固體表面化學(xué)-作業(yè)題答案

1、1、從催化作用的角度，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥?，金屬原子如何排列？、從催化作用的角度，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥?，金屬原子如何排列?1)催化反應(yīng)過(guò)程中，要完成催化作用，反應(yīng)物分子必須被吸附到金屬活性位上。被吸附的反應(yīng)物分子數(shù)量越多，活化的幾率就越高，相應(yīng)生成物也越多。所以，金屬表面的吸附性能很重要，關(guān)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(guān)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(shí)，也會(huì)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(huì)相應(yīng)提高。2、從表面熱力學(xué)角度出發(fā)，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥?，金屬原子如何排列才能達(dá)到最佳？、從表面熱力學(xué)角度出發(fā)，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥?，金屬原子如何排列才能達(dá)到最佳？從表面熱力學(xué)

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(yàn)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(guò)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(lái)實(shí)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(guò)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(guò)程？弛豫是指一個(gè)平衡體系因受外來(lái)因素快速擾動(dòng)而偏離平衡位置的體系，

4、在新條件下趨向新平衡的過(guò)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(lái)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(huì)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(yīng)往往是在表面進(jìn)行，在選擇某催化劑之后，提高催化劑的催化效率的一個(gè)重要方法就是改變其表面，通過(guò)控制弛豫和重構(gòu)的形成過(guò)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(guò)程的細(xì)節(jié)了解對(duì)改善催化劑操作性能具有關(guān)鍵的作用，重構(gòu)促進(jìn)并穩(wěn)定了對(duì)催化劑的修飾，反之若重構(gòu)起破壞作用，就要設(shè)法抑制它。弛豫會(huì)使表面的對(duì)稱性降低，周期性變?nèi)酰砻嬖拥墓饣宰儾?，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(xué)上，表面原子易發(fā)生重排，又由于動(dòng)力學(xué)上因素的限制，在低溫下阻止了原子的重排，利用這一特點(diǎn)可以制備納米材料，也可以對(duì)半導(dǎo)體和晶型進(jìn)行研究。

6、4、表面自由能總是正值，可靠嗎？從熱力學(xué)定律進(jìn)行分析。、表面自由能總是正值，可靠嗎？從熱力學(xué)定律進(jìn)行分析。表面自由能恒為正。分析如下：由封閉體系熱力學(xué)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(guò)粉碎材料或表面打洞，都需要外界對(duì)表面做功，即dG0，故γ0。所以表面自由能總為正值。另外，因?yàn)榍虚_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(duì)系統(tǒng)做功，這就導(dǎo)致表面總處于熱力學(xué)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?wù)勀銓?duì)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?wù)勀銓?duì)此的理解。理解。吸附位。補(bǔ)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(duì)稱性：六方緊密堆積：4重對(duì)稱面心立方緊密堆積：2重對(duì)稱立方體心堆積：4重對(duì)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(xué)吸附的異同點(diǎn)？如何理解物理吸附的普遍性和化學(xué)吸附的特殊性？試比較物理吸附、化學(xué)吸附的異同點(diǎn)？如何理解物理吸附的普遍性和化學(xué)吸附的特殊性？答案:物理吸附有如下特點(diǎn)：存在分子間作用力（范德華力）、反應(yīng)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(yīng)速度快、反應(yīng)溫度接近沸點(diǎn)溫度?；瘜W(xué)吸附有如下特點(diǎn):存在化學(xué)鍵的形成、反應(yīng)熱大只存在單分子層吸附、不可逆反應(yīng)

9、、反應(yīng)速度慢、在較高溫度下進(jìn)行。物理吸附是個(gè)自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)過(guò)程，△G0原子分子接近吸附表面不存在障礙，而且反應(yīng)速度相當(dāng)快?；瘜W(xué)吸附反應(yīng)溫度比較高，而且反應(yīng)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(xué)吸附中也包含著物理吸附化學(xué)吸附有選擇性，因此物理吸附比較普遍，而化學(xué)吸附相對(duì)特殊。8從表面活化與催化反應(yīng)的角度，談?wù)勅绾卧谠O(shè)計(jì)催化劑時(shí)，利用化學(xué)吸附相關(guān)理論從表面活化與催化反應(yīng)的角度，談?wù)勅绾卧谠O(shè)計(jì)催化劑時(shí)，利用化學(xué)吸附

10、相關(guān)理論設(shè)計(jì)催化劑時(shí)對(duì)催化劑有一定的要求，較高的選擇性以達(dá)到一定的分離要求；較大的吸附容量以減小用量；較好的動(dòng)力學(xué)及傳遞性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)快速吸附；較高的化學(xué)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(jī)械強(qiáng)度以減小磨損和侵蝕；較好的流動(dòng)性以便于裝卸；較高的抗污染能力以延長(zhǎng)使用壽命；較好的惰性以避免發(fā)生不期望的化學(xué)反應(yīng)；易再生；價(jià)格便宜。9.9.查閱文獻(xiàn)，以實(shí)例比較吸附查閱文獻(xiàn)，以實(shí)例比較吸附(Adsption)(

11、Adsption)、吸收、吸收(Absption)(Absption)的異同點(diǎn)。的異同點(diǎn)。吸附也屬于一種傳質(zhì)過(guò)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(duì)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(jìn)行吸附，如活性炭、水膜等。吸附過(guò)程有兩種情況：物理吸附和化學(xué)吸附。吸附作用是催化、脫色、脫

12、臭、防毒等工業(yè)應(yīng)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(guò)程中，一種物質(zhì)將另一種物質(zhì)吸進(jìn)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(xué)吸附？請(qǐng)從化學(xué)吸附的特點(diǎn)出發(fā)解釋之。單層吸附理論為何可用于化學(xué)吸附？請(qǐng)從化學(xué)吸附的特點(diǎn)出發(fā)解釋之。Langmuir吸附理論，其基本假設(shè)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(duì)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(wú)作用力。（4）吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。而化學(xué)吸附的特點(diǎn)是單分子層吸附，由于吸附劑與吸附質(zhì)之間形成化學(xué)反應(yīng)，所以化學(xué)吸附的選擇性很強(qiáng)，依靠化學(xué)鍵產(chǎn)生化學(xué)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(shè)基本吻合。11請(qǐng)從吸附動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)請(qǐng)從吸附動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)Lang