Отличительные черты катализаторов


Скачать 169.66 Kb.
НазваниеОтличительные черты катализаторов
Дата публикации25.06.2013
Размер169.66 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Химия > Документы



Оглавление:

Билет №16

Билет №17

Билет №18

Билет №19

Билет №20

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

  1. Понятие о катализе. Отличительные черты катализаторов, механизм их действия. Примеры промышленных катализаторов.

  2. Химические источники тока. Первичные гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы.

Ответ:

Катализом называется явление изменения скорости реакции под воздействием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не изменяется.В каталитических процессах скорость основной реакции может и увеличиваться, и уменьшаться. Вещества, ускоряющие реакцию, называются катализаторами, а замедляющие - ингибиторами.

Катализ принято подразделять на следующие типы:

1. гомогенный (реагенты и катализатор в (ж) и (г)).

2. гетерогенный (реагенты (ж) или (г), а катализатор (тв)).

3. ферментативный (К-сложные белковые образования - ферменты; он бывает гомогенный и гетерогенный, но из-за специфических особенностей действия ферментов его выделяют в самостоятельный тип катализа).

Отличительные черты катализаторов:

  1. Вводится в систему в очень небольших количествах по сравнению с массой реагентов.

  2. Имеет очень высокую эффективность. Например, одна частица мелкодисперсной платины (платиновая чернь) в одну секунду разлагает 105 молекул Н2О2.

  3. По окончании реакции катализатор остается в химически неизменном состоянии и не расходуется, т.е. его участие в реакции не отражается общим стехиометрическим уравнением. Однако физически катализатор изменяется. Например, кристаллический MnO2 в процессе каталитического разложения хлората калия KClO3 превращается в мелкодисперсный порошок. Эти изменения свидетельствуют о том, что в ходе реакции на определенных стадиях катализатор вступает во взаимодействие с реагентами, а по окончании ее вновь выделяется.

  4. Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию, т.е. не смещает равновесие и не влияет на его константу, а лишь уменьшает время достижения равновесного состояния.

  5. Действие катализатора сводится к понижению Еа при образовании промежуточных нестойких соединений, которые в дальнейшем распадаются на продукты реакции с выделением катализатора в химически неизменном виде. Следует отметить одну важную особенность катализаторов. Они не влияют на термодинамику реакций, т.е. не изменяют энтальпию и энергию Гиббса реакции. Если G>0, то в присутствии катализаторов она не станет самопроизвольной.

  6. Как правило катализаторы обладают специфичностью (селективностью), т.е. способностью изменять скорость и (или) направление только конкретной химической реакции или группы однородных реакций. Это позволяет из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида катализатора получать разные продукты.

^ К наиболее распространенным промышленным катализаторам относятся: Pt, Rh, Pd, Fe, Ni, CuO, RuO2, V2O5, NiO, Fe2O3, ZnO, SiO2, Cr2O3, Al2O3, Ag2O, алюмосиликаты.

механизм:

О3+NO=NO2+O2

NO2+O=NO+O2

О3+O=2O2

А2В+К = К…А2…В = АК+АВ

АК+В = В…А…К=К+АВ

А2В+В=2АВ


^

Химические источники тока


Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов (анод), а другой их принимает (катод). В гальванических элементах источником электрического тока является химическая реакция. Любая химическая реакция термодинамически разрешена, если ΔG < 0. Из соотношений ΔG = –nFE и ΔG° = –nFE°следует, что электрохимическая реакция, а в общем случае любая окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если E > 0 или для стандартных условий E° > 0.

ЭДС гальванического элемента равна разности электродных потенциалов составляющих его электродов. В соответствии с принятой формой записи гальванического элемента его ЭДС равна электродному потенциалу правого электрода (окислителя) минус электродный потенциал левого электрода (восстановителя). 






















Пользуясь этими соотношениями и таблицей стандартных электродных потенциалов, можно предсказать возможность осуществления многих окислительно-восстановительных реакций.

В случае элемента Даниэля–Якоби (–)Zn¦Zn2+||Cu2+¦Cu(+) 












Для нестандартных условий ЭДС элемента Даниеля–Якоби находится из разности электродных потенциалов, вычисленных по уравнению Нернста














^ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

  1. Понятие о внутренней энергии. Первый закон термодинамики. Энтальпия, ее физи­ческий смысл.

  2. Сплавы, интерметаллиды, композиционные материалы. Современные конструкционные материалы.

Ответ:

Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

^ Первый закон термодинамики: количество теплоты, полученное системой,
идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы над внешними телами.


Энтальпия


Энтальпия системы (от греч. enthalpo нагреваю), однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, связана с внутренней энергией U соотношением.

H = U + PV

В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса: 

 

ΔH = ΔU + PΔV

Энтальпия имеет размерность энергии (кДж). Ее величина пропорциональна количеству вещества; энтальпия единицы количества вещества (моль) измеряется в кДж∙моль–1.

В термодинамической системе выделяющуюся теплоту химического процесса условились считать отрицательной (экзотермический процесс, ΔH < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0.

Уравнения химических реакций с указанием энтальпии процесса называют термохимическими. Численные значения энтальпии ΔH указывают через запятую в кДж и относят ко всей реакции с учетом стехиометрических коэффициентов всех реагирующих веществ. Поскольку реагирующие вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях, то оно указывается нижним правым индексом в скобках: (т) – твердое, (к) – кристаллическое, (ж) – жидкое, (г) – газообразное, (р) – растворенное. Например, при взаимодействии газообразных H2 и Cl2 образуются два моля газообразного HCl. Термохимическое уравнение записывается так: 



Сплавы металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов),с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ и т. д.

Металлиды (металлические соединения), химические соединения металлов между собой (интерметаллиды), а также соединения переходных металлов с некоторыми более электроположительными элементами. Металлы могут входить в состав металлидов в стехиометрических соотношениях, образуя дальтониды, или в нестехиометрических, давая бертоллиды. Многие металлиды применяются как магнитные материалы, полупроводники, сверхпроводники. Композиционные материалы (композиты), материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности. Различают композиционные материалы волокнистые (упрочненные волокнами или нитевидными кристаллами), дисперсно-упрочненные (упрочнитель в виде дисперсных частиц) и слоистые (полученные прокаткой или прессованием разнородных материалов). По прочности, жесткости и др. свойствам превосходят обычные конструкционные материалы.

^ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18

  1. Ионная, металлическая и водородная химические связи. Виды межмолекулярного взаи­модействия: ориентационное, индукционное и дисперсионное.

  2. Количественные соотношения при электролизе: законы Фарадея, выход по току.

^ Ответ:

Ионная связь

электростатическое взаимодействие, которое осуществляется между ионами

ненаправленность

ненасыщаемость



Na+Cl


Металлическая связь

связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов.



^ Водородная связь

взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: А−Н ... В

Есв 15-40 кДж/моль



Межмолекулярное взаимодействие
(силы Ван-дер-Ваальса)


  1. Диполь-дипольное (ориентационное)



  1. Индукционное



  1. Дисперсионное



Закон Фарадея

В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит:

если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности  называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.




^

Второй закон Фарадея


Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент



где  — постоянная Фарадея.

Первый закон Фарадея записывается в следующем виде:



где  — молярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза,  — сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав),  — время, в течение которого проводился электролиз,  — постоянная Фарадея,  — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного). Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).

^ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19

  1. Химическая термодинамика: предмет, основные понятия (система, фаза, параметры со­стояния и функции состояния системы, классификация термодинамических процессов).

  2. Коррозия металлов и сплавов, ее причины. Классификация коррозионных процессов.

Ответ:

Химическая термодинамика

Изучает превращения энергии при химических реакциях:

  • энергетические эффекты химических процессов

  • возможность и направление
    самопроизвольного протекания реакций

Система


Мир / "среда"


группа 11

Термодинамическая система – объект исследования, выделенный из окружающей среды реально существующими или воображаемыми поверхностями (границами).

^ Свойства системы

Совокупность свойств определяет состояние системы

f (p, V, T) = 0 – функция состояния;
описывает свойства системы
(все свойства знать не обязательно)

^ Параметры (свойства) системы


  • Изменение свойств системы не зависит от пути изменения системы, а определяется начальным

и конечным состоянием системы

  • Величины, изменения которых зависят от пути изменения системы, не являются свойствами

системы


I (V1, p1, T1) → II (V2, p2, T2)


Процессы

Процесс – переход системы из одного состояния в другое

изотермический (T = const)

изобарический (p = const)

изохорный (V = const)

изобарно-изотермический (p, T = const)

изохорно-изотермический (V, T = const)

адиабатический (отсутствует теплообмен)

Коррозия

– самопроизвольное разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

^ Классификация коррозионных процессов по характеру разрушения

(Макроскопические проявления)

  • Сплошная

  • Местная (локальная)

Классификация коррозионных процессов по характеру разрушения

(Микроскопические проявления)

  • Избирательная

  • Межкристаллитная

  • Транскристаллитная

Классификация коррозионных процессов по условиям протекания процесса

  • Газовая коррозия - в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило не более 0,1%) или при высоких температурах.

  • Атмосферная коррозия — коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

  • Подземная коррозия — в почвах и грунтах.

  • Морская коррозия – в морской воде.

  • Биокоррозия — под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

  • Контактная коррозия — контакт металлов, имеющих разные потенциалы в данном электролите.

  • Радиационная коррозия - действие радиоактивного излучения.

  • Коррозия внешним током - возникает под воздействием тока от внешнего источника.

  • Коррозия блуждающим током — под воздействием блуждающего тока.

  • Коррозия под напряжением — одновременное воздействие коррозионной среды и механических напряжений.

^ Коррозия
(по механизму)


Химическая

в среде неэлектролитов

непосредственное взаимодействие с окислителями

газовая (O2, SO2, Hal2)

жидкостная (нефть, бензин)

электрохимическая

в среде электролитов

сопровождается возникновением эл. тока

во влажном воздухе, в воде, почве


Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 2Н2О + ЗО2 = 2(Fe2O3•Н2О). Гидратированный оксид железа Fe2O3•Н2О и является тем, что называют ржавчиной.

^ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20

  1. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Фазовая диаграмма однокомпонентной системы (на примере воды).

  2. Устойчивость коллоидных систем (агрегативная и кинетическая). Коагуляция. Факторы, вызывающие коагуляцию.

Ответ:

Большинство веществ могут существовать в одном из трех агрегатных состояний: газообразном (парообразном), жидком и твердом. В определенных условиях эти фазы способны переходить друг в друга, то есть всякую жидкость путем испарения можно перевести в газ, а охлаждением – в твердое состояние. Равновесия между различными фазами одной системы называют фазовыми, а описывают эти фазовые равновесия посредством фазовых диаграмм или диаграмм состояния. Фазовая диаграмма позволяет установить условия равновесия между числом фаз, числом компонентов и числом степеней свободы (вариантностью) системы.

Фаза (Ф) – гомогенная (однородная по химическому составу и термодинамическим свойствам) часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела. Так, два нерастворимых друг в друге твердых вещества, как и две несмешивающиеся жидкости, образуют две фазы.

Компоненты (К) – химически индивидуальные вещества, наименьшее число которых достаточно для образования фаз системы.

Число компонентов определяется количеством индивидуальных веществ в системе за вычетом числа возможных между ними обратимых взаимодействий. Например, система из трех индивидуальных веществ H2O, H2, O2 будет двухкомпонентной, поскольку для образования всех фаз достаточно любых двух веществ:

H2 = H2 + 1/2O2.

По числу компонентов системы делятся на одно-, двух-, трех- и многокомпонентные.

^ Степени свободы (С) – число параметров (температура, давление, состав системы), которые можно произвольно менять без изменения числа фаз в системе.

Правило фаз Гиббса: в изолированной равновесной системе число степеней свободы равно числу компонентов системы плюс два минус число фаз:

С = К + 2 – Ф

^ Устойчивость коллоидных систем.

Как мы уже отмечали, коллоидные системы с ТД точки зрения потенциально неустойчивы, т.к. имеется избыток поверхностной энергии. Чтобы система была более устойчивой, она должна избавиться от этой энергии. Устойчивость – это способность сохранять структуру. Агрегативная устойчивость объясняется, с одной стороны, наличием у коллоидных частиц одноименных зарядов, что мешает им соединяться в более крупные агрегаты. С другой – агрегативную устойчивость коллоидных систем можно объяснить тем, что вокруг коллоидных частиц могут образовываться тесно связанные с ними сольватные оболочки из молекул растворителя.

Кинетическая устойчивость зависит от способности дисперсированных частиц, не меняя степени своей дисперсности, противостоять действию силы тяжести или центробежной силы стремящихся вызвать выделение мицелл из золя.

^ Таким образом, агрегативная устойчивость – устойчивость к слипанию, а кинетическая устойчивость – устойчивость к оседанию.

В коллоидных системах действуют противоположные факторы: коллоидные частицы под действием силы тяжести стремятся осесть на дно сосуда (или всплыть), тогда как броуновское движение стремиться распределить частицы равномерно по всему объёму. В результате совместного действия этих двух факторов в системе устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие.

(Свободное движение частиц под действием гравитационного поля называется седиментацией).

В системе с установившемся седиментационно-диффузионное равновесием частицы в броуновском движении должны непременно сталкиваться друг с другом. Очевидно, что система окажется устойчивой только в том случае, если эти столкновения будут упругими, иначе частицы начнут слипаться, укрупняться, равновесие нарушится, и дисперсная фаза выделится из раствора.

Процесс слипания частиц, сопровождающийся потерей седиментационной устойчивости, разрушением дисперсной системы и полным разделением фаз, называется коагуляцией. Т.е. коагуляция – слипание мицелл коллоида. Внешне коагуляция часто сопровождается появлением мути, изменением окраски коллоидных растворов и, наконец, образованием осадка.

Коагуляция может наступить при действии на коллоидную систему таких различных факторов по своей природе как:

  1. Длительный диализ (очистка коллоидных растворов от присутствующих в них молекулярно-ионных примесей растворенных в-в. Диализ основан на разнице в скоростях диффузии истинно- и коллоидно-дисперсных в-в через полупроницаемую перегородку.)

  2. Добавление растворов электролитов

  3. Добавление неэлектролитов

  4. Механическое воздействие (размешивание или встряхивание)

  5. Сильное охлаждение или нагревание

  6. Пропускание электрического тока

  7. Действие лучистой энергии.

Иногда коагуляция может наступить в результате «старения» золя.

Коагуляция лиофобных золей вызывается растворами всех электролитов. (Электролит имеет противоионы по отношению к гранулам). Явная коагуляция наступает, когда концентрация электролита начинает превышать минимальную величину, называемую порогом коагуляции – минимальная концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию.

Во всех случаях причиной коагуляции бывает уменьшение связи мицелл с окружающей их дисперсионной средой.

При добавлении электролита – заряд коллоидной частицы нейтрализуется ионами противоположного (чем гранулы) знака, содержащимися в электролите. Кроме того, при этом происходит гидратация ионов электролита за счет молекул из дисперсионной среды. Равновесие нарушается и смещается в сторону пополнения воды в среде: , что приводит к ослаблению защитной гидратной оболочки частицы. Результатом является нарушение устойчивости золя, сопровождающиеся его коагуляцией.

Несмотря на ТД неустойчивость, коллоидные системы все же могут существовать довольно долго. Например, в Англии хранятся коллоидные растворы золота, приготовленные еще в начале девятнадцатого века М. Фарадеем. Почти за 200 лет они не изменили своих свойств, что свидетельствует о достаточно большой устойчивости этих систем.

^ Есть ли коллоидные растворы Каблукова?!

Это связывается с тремя основными факторами:

  1. наличие заряда на частицах (электростатический фактор - довольно слабый фактор стабилизации, действует в системах с небольшой концентрацией дисперсной фазы)

  2. Наличие адсорбционных слоев

  3. расклинивающее давление (упругость сольватных оболочек вокруг каждой частицы в соответствующих условиях)

Коагуляция — явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок — наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.

Похожие:

Отличительные черты катализаторов iconНа смену средневековой, традиционалистской, пронизанной религиозным...
Ее отличительные черты светскость, рационалистическое (от слова "рацио" разум) мировоззрение, больший демократизм и открытость в...
Отличительные черты катализаторов iconИстория отечественного государства и права
Предпосылки феодальной раздробленности. Отличительные черты феодальных княжеств и феодальных республик
Отличительные черты катализаторов iconЗакономерности и принципы менеджмента
...
Отличительные черты катализаторов iconПонятие финансов из сущность и отличительные черты
Возникновение финансов и развитие науки о финансах. Взаимосвязь финансов с другими экономиками
Отличительные черты катализаторов iconКаковы причины нарастания интереса к антропологической проблематике в современных условиях?
Каковы отличительные черты понимания человека в культуре античности, средневековья, Нового времени
Отличительные черты катализаторов iconВопросы для подготовки к экзамену по уголовно-процессуальному праву на 2012/2013 учебный год
Типы (формы) уголовного процесса: история и современность. Отличительные черты обвинительного, инквизиционного, состязательного и...
Отличительные черты катализаторов iconДаниил Хармс. Опыт патографического анализа
В связи с этим представляется возможным обсудить некие отличительные черты творчества Даниила Хармса ( 1905 -1942 ) в свете его биографии...
Отличительные черты катализаторов icon030900 «Юриспруденция» Учебный практикум Самара 2012 г. Введение
Информационное общество — теоретическая концепция постиндустриального общества; историческая фаза возможного развития цивилизации,...
Отличительные черты катализаторов iconПсихология больших социальных групп
Количественно точно не определить. Нельзя предложить общую схему изучения признаков, структуры, типов коммуникации, т к группы очень...
Отличительные черты катализаторов iconОсновные варианты английского языка
Он является государственным языком во многих странах мира. При этом английский язык каждого государства имеет свои особенности, свои...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница