吸附量計(jì)算方式-1

第 29 次課 2 學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：10.2彎曲外表下的附加壓力及其后果未講完內(nèi)容本次課題〔或教材章節(jié)題目：10.2彎曲外表下的附加壓力及其后果；10.3固體外表,理解郎格繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式重 點(diǎn)：郎格繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式難 點(diǎn)：郎格繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式教學(xué)手段及教具：多媒體結(jié)合板書講授內(nèi)容準(zhǔn)時(shí)間安排：§10.2彎曲外表下的附加壓力及其后果1學(xué)時(shí)§10.3固體外表1學(xué)時(shí)課后作業(yè)參考資料

10.6;10.9物理化學(xué)〔第四版，南京大學(xué)傅獻(xiàn)彩等著〕物理化學(xué)解題指導(dǎo)〔河北科技大學(xué)物理化學(xué)教研室編〕注：本頁(yè)為每次課教案首頁(yè)§10.2〔〕§10.3固體外表固體外表上的原子或分子與液體一樣受力也是不均勻的而且不像液一般介紹體外表分子可以移動(dòng)，通常它們是定位的。 固體外表是不均勻的即使從宏觀上看似乎很光滑但從原子水平上看是凹凸不平的。的晶面是不完整的，會(huì)有晶格缺陷、空位和位錯(cuò)等。性不同。為吸附質(zhì)。常用的吸附劑有：硅膠、分子篩、活性炭等。的蒸汽等。1物理吸附與化學(xué)吸附具有如下特點(diǎn)的吸附稱為物理吸附：弱。吸附熱較小，接近于氣體的液化熱，一般在幾個(gè)kJ/mol以下。不同。吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快。

吸附可以是單分子層的，但也可以是多分子層的。吸附不需要活化能，吸附速率并不因溫度的上升而變快。生成與破壞，也沒有原子重排等。H2在金屬鎳外表發(fā)生物理吸附在相互作用的位能曲線上，隨著H2分子向Ni穩(wěn)定狀態(tài)。這時(shí)氫沒有解離，兩原子核間距等于半徑。數(shù)值相當(dāng)于氫氣的液化熱。ac線上升。

具有如下特點(diǎn)的吸附稱為化學(xué)吸附： 重要特征吸附熱較高，接近于化學(xué)反響熱，一般在40kJ/mol以上。分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然。吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸。吸附是單分子層的。吸附需要活化能，溫度上升，吸附和解吸速率加快。在紅外、紫外-可見光譜中會(huì)消滅的特征吸取帶。H2在金屬鎳外表發(fā)生化學(xué)吸附H2分子獲得解離能DH-HHc”的位置。b點(diǎn)，這是化學(xué)吸附的穩(wěn)定狀態(tài)。NiH之間的距離等于兩者的原子半徑之gbQc，這相當(dāng)于兩者之間形成化學(xué)鍵的鍵能。隨著H原bc線快速上升。

以轉(zhuǎn)變成化學(xué)吸附。H2P’a點(diǎn)是物理吸附，放出物理吸附熱Qp，這時(shí)供給EaP點(diǎn)，就解離為氫原子，接下來發(fā)生化學(xué)吸附。EaH2緣由。PH2PaP’線離開外表。等溫吸附吸附量通常有兩種表示方法：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的吸附劑所吸附氣體的體積。VaV/m 單位：m3g-1體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)單位質(zhì)量的吸附劑所吸附氣體物質(zhì)的量。

重要定義重要定義nan/m 單位：molg-1吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：Vaf(Tp)通常固定一個(gè)變量，求出另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系，例如：T=常數(shù)，Vaf(p)，得吸附等溫線。p=常數(shù)，Vaf(T)，得吸附等壓線。Va常數(shù)，pf(T)，得吸附等量線。質(zhì)之間的相互作用等有關(guān)信息。常見的吸附等溫線有如下5種類型：(圖中p/p*稱為比壓，p*是吸附質(zhì)在該溫度時(shí)的飽和蒸汽壓，p為吸附質(zhì)的壓力)性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。S型等溫線。吸附劑孔徑大小

一般了解1時(shí)，發(fā)生毛細(xì)管和孔凝現(xiàn)象。(Ⅲ)質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)消滅這種等溫352K時(shí)，Br2在硅膠上的吸附。Br2在硅膠上的吸附。(Ⅳ)多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)分散現(xiàn)象。例如在323K時(shí)，苯在氧化鐵凝膠上的吸附屬于這種類型。(Ⅴ)373K時(shí)，水汽在活性炭上的吸附屬于這種類型。思考題：釋為什么兩塊玻璃間放一點(diǎn)水后很難拉開，而兩塊石蠟板間放一點(diǎn)幫助理解水后很簡(jiǎn)潔拉開。為什么？吸附閱歷式——Freundlich吸附等溫式Freundlich公式：Vakpn

一般公式Va：吸附量，cm3/gk，n是與溫度、系統(tǒng)有關(guān)的閱歷常數(shù)。Langmuir單分子層吸附理論及吸附等溫式他在推導(dǎo)該公式的過程引入了重要假設(shè)：(1)吸附是單分子層(2)固體外表是均勻的；(3)被吸附分子之間無相互作用；(4)吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。A(g)+M(外表)AM設(shè)：外表掩蓋率=已被吸附質(zhì)掩蓋的固體外表積/固體總的外表積，則空白外表為(1- )吸附 v( )=k1p(1-)N v( )=k-1吸附 到達(dá)平衡時(shí)，吸附與脫附速率相等。吸附 v( )=k1p(1-)=v( )=k-1吸附 k1p(1-)=k-1b=k1/k-1得： bp1bp這公式稱為L(zhǎng)angmuirb稱為吸附系數(shù)，它的大小代表了固體外表吸附氣體力氣的強(qiáng)弱程度。以p作圖，得：

重要概念p很小，或吸附很弱時(shí)，bp<<1，=bp，與p成線性關(guān)系。=1，與p無關(guān)，吸附已鋪滿單。吸附達(dá)飽和。飽和吸附量用Va表示。3.當(dāng)壓力適中， ∝pn，mn01之間。將=Va/VaLangmuir吸附公式m

bp1bp重排后可得：1

1 1 1Va m

Vab pm1/Va~1/p作b和鋪滿單分子層的氣體體積mmVaa，可計(jì)算吸附劑的總外表mmSas。SaLnmm

/(22.4dm3mol-1)(STP)aS/m m為吸附劑質(zhì)量sLangmuir吸附等溫式的缺點(diǎn)：假設(shè)吸附是單分子層的，與事實(shí)不符。假設(shè)外表是均勻的，其實(shí)大局部外表是不均勻的。在掩蓋度較大時(shí)，Langmuir吸附等溫式不適用。Freundlich吸附公式對(duì) 的適用范圍比Langmuir公式要寬。衡壓力p與吸附氣體標(biāo)典型例題準(zhǔn)狀態(tài)體積V如下： p/104Pa0.97 2.40 4.12 7.20 11.76V/cm3 7.5 16.5 25.1 38.1 52.3Vmb；CO5.33×104Pa時(shí)，1gCO標(biāo)準(zhǔn)狀況體積。解：朗格繆爾等溫式為p 1 pV bV Vm m將題給數(shù)據(jù)整理后列表如下:p/104pa 0.97 2.40 4.12 7.20 11.76(p/V)/Pacm3

1293 1455 1641 1890 2249(1)p/Vp〔圖略1/Vm

8.78103cm3截距為：1/bVm

1.24103Pacm3(r=0.997)，所以：Vm

114cm3,b7.08106Pa1(2)p5.33104時(shí)，p/V=1707Pacm-3不要求吸附熱力學(xué)分散熱，很??；化學(xué)吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于化學(xué)鍵能，比較大。固體在等溫、等壓下吸附氣體是一個(gè)自發(fā)過程，ΔG<0，氣體從三維運(yùn)ΔS<0，ΔH=ΔG+TΔSΔH<0。所以吸附是放熱過程。即：

一般講授△G＋dGa＝△G’＋dGg而：△G＝△G’＝0則：dGa＝dGg于是－SadTVadp=－SgdTVgdp得： p

SS a gTn

VVa g由于吸附過程為可逆的，則：SSa g

HaHgTp

adsHT

H代入得：T ads TVVn a g由于氣相體積遠(yuǎn)大于吸附相，再假定氣相為抱負(fù)氣體，則Va－Vg≈－nRT/p, 代入上式得：p