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题型:解答题-结构与性质 难度:0.15 引用次数:56 题号:13374094
2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家G.Ertl,以表彰他在“固体表面化学过程”研究中做出的贡献。化学工业中广泛使用的负载型催化剂(主要由载体和表面活性组分组成)的制备科学,就是典型的固体表面化学过程的应用。例如,NiO/γ-Al2O3催化剂由γ-Al2O3载体和NiO活性组分组成。研究表明,γ-Al2O3中的O2-具有NaCl晶体中Cl-的堆积方式,γ-Al2O3的主要暴露面为C层或D层(如图1所示),它们的暴露机会均等,分布在该面上的O2-和Al3+如图2所示。

(1)在C层和D层的单位网格(即图2中的方框)内分别有几个处于由体相暴露出来的四面体空隙中的Al3+和八面体空隙中的Al3+________________
(2)NiO/γ-Al2O3催化剂中分散在表面的NiO的Ni2+进入能形成表面四面体配位和八面体配位的位置,且与Ni2+相伴的O2-按γ-Al2O3堆积方式外延(假定只形成“单分子层”),请问在C层和D层的单位网格中各能容纳___________个Ni2+
(3)将NiO换为CuO,文献报道Cu2+只能存在于表面的八面体空隙中,如果用氢还原不同配位环境的铜(Cu2+→Cu°),请估计还原温度较低的表面Cu2+分布在C层还是D层中____?简述理由____
(4)已知O2-离子半径为0.140nm,试估算CuO/γ-Al2O3催化剂中CuO在γ-Al2O3表面的最大单层分散值(以每100m2的γ-Al2O3载体表面单层分散多少毫摩尔的CuO表示)_____
(5)CuO/γ-Al2O3催化剂可以用于CO的催化氧化:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)。若在p、473K下,有2molCO(g)被完全催化氧化生成CO2(g),请计算此过程中的反应焓变___________
已知298K下的热力学数据:(CO,g)=-110.5kJ·mol-1(CO2,g)=-393.5kJ·mol-1,在温度T=298~500K范围内热容Cp,m(CO,g)=29.556J·K-1·mol-1,Cp,m(O2,g)=29.526J·K-1·mol-1,Cp,m(CO2,g)=27.437J·K-1·mol-1
(6)CO的低温催化消除通常采用以γ-Al2O3为载体的负载型催化剂,人们对其反应机理已经有了较深入的研究。实验结果表明,CO在催化剂表面与O2反应的可能历程如下:
(1)CO+MCO(ads)
(2)O2+2M2O(ads)
(3)CO(ads)+O(ads)CO2(ads)+M
(4)CO2(ads)CO2+M
式中M为表面活性位,在该实验条件下M的数量为定值,下标ads表示吸附态。请用稳态近似法推导其速率方程,速率用表示____________

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