物理化学第五版课后习题答案

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1、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？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？(2)在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？(3)下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？(4)物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？(5)在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？答：(1)常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新

2、相的种子。(2)一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”，根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。(3)气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形

3、。(4)最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。(5)由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG＜0，而ΔS＜0，由ΔG=ΔH－TΔS，得ΔH＜0，即反应为放热反应。10－2在293.15K及101.325kPa下，把半径为1×10－3m的汞滴分散成半径为1×10－9m的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG)为多少？已知293.15K时汞的表面张力为0.4865N·m－1。解：＝N×N＝ΔG＝＝g(A2－A1

4、)＝4pg·(N－)＝4pg·(－)20＝4p×0.47×(－10－6)＝5.9062J10－3计算时373.15K时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知时水的表面张力为58.91×10－3N·m－1(1)水中存在的半径为0.1μm的小气泡；kPa(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：(1)Δp＝＝＝1.178×103kPa(2)Δp＝＝＝1.178×103kPa(3)Δp＝＝＝2.356×103kPa10－4在293.15K时，将直径为0.1nm的玻

5、璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升？若不加压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10－3N·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。解：Δp＝＝＝892Pah＝＝＝0.1153m10－5水蒸气迅速冷却至298.15K时可达到过饱和状态。已知该温度下水的表面张力为71.97×10－3N·m－1，密度为997kg·m－3。当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸气压的4倍时，计算(1)开始形成水滴的半径

6、；(2)每个水滴中所含水分子的个数。解：(1)20r＝＝＝7.569×10－10m(2)m＝＝＝1.810×10－24kgN＝＝＝6110－6已知CaCO3(s)在773.15K时的密度为3900kg·m－3，表面张力为1210×10－3N·m－1，分解压力为101.325kPa。若将研磨成半径为30nm(1nm＝10－9m)的粉末，求其在773.15K时的分解压力。解：＝＝0.3220＝1.3800pr＝139.82kPa10－7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，将已知半径为r的毛细管

7、垂直地固定在油－水界面之间，如右图图(a)所示。已知水能浸润毛细管壁，油则不能。在与毛细管同样性质的玻璃板上，滴上一小滴水，再在水上覆盖上油，这是水对玻璃的润湿角为θ，如习题右图图(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＇。请导出谁在毛细管中上升的高度h与油－水界面张力之间gow的关系。gh解：由热力学分析得知：插入容器的毛细管中液柱的静压力ρwgh与(Δp＋ρogh)成平衡，即：ρwgh＝Δp＋ρoghh＝由于Δp＝r′＝Δp＝h＝＝2010－8在351.45K时，用

8、焦炭吸附NH3气测得如下数据，设Va～p关系符合Va＝kpn方程。p∕kPa0.72241.3071.7232.8983.9317.52810.102Va∕(dm3·kg－1)10.214.717.323.728.441.950.1试求方程式Va＝kpn中的k及n的数值。解：lgp－0.14120.11630.23630.46210.59450.87671.0044lgVa1.00861.16731