4. катализ и реакции на поверхности
4.3. Адсорбция
4.3.1.
Оцените среднее время жизни на поверхности
адсорбированной молекулы при температуре Т = 500 К и теплоте адсорбции Q = 25 ккал/моль.
4.3.2.
В состоянии адсорбционного равновесия на поверхности
находится адсорбированный газ с концентрацией nА молекул×см–2,
число ударов молекул газа о поверхность равно V молекул×см–2×с–1,
коэффициент прилипания e. Найдите
среднее время t жизни молекулы на
поверхности.
4.3.3. Принимая число
адсорбционных мест на поверхности (величину монослойной адсорбции) равным 1015 молекул×см–2, определите среднее время жизни молекулы О2 на поверхности при Т = 300 К и Р = 10 торр, если
равновесная степень покрытия составляет 10–5. «Прилипание» происходит при каждом соударении.
4.3.4.
Адсорбция азота на слюде при 90 К хорошо описывается изотермой Лэнгмюра. При
давлениях 5 и 20 бар величина адсорбции (выраженная в мм3 адсорбата
при стандартных условиях) составляет 18 и 30 соответственно. Найдите
максимальное количество азота, которое может адсорбироваться при этой
температуре.
4.3.5.
Энергия активации для прыжка из одной элементарной
ячейки поверхности в другую Еа = 20 ккал/моль. Оцените, на какое расстояние в среднем
сместится адсорбированная частица за 10 с при Т = 400 К.
4.3.6.
Выведите изотерму адсорбции для совместной
диссоциативной адсорбции двухатомных газов А2
и В2
А2 + S 
2 Aадс,
В2 + S 2 Bадс
на однородной поверхности, используя закон действующих
масс для процессов адсорбции и десорбции. Возможностью реакции между адсорбированными атомами Аадс
и Вадс пренебречь.
4.3.7.
(Экз–2004, № 5). Какое давление СО надо создать в реакторе с
металлической платиной, чтобы при Т = 500 К степень
заполнения поверхности Pt по СО
составила q = 0,3? Принять, что
концентрация адсорбционных центров на поверхности платины равна 1015
центров/см2, DHads(CO) = ‑143 кДж/моль,
коэффициент прилипания СО равен 1.
4.3.8.
Выведите изотерму адсорбции для случая
одновременной адсорбции двух газов
А2 + 2 Z 
2 AZ (диссоциативная адсорбция),
B + Z 
BZ,
где Z –
свободное место на поверхности, AZ º Аадс, BZ º Вадс.
4.3.1.
Выведите изотермы адсорбции одноатомного газа А и двухатомных молекул В2 и С2 при их совместной адсорбции на однородной поверхности, если известно, что
молекулы С2 и В2 при адсорбции диссоциируют
на атомы:
А + S Aадс,
В2 + S 2 Вадс,
С2 + S 2 Садс.
Возможностью реакции между адсорбированными атомами
разной природы пренебречь.
4.3.2.
Необратимая диссоциативная адсорбция молекул
водорода происходит по закону
N0×(dq/dt) = (1
– q)2×e×F,
где N0 = 1015 см–2
– число элементарных ячеек на единицу поверхности, q – степень покрытия поверхности, e = 0,001 – коэффициент прилипания, F –
поток молекул по направлению к поверхности. Рассчитайте, за какое время степень
покрытия достигнет величины q = 0,9 при давлении 10–6 торр
и Т = 300 К.
4.3.3.
Оценить теплоту адсорбции криптона на древесном
угле, используя следующие величины количества адсорбированного газа (в единицах
1013 молекул/см2):
|
Т, К |
5 торр |
15 торр |
|
273,2 |
0,7 |
2,0 |
|
193,5 |
3,9 |
7,6 |
При оценке пользоваться изотермой Лэнгмюра. Оцените
стандартную энтропию адсорбции.
4.3.4.
(КР3–2004,
№ 1). Определите теплоту адсорбции оксида азота на фториде бария по следующим
данным:
|
T
= 233 K |
T
= 273 K |
||
|
P,
атм |
Va,
см3 |
P,
атм |
Va,
см3 |
|
3,53 × 10–2 |
3,17 |
7,51 × 10–2 |
1,81 |
|
47,3 × 10–2 |
9,92 |
82,0 × 10–2 |
7,9 |
(Va – объем
адсорбированного газа при н.у., P –
равновесное давление газа). При решении
задачи используйте изотерму адсорбции Лэнгмюра.
4.3.5.
(КР3–2006, №1). Установлено, что адсорбция N2 и C2H4 на активированном угле описывается изотермой адсорбции
Ленгмюра. При исследовании однокомпонентной адсорбции (в системе присутствует
либо чистый N2, либо чистый C2H4) получены следующие
результаты (объемы поглощенных газов VN2 и VC2H4 пересчитаны к н.у.). Определите объемы поглощенных газов
VN2 и VC2H4 (для н.у.) при
совместной адсорбции азота и этилена при парциальных давлениях PN2 = 30 тор, PC2H4 = 10 тор и температуре 253 K.
|
T / K |
PN2, Торр |
PC2H4, Торр |
VN2, см3 |
VC2H4, см3 |
|
273 |
4 |
0 |
2.0 |
0 |
|
273 |
32 |
0 |
14.3 |
0 |
|
194 |
39 |
0 |
68.9 |
0 |
|
194 |
1.3 |
0 |
6.9 |
0 |
|
|
||||
|
273 |
0 |
6.0 |
0 |
21,6 |
|
273 |
0 |
36,0 |
0 |
62,4 |
|
293 |
0 |
3,2 |
0 |
7,0 |
|
293 |
0 |
40 |
0 |
48,4 |
