固體表面化學-作業(yè)題答案

1、1、從催化作用的角度，談談高分散金屬催化劑上，金屬原子如何排列？、從催化作用的角度，談談高分散金屬催化劑上，金屬原子如何排列？(1)催化反應過程中，要完成催化作用，反應物分子必須被吸附到金屬活性位上。被吸附的反應物分子數(shù)量越多，活化的幾率就越高，相應生成物也越多。所以，金屬表面的吸附性能很重要，關系到催化劑的選擇性和催化效率的高低。(2)在催化劑表面金屬原子的排列有三種類型，處于晶角，晶棱和晶面上三種。金屬原子的吸附性與原子的不飽和度是

2、成正相關的，而處于晶角和晶棱上的金屬的不飽和度比晶面上的要高，另外，如果金屬出現(xiàn)晶格缺陷時，也會提高不飽和度，從而提高吸附性能。(3)所以，一定程度上，金屬催化劑上金屬原子排列的越不規(guī)整，邊，角，褶皺等處的原子越多，則這種金屬催化劑的吸附性就好，其催化性能也會相應提高。2、從表面熱力學角度出發(fā)，談談高分散金屬催化劑上，金屬原子如何排列才能達到最佳？、從表面熱力學角度出發(fā)，談談高分散金屬催化劑上，金屬原子如何排列才能達到最佳？從表面熱力學

3、角度講，比表面積越低，表面自由能越低，表面就越穩(wěn)定。經(jīng)驗的規(guī)律是：高的表面原子密度和表面原子的高配位數(shù)。這可以通過減小晶粒的比表面積并且確保只有低表面自由能的表面暴露在外來實現(xiàn)。球型催化劑最穩(wěn)定，但考慮到活性的因素，金屬顆粒通常被做成削角八面體的3.什么叫表面馳豫？什么叫表面重構(gòu)？在催化研究中如何利用這兩種過程？什么叫表面馳豫？什么叫表面重構(gòu)？在催化研究中如何利用這兩種過程？弛豫是指一個平衡體系因受外來因素快速擾動而偏離平衡位置的體系，

4、在新條件下趨向新平衡的過程，如果表面原子只有垂直于表面的原子，則稱為表面弛豫；表面重構(gòu)是由于表面原子受力的情況與體內(nèi)有所不同，或者由于有外來原子的吸附，最表面原子常有垂直于或傾斜與表面的位移，表面下的數(shù)層原子也會有垂直于或傾斜與表面的位移的現(xiàn)象，重構(gòu)后周期性損失，相鄰原子鍵合或形成懸掛鍵，表面自由能降低，使得體系穩(wěn)定。反應往往是在表面進行，在選擇某催化劑之后，提高催化劑的催化效率的一個重要方法就是改變其表面，通過控制弛豫和重構(gòu)的形成過程

5、，得高活性表面結(jié)構(gòu)，從而提高催化劑性能。弛豫和重構(gòu)過程的細節(jié)了解對改善催化劑操作性能具有關鍵的作用，重構(gòu)促進并穩(wěn)定了對催化劑的修飾，反之若重構(gòu)起破壞作用，就要設法抑制它。弛豫會使表面的對稱性降低，周期性變?nèi)?，表面原子的光滑性變差，表面原子受力不均，向體相靠近，使得結(jié)構(gòu)變化，由于表面原子比較活潑，在熱力學上，表面原子易發(fā)生重排，又由于動力學上因素的限制，在低溫下阻止了原子的重排，利用這一特點可以制備納米材料，也可以對半導體和晶型進行研究。

6、4、表面自由能總是正值，可靠嗎？從熱力學定律進行分析。、表面自由能總是正值，可靠嗎？從熱力學定律進行分析。表面自由能恒為正。分析如下：由封閉體系熱力學公式可得：在恒溫恒壓下，可得：而要使材料的表面增加，例如通過粉碎材料或表面打洞，都需要外界對表面做功，即dG0，故γ0。所以表面自由能總為正值。另外，因為切開固體表面形成新表面必須要使原子間鍵發(fā)生斷裂，而斷鍵需要能量這就需要對系統(tǒng)做功，這就導致表面總處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，表面自由能為正值。

7、5為什么金屬密堆積方式只有三種？他們分別是什么？比較其密堆積方式，配位數(shù)及其空間占有率，談談你對此的為什么金屬密堆積方式只有三種？他們分別是什么？比較其密堆積方式，配位數(shù)及其空間占有率，談談你對此的理解。理解。吸附位。補充吸附種類：六方緊密堆積—IIIB，IVB面心立方緊密堆積—IB，Ni，Pd，Pt立方體心堆積—IA，VB，VIB對稱性：六方緊密堆積：4重對稱面心立方緊密堆積：2重對稱立方體心堆積：4重對稱配位數(shù)：六方緊密堆積：12面

8、心立方緊密堆積：12立方體心堆積：87.試比較物理吸附、化學吸附的異同點？如何理解物理吸附的普遍性和化學吸附的特殊性？試比較物理吸附、化學吸附的異同點？如何理解物理吸附的普遍性和化學吸附的特殊性？答案:物理吸附有如下特點：存在分子間作用力（范德華力）、反應熱小大概為1040Kjmol接近于液化熱、存在單分子或者多分子層吸附、可逆反應速度快、反應溫度接近沸點溫度?；瘜W吸附有如下特點:存在化學鍵的形成、反應熱大只存在單分子層吸附、不可逆反應

9、、反應速度慢、在較高溫度下進行。物理吸附是個自發(fā)進行的熱力學過程，△G0原子分子接近吸附表面不存在障礙，而且反應速度相當快。化學吸附反應溫度比較高，而且反應速度慢，物理吸附作用力是范德華力，它是普遍存在于分子之間的即化學吸附中也包含著物理吸附化學吸附有選擇性，因此物理吸附比較普遍，而化學吸附相對特殊。8從表面活化與催化反應的角度，談談如何在設計催化劑時，利用化學吸附相關理論從表面活化與催化反應的角度，談談如何在設計催化劑時，利用化學吸附

10、相關理論設計催化劑時對催化劑有一定的要求，較高的選擇性以達到一定的分離要求；較大的吸附容量以減小用量；較好的動力學及傳遞性質(zhì)以實現(xiàn)快速吸附；較高的化學及熱穩(wěn)定性，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質(zhì)；較高的硬度及機械強度以減小磨損和侵蝕；較好的流動性以便于裝卸；較高的抗污染能力以延長使用壽命；較好的惰性以避免發(fā)生不期望的化學反應；易再生；價格便宜。9.9.查閱文獻，以實例比較吸附查閱文獻，以實例比較吸附(Adsption)(

11、Adsption)、吸收、吸收(Absption)(Absption)的異同點。的異同點。吸附也屬于一種傳質(zhì)過程，物質(zhì)內(nèi)部的分子和周圍分子有互相吸引的引力，但物質(zhì)表面的分子，其中相對物質(zhì)外部的作用力沒有充分發(fā)揮，所以液體或固體物質(zhì)的表面可以吸附其他的液體或氣體，尤其是表面面積很大的情況下，這種吸附力能產(chǎn)生很大的作用，所以工業(yè)上經(jīng)常利用大面積的物質(zhì)進行吸附，如活性炭、水膜等。吸附過程有兩種情況：物理吸附和化學吸附。吸附作用是催化、脫色、脫

12、臭、防毒等工業(yè)應用中必不可少的單元操作。吸收：使溶劑與氣體混合物接觸，利用各成分間濃度的差異，分離各氣體成分的操作。在吸收過程中，一種物質(zhì)將另一種物質(zhì)吸進體內(nèi)與其融和或化合。以氣體溶解于液體，已得到所希望的溶液的操作成為吸收。10Langmuir單層吸附理論為何可用于化學吸附？請從化學吸附的特點出發(fā)解釋之。單層吸附理論為何可用于化學吸附？請從化學吸附的特點出發(fā)解釋之。Langmuir吸附理論，其基本假設是：（1）單分子層吸附。氣體分子只

13、有碰到固體表面上，才有可能被吸附，所以固體表面對氣體分子只能發(fā)生單分子曾吸附。（2）固體表面是均勻的。（3）被吸附在固體表面上的分子之間無作用力。（4）吸附平衡是動態(tài)平衡。而化學吸附的特點是單分子層吸附，由于吸附劑與吸附質(zhì)之間形成化學反應，所以化學吸附的選擇性很強，依靠化學鍵產(chǎn)生化學吸附作用，可以忽略分子之間的作用力，即范德華力，這與Langmuir吸附理論的基本假設基本吻合。11請從吸附動力學出發(fā)，推導請從吸附動力學出發(fā)，推導Lang