三者的滴數皆為1818滴滴答案：答案：C考研題考研題：2008 物理吸附與化學吸附最本質的區物理吸附與化學吸附最本質的區別別 。 吸附劑與吸附質之

11、間的作用力不同吸附劑與吸附質之間的作用力不同答案：答案：B 一個一個U U形管的兩臂直徑不同，一端為形管的兩臂直徑不同，一端為 ，另一端為另一端為 ，水的表面張力為，水的表面張力為0.072N.m0.072N.m-1-1。如。如果這個果這個U U型管裝上水來測量壓力，將引入的誤差為型管裝上水來測量壓力，將引入的誤差為 (A)72Pa (B)192Pa (C)96Pa (D)288Pa (A)72Pa (B)192Pa (C)96Pa (D)288Pa2009年m3101m 33 10 氣泡、液滴、肥皂泡都是球形的，這些現象的氣泡、液滴、肥皂泡都是球形的，這些現象的本質本質 。減小表面積以降低體

12、系的吉布斯自由能減小表面積以降低體系的吉布斯自由能考研題考研題：2008 對于理想的水平液面，其值為零的表面物理量是：對于理想的水平液面，其值為零的表面物理量是： (A)(A)表面能表面能 (B)(B)比表面吉布斯能比表面吉布斯能 (C)(C)表面張力表面張力 (D)(D)附加壓力附加壓力 有一露于空氣中的圓球形液膜，若其直徑有一露于空氣中的圓球形液膜，若其直徑是是 ，比表面吉布斯函數為，比表面吉布斯函數為0.7J.m0.7J.m-2-2，則，則它所受的附加壓力是：它所受的附加壓力是：(A)1.4kPa (B)2.8kPa (C)5.6kPa (D)8.4kPa(A)1.4kPa (B)2.8

13、kPa (C)5.6kPa (D)8.4kPam3102答案：答案：D答案：答案：B考研題考研題：2010 蘭繆吸附等溫式為（蘭繆吸附等溫式為（ ），其中），其中a為吸附系為吸附系數（數（ ）對（）對（ ）作圖是一條直線，直線的截距是）作圖是一條直線，直線的截距是（ ）斜率是）斜率是1/Vm。是（是（ ）。）。pVpapap 1maV1飽和吸附量飽和吸附量 2011年年 某氣體某氣體A2在表面均勻的催化劑在表面均勻的催化劑(K)表面發生離表面發生離解反應，生成產物解反應，生成產物B+C，起反應機理為，起反應機理為( )A gKAKBCK 122222，已知第二步已知第二步為速率控制步驟，當為速

14、率控制步驟，當A2(g)壓力較高時反應表現的壓力較高時反應表現的級數為級數為A. 一級一級 B. 二級二級 C. 級級 D. 零級零級答案：答案：D考研題考研題：2010設液體A能在液體B上鋪展，則 ；若液體A在B表面上形成的接觸角小于90，則 。B AA B B AA B b (B) a=b (A) ab (B) a=b (C) ab (D) (C) a 0 0，則活度：，則活度： (A) a 1.25 (B) a = 0.25 (A) a 1.25 (B) a = 0.25 (C) a 1.25 (D) a = 0.5 (C) a 1.25 (D) a = 0.5答案：答案：C C 反應反

15、應AYAY為表面反應控制的氣為表面反應控制的氣- -固催化反應，固催化反應，若反應物若反應物A A的吸附很弱，的吸附很弱，則反應速率則反應速率= = 。 Akp考研題考研題： 用三氯化鋁用三氯化鋁AlClAlCl3 3水解制備的氫氧化鋁溶膠，水解制備的氫氧化鋁溶膠，哪種物質聚沉能力最強：哪種物質聚沉能力最強： (A) Na (A) Na2 2SOSO4 4 (B) MgCl (B) MgCl2 2 (C) NaNO (C) NaNO3 3 (D) K (D) K4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6 Al(OH)Al(OH)溶膠帶正電，溶膠帶正電，答案：答案：D D考研題考研題： 2010年年

16、測得氧在純凈的金屬測得氧在純凈的金屬W W表面上化學吸附熱為表面上化學吸附熱為596.64kJ.mol596.64kJ.mol-1-1，而氣態氧原子的吸附熱為，而氣態氧原子的吸附熱為543.92kJ.mol543.92kJ.mol-1-1，氧的解離能為，氧的解離能為491.53kJ.mol491.53kJ.mol-1-1，則氧在則氧在W W表面上吸附性質為：表面上吸附性質為： (A) (A)分子吸附，范德華力分子吸附，范德華力 (B)(B)分子吸附，生成氫鍵分子吸附，生成氫鍵 (C)(C)原子吸附，生成共價鍵原子吸附，生成共價鍵 (D)(D)原子吸附，生成吸附配位鍵原子吸附，生成吸附配位鍵答案答案：D考研題考研題： 2010年年考研題考研題： 2011年年當在水中加入無機鹽、不揮發的酸堿等會引起表面張力的 ，這些物質被稱為 ；習慣上把那些能夠明顯