物理化学小结和例题精.ppt

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1、物理化学 小结和例题第1页，本讲稿共42页在恒温恒在恒温恒压压下下,可逆地增加系可逆地增加系统统的表的表面面积积dAs,则环境对系则环境对系统所做的功正比于表统所做的功正比于表面积的增量面积的增量dG=W=dAs1、液体的表面功及表面、液体的表面功及表面Gibbs函数函数表面吉布斯函数第2页，本讲稿共42页对于只有一种表面的多组分系统对于只有一种表面的多组分系统:dU=TdS-pdV+dAs+BdnBdH=TdS+Vdp+dAs+BdnBdA=-SdT-pdV+dAs+BdnBdG=-SdT+Vdp+dAs+BdnB 的物理意义：的物理意义：第3页，本讲稿共42页W=dAs=fdxfdx=2L

2、dx =f/2L=力力/总长总长 的单位的单位:Nm-1 为作用在单位长度上液体表面为作用在单位长度上液体表面的收缩力的收缩力,又称又称表面张力表面张力2、表面张力、表面张力 L L2 L第4页，本讲稿共42页表面张力的方向表面张力的方向 对于平液面对于平液面,表面张力的方向总是与外力表面张力的方向总是与外力相反相反,与液面平行且垂直作用于分界线上。与液面平行且垂直作用于分界线上。L L 对于弯曲液面对于弯曲液面,表面张力的方向与曲面相切表面张力的方向与曲面相切,与分界边缘垂直。与分界边缘垂直。第5页，本讲稿共42页 p=pl-pgp=pg-pl附加压力的方向附加压力的方向：朝着圆心朝着圆心

3、二二.弯曲液面的附加压力弯曲液面的附加压力 The Saturated Vapour Pressure of The Curved surface第6页，本讲稿共42页(1)该形式的该形式的Laplace公式适用于球形液面。公式适用于球形液面。(2)p与与r 成反比；对平液面：成反比；对平液面：r，p0，(3)p永远指向球心。永远指向球心。例例:(1)小液滴小液滴(2)液体中的气泡液体中的气泡(3)肥皂泡肥皂泡Laplace方程第7页，本讲稿共42页(4)毛毛细细管管连连通通两两个个大小不等的气大小不等的气泡泡p(5)第8页，本讲稿共42页p=2 /R=ghh=2 /Rg2.当曲面为球面当曲面

4、为球面的一部分时的一部分时:毛细现象毛细现象1.1.曲率半径曲率半径R与毛细与毛细管半径管半径R R的关系：的关系：R=R/cosq q如果曲面为球面如果曲面为球面 R=R。第9页，本讲稿共42页足够长的时间足够长的时间半径不同的小水滴半径不同的小水滴半径不同的小水滴半径不同的小水滴p*反比于曲率半径反比于曲率半径结结论论：根根据据液液体体蒸蒸气气压压的的大大小小决决定定于于液液体体分分子子向向空空间间逃逸逃逸的倾向，可知：的倾向，可知：2.2.微小液滴的饱和蒸气压微小液滴的饱和蒸气压Kelvin公式公式第10页，本讲稿共42页对于凸液面对于凸液面:r 0prp对于凹液面对于凹液面:r 0 p

5、rp对于平液面对于平液面:r pr=p例：例：毛细凝结现象：毛细凝结现象：一定一定T下平液面尚没达到下平液面尚没达到饱和的蒸气饱和的蒸气而对毛细管内的凹液面已达到饱和而对毛细管内的凹液面已达到饱和或过饱和状态。由或过饱和状态。由pr/p可计算多孔性催化剂的可计算多孔性催化剂的孔径。孔径。喷雾干燥：喷雾干燥：当水滴的半径小到当水滴的半径小到110-9m时，时，其饱和蒸气压几乎是平液面的其饱和蒸气压几乎是平液面的3倍。倍。Kelvin公式公式第11页，本讲稿共42页3.3.亚稳状态及新相的生成亚稳状态及新相的生成Tp*lg露点露点：T小小T正常正常小液滴气液平衡线正常气液平衡线过饱和蒸气过饱和蒸气

6、:在一定的温度及其饱和蒸气压下该凝在一定的温度及其饱和蒸气压下该凝结而未凝结的气体结而未凝结的气体例：例：人工降雨人工降雨Wilson云雾室：云雾室：让放射线通过过饱和蒸气，让放射线通过过饱和蒸气，以此来观察放射线运动的轨迹以此来观察放射线运动的轨迹第12页，本讲稿共42页过热液体过热液体:加热到沸点以上也不沸腾的液体加热到沸点以上也不沸腾的液体p=p静静+p大气压大气压+p=gh+p大气压大气压+2/r液体内部产生气泡所需的温度液体内部产生气泡所需的温度TT正常正常p大气压大气压静液压静液压p静静plg例：例：防止液体的防止液体的暴沸：暴沸：在液体中加入沸石、毛在液体中加入沸石、毛细管等细管

7、等第13页，本讲稿共42页p*饱饱和和蒸蒸气气压压T熔点熔点 lT小小T大大三相平衡点小颗粒小颗粒 sg大颗粒大颗粒过冷液体过冷液体:在凝固点以下却不凝固的液体在凝固点以下却不凝固的液体纯净的水可冷到纯净的水可冷到-40-40度以下而不结冰度以下而不结冰第14页，本讲稿共42页过饱和溶液：过饱和溶液：浓度高于溶解度而不结晶的溶液浓度高于溶解度而不结晶的溶液综综上上所所述述，由由于于小小颗颗粒粒物物质质的的表表面面特特殊殊性性，造造成成新新相相难难以以生生成成，从从而而形形成成四四种种不不稳稳定定状状态态（亚亚稳稳态态）过过饱饱和和蒸蒸气气、过过热热液液体体、过过冷冷液液体体、过过饱饱和和溶液。

8、溶液。第15页，本讲稿共42页三三.固体表面固体表面 Surface of Solids固体与液体表面的不同点固体与液体表面的不同点:(1)(1)固体表面不像液体那样易于缩小和变形固体表面不像液体那样易于缩小和变形(2)(2)固体表面是不均匀的固体表面是不均匀的在固体或液体表面，某种物质的浓度与在固体或液体表面，某种物质的浓度与体相浓度不同的现象称为体相浓度不同的现象称为吸附吸附吸附剂吸附剂:具有吸附能力的固体物质具有吸附能力的固体物质吸附质吸附质:被吸附物质被吸附物质产生吸附现象的原因产生吸附现象的原因：固体表面层的分子受：固体表面层的分子受力不平衡。力不平衡。W=dAs第16页，本讲稿共4

9、2页1.1.物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附机理：机理：机理：机理：范德华力范德华力 化学键，表面化学反应化学键，表面化学反应选择性：选择性：选择性：选择性：无选择性无选择性无选择性无选择性 有选择性有选择性有选择性有选择性吸附层：吸附层：吸附层：吸附层：单分子或单分子或单分子或单分子或 单分子层单分子层单分子层单分子层 多分子层多分子层吸附热：吸附热：凝聚热凝聚热凝聚热凝聚热 反应热反应热反应热反应热速率：速率：较快，较快，较慢，较慢，易达平衡易达平衡 低温不易平衡低温不易平衡稳定性：稳定性：易发生表面易发生表面 不位移不位移,不易脱附不易脱附 位移位

10、移,易脱附易脱附 第17页，本讲稿共42页物理吸附与化学吸附可同时发生或相继发生物理吸附与化学吸附可同时发生或相继发生图图15-39 CO15-39 CO在铂上的吸附等压线在铂上的吸附等压线第18页，本讲稿共42页2.2.等温吸附等温吸附（1 1）吸附量的表示方法）吸附量的表示方法第19页，本讲稿共42页（2 2）吸附量随温度、压力和体相浓度而变化）吸附量随温度、压力和体相浓度而变化第20页，本讲稿共42页3.Freundlich3.Freundlich等温式等温式4.Langmuir4.Langmuir吸附等温式吸附等温式第21页，本讲稿共42页低压低压高压高压第22页，本讲稿共42页1.1

11、.接触角与杨氏方程接触角与杨氏方程 s l s l l s l s当当 0时，三种表面张力失去平时，三种表面张力失去平衡，则杨氏方程不能用。衡，则杨氏方程不能用。四四.液固界面液固界面the Interface of LiquidSolid 第23页，本讲稿共42页润湿润湿：固体表面上的气体被液体取代的过程。：固体表面上的气体被液体取代的过程。2.2.润湿现象润湿现象（1 1）沾湿）沾湿 将单位面积的液固界面分开形成气固和气将单位面积的液固界面分开形成气固和气液界面所需的功。液界面所需的功。单位面积上沾湿过程的吉氏函数变单位面积上沾湿过程的吉氏函数变内聚功内聚功沾湿功沾湿功第24页，本讲稿共4

12、2页（2）浸湿）浸湿单位面积上浸湿过程的吉氏函数变单位面积上浸湿过程的吉氏函数变浸湿功浸湿功第25页，本讲稿共42页（3 3）铺展）铺展单位面积上铺展过程的吉氏函数变单位面积上铺展过程的吉氏函数变铺展系数铺展系数内聚功内聚功沾湿功沾湿功第26页，本讲稿共42页三种润湿过程的比较三种润湿过程的比较将将代入代入第27页，本讲稿共42页A A A A：NaClNaClNaClNaCl、NaNaNaNa2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4、KOHKOHKOHKOH、NHNHNHNH4 4 4 4ClClClCl、KNOKNOKNOKNO3 3 3 3等等等等无无无无机机机机盐盐盐盐类类类类，以

13、以以以及及及及蔗蔗蔗蔗糖糖糖糖、甘甘甘甘露露露露醇等多羟基有机物醇等多羟基有机物醇等多羟基有机物醇等多羟基有机物B B：醇醇、醛醛、酮酮、羧羧酸酸、酯酯等等有有机物机物C C C C：肥肥肥肥皂皂皂皂、8 8 8 8碳碳碳碳以以以以上上上上直直直直链链链链有有有有机机机机酸酸酸酸的的的的碱碱碱碱金金金金属属属属盐盐盐盐、高高高高碳碳碳碳直直直直链链链链烷烷烷烷基基基基硫酸盐和苯磺酸盐等硫酸盐和苯磺酸盐等硫酸盐和苯磺酸盐等硫酸盐和苯磺酸盐等表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂1.1.溶液表面的吸附现象溶液表面的吸附现象溶质在溶液表面层浓度与溶质在溶液表面层浓度与体相浓度不同的现象，称为体相浓

14、度不同的现象，称为溶溶液表面的吸附液表面的吸附*五、溶液表面的吸附第28页，本讲稿共42页在在单单位位面面积积的的表表面面层层中中所所含含溶溶质质的的物物质质的的量量与与同同量量溶溶剂剂在在本本体体中中所所溶溶质质的的物物质质的的量量的的差差值值，称称溶溶质质的的表面吸附量或表面过剩表面吸附量或表面过剩。2.表面过剩与表面过剩与Gibbs吸附等温式吸附等温式正吸附正吸附负吸附负吸附*c 溶质在本体中的平衡浓溶质在本体中的平衡浓度（或活度）。度（或活度）。第29页，本讲稿共42页GibbsGibbs公式的验证公式的验证(1)(1)鼓泡法鼓泡法:(2)(2)切层法切层法:(NcBain)(NcBa

15、in)切层厚度切层厚度:0.1mm,:0.1mm,误差误差:10%:11时的时的,并计算丁酸分子所占面积并计算丁酸分子所占面积第34页，本讲稿共42页q填空题填空题1.半径为半径为r的球形肥皂泡内的附加压力是的球形肥皂泡内的附加压力是。Answer:P=4/rP=4/r2.液滴的半径越小液滴的半径越小,饱和蒸气压越饱和蒸气压越，液体中的气泡半，液体中的气泡半径越小径越小,气泡内液体的饱和蒸气压越气泡内液体的饱和蒸气压越。Answer:大大;小小3.憎液固体，其表面不能为液体所润湿，其相应的憎液固体，其表面不能为液体所润湿，其相应的接触角接触角90。Answer:大于大于上页上页下页下页第35页

16、，本讲稿共42页4.相相同同温温度度下下，同同一一液液体体，随随表表面面曲曲率率半半径径不不同同具具有有不不同同的的饱饱和和蒸蒸气气压压，以以P平平、P凹凹、P凸凸分分别别表表示示平平面面、凹凹面面和和凸凸面面液液体体上上的的饱饱和和蒸蒸气气压压，则则三三者者的关系是的关系是。Answer:P凸凸 P平平 P凹凹5.5.HLB称为表面活性剂的称为表面活性剂的，根据它的数，根据它的数值可以判断其适宜的用途，作为水值可以判断其适宜的用途，作为水/油型乳状液油型乳状液的乳化剂的的乳化剂的HLB值的范围是值的范围是。Answer:亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值;26上页上页下页下页第36页，本讲稿共42

17、页6.加加入入表表面面活活性性剂剂，使使液液体体的的表表面面张张力力，表表面面层表面活性剂的浓度一定层表面活性剂的浓度一定它在体相的浓度。它在体相的浓度。Answer:降低降低大于大于7.7.已知已知293.15K时水的表面张力为时水的表面张力为7.27510-2Nm-1，当，当293.15，P水的表面积增大水的表面积增大410-4m2时时,体系的体系的G为为J。Answer:2.91 10-5 G=A上页上页下页下页第37页，本讲稿共42页8.润润湿湿液液体体在在毛毛细细管管中中上上升升的的高高度度与与毛毛细细管管内内径径成成关系，与液体的表面张力成关系，与液体的表面张力成关系。关系。Ans

18、wer:反比例反比例正比例正比例h=2 cos/gr 表面张力表面张力r毛细管半径毛细管半径9.9.温度升高时，纯液体的表面张力温度升高时，纯液体的表面张力。Answer:减小减小上页上页下页下页第38页，本讲稿共42页q选择题选择题 1.氧氧气气在在某某固固体体表表面面上上的的吸吸附附，温温度度在在400K时时进进行行的的速速度度较较慢慢，350K时时更更慢慢，该该吸吸附附过过程程主主要要是是：（）A.物理吸附物理吸附B.化学吸附化学吸附C.不能确定不能确定D.A和和BAnswer:B化化学学吸吸附附需需要要活活化化能能。吸吸附附速速度度慢慢，温温度度升高，活化分子的数目增多。升高，活化分子

19、的数目增多。上页上页下页下页第39页，本讲稿共42页2.在在一一支支干干净净的的粗粗细细均均匀匀的的U形形玻玻璃璃毛毛细细管管中中注注入入一一滴滴纯纯水水，两两侧侧液液柱柱的的高高度度相相同同，然然后后用用微微量量注注射射器器从从右右侧侧注注入入少少许许正正丁丁酸酸水水溶溶液液，两两测测液液柱柱的的高度将是（高度将是（）A.相同相同B.左侧高于右侧左侧高于右侧C.右侧高于左侧右侧高于左侧Answer:B正正丁酸使水的表面张力降低，使弯曲液面的附丁酸使水的表面张力降低，使弯曲液面的附加压力减小。加压力减小。上页上页下页下页第40页，本讲稿共42页3.当氯化钠溶入水中后，产生的结果是（当氯化钠溶入

20、水中后，产生的结果是（）氯化钠属表面隋性物质，使水的表面张力增大氯化钠属表面隋性物质，使水的表面张力增大Answer:B上页上页下页下页第41页，本讲稿共42页.4.晶晶体体物物质质的的溶溶解解度度和和熔熔点点与与其其颗颗粒粒半半径径的的关关系系是是（）A.半径越小，溶解度越小，熔点越低半径越小，溶解度越小，熔点越低B.半径越小，溶解度越大，熔点越低半径越小，溶解度越大，熔点越低C.半径越小，溶解度越大，熔点越高。半径越小，溶解度越大，熔点越高。Answer:B晶晶体体的的半半径径越越小小，比比表表面面及及表表面面Gibbs函函数越高，所以，越易溶解和熔化。数越高，所以，越易溶解和熔化。上页上页下页下页第42页，本讲稿共42页