工業(yè)催化期末復(fù)習(xí)題

1、第二章催化作用與催化劑1、合成氨鐵催化劑參加少量K20催化劑的性能得到提升,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得參加K20前后催化反響的活化能有明顯變化,請(qǐng)問K20在催化劑組成作為何種助齊V起何作用2、催化劑是如何改變化學(xué)反響速度的,光化學(xué)反響中光是否為催化劑3、電化學(xué)中電極使反響得到加速,電極是否為催化劑4、現(xiàn)開發(fā)二種CO加氫合成甲醇催化劑,小試數(shù)據(jù)如下：A催化劑；最正確反響溫度150度,壓力2MPz,轉(zhuǎn)化率20%,選擇性90乳B催化劑：最正確反響溫度140度,壓力3Mp,轉(zhuǎn)化率50/,選擇性60勾請(qǐng)你從結(jié)果中選出一種較優(yōu)的催化劑進(jìn)行中試.5、擴(kuò)散是影響工業(yè)催化過程的一個(gè)重要因素口請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)消除內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn).6

2、、畫出催化循環(huán)電子型助催化劑的作用：改變主催化劑的電子結(jié)構(gòu),促進(jìn)催化活性及選擇性.金屬的催化活性與其外表電子授受水平有關(guān).具有空余成鍵軌道的金屬,對(duì)電子有強(qiáng)的吸引力,吸附水平的強(qiáng)弱是與催化活性緊密相聯(lián)的在合成氨用的鐵催化劑中,由于Fe是過渡元素,有空的d軌道可以接受電子,故在Fe-Al2O3中參加K2O后,后者起電子授體作用,把電子傳給Fe,使Fe原子的電子密度增加,提升其活性,K2O是電子型的助催化劑第三章吸附與多相催化1簡(jiǎn)述多相催化反響的步驟包括五個(gè)連續(xù)的步驟.1反響物分子從氣流中向催化劑外表和孔內(nèi)擴(kuò)散；2反響物分子在催化劑外表上吸附；3被吸附的反響物分子在催化劑外表上相互作用或與氣相分子

3、作用進(jìn)行化學(xué)反響；4反響產(chǎn)物自催化劑外表脫附；5反響產(chǎn)物離開催化劑外表向催化劑周圍的介質(zhì)擴(kuò)散.上述步驟中的第1和5為反響物、產(chǎn)物的擴(kuò)散過程.屬于傳質(zhì)過程.第2、3、4步均屬于在外表進(jìn)行的化學(xué)過程,與催化劑的外表結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反響條件有關(guān),也叫做化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程2外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散的區(qū)別外擴(kuò)散：反響物分子從流體體相通過吸附在氣、固邊界層的靜止氣膜或液膜到達(dá)顆粒外外表,或者產(chǎn)物分子從顆粒外外表通過靜止層進(jìn)入流體體相的過程,稱為外擴(kuò)散過程.內(nèi)擴(kuò)散：反響物分子從顆粒外外表擴(kuò)散進(jìn)入到顆?？紫秲?nèi)部,或者產(chǎn)物分子從孔隙內(nèi)部擴(kuò)散到顆粒外外表的過程,稱為內(nèi)擴(kuò)散過程.為充分發(fā)揮催化劑作用,應(yīng)盡量消除擴(kuò)散過程的影響外擴(kuò)散阻

4、力：氣固或液固邊界的靜止層.消除方法：提升空速內(nèi)擴(kuò)散阻力：催化劑顆?？紫秲?nèi)徑和長(zhǎng)度.消除方法：減小催化劑顆粒大小,增大催化劑孔隙直徑3解離吸附的Langmuir等溫式的推導(dǎo)過程解離吸附：H2,H+H,Y=ka(1-JPVd=K2吸附時(shí)兩個(gè)解離離子各占有一個(gè)活性中央,所以脫附時(shí),兩個(gè)活性中央粒子脫出,所以速度吸附平衡得出22y=ka1-口P1/2PLangmuir分子解離吸附方程當(dāng)壓力較低時(shí),1+Kp二=.Kp1/2得4物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別.具體地是由永久偶極、誘導(dǎo)偶極、物理吸附是外表質(zhì)點(diǎn)和吸附分子之間的分子力而引起的色散力等三種范德華引力.物理吸附就好似蒸汽的液化,只是液化發(fā)生在固體外表上

5、罷了.分子在發(fā)生物理吸附后分子沒有發(fā)生顯著變化.化學(xué)吸附是在催化劑外表質(zhì)點(diǎn)吸附分子間的化學(xué)作用力而引起的,如同化學(xué)反響一樣,而兩者之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移并形成離子型,共價(jià)型,自由基型,絡(luò)合型等新的化學(xué)鍵.吸附分子往往會(huì)解離成原子、基團(tuán)或離子.這種吸附粒子具有比原來的分子較強(qiáng)的化學(xué)吸附水平.因物理吸附吸附力吸附層選擇性熱效應(yīng)吸附速度范德華力單層或多層無較小,近于液化熱較快,不需活化能此化學(xué)吸附是多相催化反響過程不可缺少的根本因素.物理吸附與化學(xué)吸附區(qū)別化學(xué)吸附化學(xué)鍵力單層有較大,近于化學(xué)反響熱較慢,溫度升高速度加快,需活化能第四章11通用酸堿定義.但凡能給出質(zhì)子或者接受電子對(duì)的物質(zhì)稱為酸B酸或L酸.但

6、凡能接受質(zhì)子或者給出電子對(duì)的物質(zhì)稱為堿B堿或L堿2固體酸類型鑒定方法以及B酸和L酸在IR上特征波數(shù)范圍（1） NH3為探針分子鑒別NH3吸附在L酸中央時(shí),是氮的孤對(duì)電子配位到L酸中央上形成的,其紅外光譜類似于金屬離子同NH3的配位絡(luò)合物,吸附峰在3300cm-1及1640cm-1處,；NH3吸附在B酸中央上,接受質(zhì)子形成NH4+,吸收峰在3120cm-1,及1450cm-1處.NH3吸附在L酸中央上強(qiáng)度是B酸中央上強(qiáng)度的4倍.（2） 口比咤做探針的紅外光譜法口比咤吸附在L酸中央上形成配位絡(luò)合物,特征吸收峰在14471610cm-11450/1490/1610cm1處.口比咤吸附在B酸中央上形成

7、口比咤離子,其紅外特征吸收峰之一在1540-1550cm-1附近15404 TPD測(cè)定酸強(qiáng)度的原理程序升溫脫附法TPD:將預(yù)先吸附了某種堿吸附質(zhì)的固體酸吸附劑或催化劑,在等速升溫且通入穩(wěn)定流速的載氣條件下,外表吸附的堿到了一定的溫度范圍便脫附出來,記錄堿脫附的速率隨溫度的變化,即得TPD曲線.5 Hammett函數(shù)的定義及其物理意義酸強(qiáng)度是指給出質(zhì)子的水平B酸強(qiáng)度或者接受電子對(duì)的水平L酸強(qiáng)度.酸強(qiáng)度表示酸與堿作用的強(qiáng)弱,是一個(gè)相對(duì)量.用堿性氣體從固體酸脫附的活化能、脫附溫度、堿性指示劑與固體酸作用的顏色等都可以表示酸的強(qiáng)度.通常用酸強(qiáng)度函數(shù)H0表示固體酸強(qiáng)度,H0也稱為Hammett函數(shù).6以

8、甲基紅pKa=+6.8做為Hammett指示劑,測(cè)定固體酸量,滴定出的是哪類酸1H06.88固體酸類型對(duì)催化劑的那個(gè)性能影響最大1活性2選擇性9酸強(qiáng)度對(duì)催化劑的那個(gè)性能影響最大1活性2選擇性10酸量對(duì)催化劑的那個(gè)性能影響最大1活性2選擇性11舉例說明什么是超強(qiáng)酸一般用什么方法測(cè)定超強(qiáng)酸的酸強(qiáng)度超強(qiáng)酸：酸強(qiáng)度大于100%硫酸的固體酸叫超強(qiáng)酸.即H0-11.9的固體酸超強(qiáng)酸包括鹵素和非鹵素類超強(qiáng)的酸強(qiáng)度測(cè)定：Hammett指示劑法和正丁烷骨架異構(gòu)化成異丁烷法12舉例說明產(chǎn)生超強(qiáng)酸的機(jī)理以SO42混進(jìn)的SO42-/MxOy型固體超強(qiáng)酸的酸中央主要是由于SO42在外表上的配位吸附,在M-O上的電子云強(qiáng)

9、度偏移,產(chǎn)生L酸中央.而在枯燥和焙燒過程中,由于所含的結(jié)構(gòu)水發(fā)生解離吸附而產(chǎn)生了B酸中央.13雜多酸第一層次粒子、第二層次粒子、第三層次粒子之間的關(guān)系Keggin結(jié)構(gòu)的三個(gè)層次1第一層次：雜多陰離子2第二層次：雜多陰離子的三維排布、平衡陽離子和結(jié)晶水等3第三層次：離子大小和孔結(jié)構(gòu)等.雜多化合物的第一層次結(jié)構(gòu)對(duì)反響物分子具有特殊的配位水平,是影響雜多化合物催化活性和選擇性的重要因素.第二層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差,易受外界影響發(fā)生變化.第四章214A分子篩組成xNa2O?A12O3?2SiO2?4.5H2O中x的值為Mx/nAlO2xSiO2y-ZH2O式中,M為金屬離子,n為金屬離子的價(jià)數(shù),x為A1O

10、2的分子數(shù),y為SiO2的分子數(shù).Z為水的分子數(shù).假設(shè)M的化合價(jià)n=1,那么M的原子數(shù)等于鋁原子數(shù),如果n=2,那么M的原于數(shù)只是鋁原子數(shù)的一半.2什么是分子篩的晶穴、晶孔、孔道什么是分子篩的主晶穴、主晶孔、主孔道晶穴：沸石分子篩的各種籠叫做晶穴.主晶穴：沸石中有效體積最大的叫主晶穴晶孔：晶穴與外部或者晶穴之間互相聯(lián)通的部位主晶孔：開孔直徑最大的晶孔叫主晶孔.孔道：由晶穴和晶孔構(gòu)成的通道.主孔道：主晶穴和主晶孔構(gòu)成的通道.3a籠、3籠是哪類分子篩的主晶穴3籠方鈉石籠一削角八面體：方鈉石的主晶穴a籠：A沸石的主晶穴第四章51 .研究金屬催化劑的理論方法有哪幾種研究金屬化學(xué)鍵的理論方法有三種：能帶

11、理論、價(jià)鍵理論和配位場(chǎng)理論2 .簡(jiǎn)述金屬催化劑能帶模型的要點(diǎn).金屬中單個(gè)原子的能級(jí)是分立的,N個(gè)相距無限遠(yuǎn)的原子能級(jí)也是分立的,當(dāng)固體中N個(gè)原子緊密排列時(shí),由于原子間的相互作用,原來同一大小的能級(jí)這時(shí)彼此數(shù)值上就有小的差異.同一能級(jí)就分裂成為一系列和原來能級(jí)很接近的仍包含N個(gè)能量的新能級(jí).由于N的數(shù)值很大1023數(shù)量級(jí)這些新能級(jí)根本上連成一片形成能帶.d軌道形成的導(dǎo)帶具有催化作用.3 .簡(jiǎn)述金屬催化劑價(jià)鍵模型的要點(diǎn).N個(gè)金屬原子相互作用,使d軌道雜化,在雜化軌道中填充電子,當(dāng)d軌道中電子的填充率4050%時(shí),催化活性最高.4 .簡(jiǎn)述金屬催化劑的配位場(chǎng)模型的要點(diǎn).催化劑是由中央離子金屬離子M和配

12、體L組成,在八面體配位場(chǎng)中,由于配體L的影響,金屬M(fèi)的5個(gè)簡(jiǎn)并d軌道發(fā)生分裂,形成能量較高二重簡(jiǎn)并軌道eg軌道、能量較高三重簡(jiǎn)并軌道12g軌道.這些軌道的電子云均有方向性,所以反響物分子與M的作用就具有選擇性,反響物分子優(yōu)先在作用能量較低的方向上形成過度態(tài)化合物5 .簡(jiǎn)述金屬氧化物催化劑具有催化作用的本質(zhì).本質(zhì)是氧化物與反響物之間可以1互相傳遞電子或空穴,2互相傳遞氧原子.傳遞電子的金屬氧化物催化劑可以用半導(dǎo)體模型來描述,例如用于N2O分解為O2和N2的p型半導(dǎo)體NiO催化劑；傳遞O的金屬氧化物催化劑可以用晶格氧置換、外表過剩氧、外表缺陷氧模型來描述.第六到八章1 .名詞解釋綠色化學(xué)利用一系列

13、原理來降低和消除在化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生氫經(jīng)濟(jì)利用氫氣經(jīng)過化學(xué)反響后所產(chǎn)生的能量,它不但不會(huì)產(chǎn)生廢氣污染環(huán)境而且也可以儲(chǔ)存能量,是目前正在研究大量生產(chǎn)的方法.E因子二千克廢棄物/千克產(chǎn)物2 .WAO,CWAO的概念及其各自特征WAO:濕空氣氧化,在一定的溫度壓力下,廢水中的有機(jī)物或無機(jī)物與空氣中的氧發(fā)生的液相反響WAO:濕空氣氧化,是處理廢水,尤其是含有毒物和高有機(jī)物廢水的重要技術(shù).WAO的特征：a.涉及有機(jī)或無機(jī)可氧化組分在高溫加壓條件下的液相氧化,采用氣相氧源常用空氣；b.作為清潔氧化劑適用于COD10100g/L體系；c.自成封閉系統(tǒng)；無任何的污染轉(zhuǎn)移；應(yīng)用于高

14、有機(jī)含氮和氨體系可回收機(jī)械能；需要的燃料少.CWAO:催化濕式氧化法在高溫、高壓和催化劑存在的條件下,將污水中的有機(jī)污染物和NH3N氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質(zhì).CWAO:工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù).就是在催化劑參與下的WAO.Cu,Mn,Fe是廣泛應(yīng)用的CWAO催化劑.3 .生物質(zhì)能源的特征再生性,清潔性,而且是取之不盡的.4 .生物催化反響的特征a.酶的催化效率極高；b.酶催化劑的用量少c.生物酶催化具有高度的專一性,包括絕對(duì)專一性和相對(duì)專一性最根本的特征；d.酶催化的條件溫和第十一章1.什么是空速、堆密度和比孔體積孔容停留時(shí)間的倒數(shù)稱為空速；氣體空速按反響物氣體流量速率計(jì)算；液體

15、空速按液體流量速率計(jì)算；重量空速按反響物質(zhì)量流速除以催化劑重量所得比值計(jì)算；堆密度：用量筒測(cè)量催化劑體積V堆=丫隙+V孔+V真.mm=-堆=V堆丫隙+Vk+V真比孔體積孔容：每克催化劑顆粒內(nèi)所有孔的體積總和;2 .如何消除外擴(kuò)散限制應(yīng)用流動(dòng)法測(cè)定催化劑的活性時(shí),為了防止外擴(kuò)散的影響,應(yīng)當(dāng)使氣流處于湍流條件,由于層流會(huì)影響外擴(kuò)散速率.3 .什么情況下可以認(rèn)為已經(jīng)消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響當(dāng)催化劑活性與催化劑粒徑大小無關(guān)時(shí),可以認(rèn)為已經(jīng)消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響.4 .對(duì)催化劑抗毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法有哪幾種通常采用三種方法對(duì)催化劑抗毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)：在原料中參加毒物使催化劑中毒后改用純潔原料,檢測(cè)催化劑能否恢復(fù)活性和選

16、擇性；維持一定活性和選擇性,逐漸提升毒物量；中毒催化劑再生后,檢測(cè)活性和選擇性的恢復(fù)程度5 .影響催化劑壽命的因素有哪幾種影響催化劑壽命的因素1催化劑熱穩(wěn)定性的影響催化劑在一定溫度下,特別是高溫下發(fā)生熔融和燒結(jié),固相間的化學(xué)反響、相變、相別離等導(dǎo)致催化劑活性下降甚至失活.2催化劑化學(xué)穩(wěn)定性的影響在實(shí)際反響條件下,催化劑活性組分可能發(fā)生流失、或活性組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而導(dǎo)致活性下降和失活.3催化劑中毒或被污染催化劑發(fā)生結(jié)焦積炭污染或中毒.4催化劑力學(xué)性能的影響催化劑發(fā)生破碎、磨損,造成催化劑床層壓力降增大、傳質(zhì)差等,影響了最終效果.6 .簡(jiǎn)述工業(yè)催化劑的制備方法a.沉淀法一借助沉淀反響,用沉淀劑如堿類物質(zhì)將可溶性的催化劑組分轉(zhuǎn)化為難溶化合物,再經(jīng)別離,洗滌,枯燥,焙燒,成型等工序制得成品催化劑.用于制備高含量的非貴金屬,金屬氧化物,金屬鹽催化劑或催化劑載體b.浸漬法一將再提浸泡在含有活性組分主.助催化劑組分的可溶性化合物溶液中,接觸一定的時(shí)間后除去過剩的溶液,再經(jīng)枯燥,焙燒和活化,即可制得催化劑c