实验二指示剂法测定表面固体酸的分布.pdfVIP

指示剂法测定表面固体酸的分布 一、实验目的 1. 学会用指示剂判断催化剂酸强度范围。 2. 掌握用 Hammett 指示剂法测定催化剂表面酸性。 二、实验原理 在催化剂中有一大类反应，其催化剂的活性来自其表面上的酸中心， 它们的活性与催化剂的表面酸性质密切相关。 大多数金属氧化物以及由它们组成的复合氧化物都具有酸性或者碱 性，有时甚至同时具有这两种性质。按照酸和碱的定义，固体酸可以分成 两类：一类是能给出质子的物质， 叫 Br?nsted 酸，简称 B 酸；另一类是能 够接受电子对的物质，叫 Lewis 酸，简称 L 酸。在固体催化剂的表面上， 酸中心的分布是不均匀的， 这时由于其表面上能量分布的不均匀性造成的。 催化剂表面酸分布是指其表面酸浓度随酸强度变化的情况。以每克催化剂 样品上酸量来表示酸浓度 （即酸中心的数目），在不同酸强度下酸的总量称 为总酸量。固体表面酸性质就包括以上所述的酸类型、酸强度和酸量。 固体酸的类型可以通过吡啶吸附的红外光谱来测定。酸强度和酸浓度 可以通过 Hammett 指示剂法来测定， 但该方法所测定的是 B 酸和 L 酸的总 结果。 以 B 代表碱性的 Hammett 指示剂，当它吸附在催化剂的表面上时，与 表面上的 H+发生相互作用生成相应的共轭酸 BH+： B + H+ = BH+ （1） 碱型 酸型 则共轭酸的解离平衡常数为： K a (a B a H ) / aBH (cB f B aH ) /( cBH f BH ) （2 ） 式中： a 为催化剂表面吸附层上的活度； c 为表面吸附层上的浓度； f 为表 面吸附层上的活度系数。 指示剂与催化剂表面作用后显什么颜色取决于 cBH+ / c B ，由上式： cBH / cB ( f B aH )/( K a f BH ) （3） 所以 c 是由 K 、a 、f 和 f 所决定的。对于给定的指示剂，由于 BH+ / cB a H+ B BH+ K a 是一常数，故 cBH+ / cB 由 f B aH+ / f BH+ 来决定。为此，我们定义： H 0 lg( f B aH / f BH ) （4 ） 1 Hammett 定义 H0 为酸性强度函数， 用它来定量表示酸强度。 由上式可 见， H0 越小，则 f B aH+ / f BH+ 越大， cBH+ / c B 也越大，也就是催化剂表面酸 给出质子使 B 转化为 BH+的能力越大。 H0 的范围可以根据指示剂的颜色变 化来求取。 100 ％的硫酸的 H 0 为-11.9 。因此 H0 为-12 或更小的酸为超强 酸。 将解离平衡常数取负对数，则有 cBH pK a lg H 0 （5 ） cB 当 cBH+ = c B 时（指示剂及其共轭酸的浓度各占一半）