Одно из интересных и многообещающих применений наночастиц связано с фотокаталитическими реакциями. Это и очистка сточных вод, и самоочищающиеся покрытия и даже … водородная энергетика.
Объясните (коротко), что такое фотокатализ и чем он отличается от обычного катализа. На примере одного из веществ опишите механизм действия фото-катализаторов (2 балла). Где они применяются (2 балла)?
В одной из научных лабораторий исследовали кинетику фотоокисления тиофена, растворенного в смеси н-октан/вода = 1:1, кислородом воздуха в присутствии катализатора – порошка TiO2. Порошок был приготовлен золь-гель методом и имел удельную поверхность 110 м2/г.
Как вы думаете, почему исследователей заинтересовал такой раствор? Какую роль в нем играет вода? Напишите уравнение полного окисления тиофена кислородом в растворе. (3 балла)
Считая, что порошок катализатора состоит из сферических частиц одного и того же размера, рассчитайте их радиус. Сколько атомов титана и кислорода входят в состав одной наночастицы? Плотность TiO2примите равной 3.6 г/см3. (4 балла)
Результаты кинетических экспериментов приведены в таблице:
|
Масса TiO2
|
Зависимость концентрации тиофена с(мг/л) от времени t(ч) |
|
0 |
ln c(t) = –0.159t + const |
|
0.05 |
ln c(t) = –0.334t + const |
|
0.1 |
ln c(t) = –0.641t + const |
|
0.15 |
ln c(t) = –0.447t + const |
Каково оптимальное количество катализатора? Предположите, почему увеличение массы катализатора тормозит реакцию. (2 балла)
При оптимальном количестве катализатора:
а) определите порядок реакции окисления тиофена;
б) рассчитайте константу скорости и период полураспада тиофена;
в) используя уравнение Аррениуса, оцените, насколько катализатор снижает энергию активации. (4 балла)
