工業(yè)催化原理——作業(yè)匯總(含答案)

1、第一章 催化劑與催化作用基本知識1、簡述催化劑的三個基本特征。答：①催化劑存在與否不影響△ Gθ 的數(shù)值，只能加速一個熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)而不能改變化學(xué)平衡；②催化劑加速化學(xué)反應(yīng)是通過改變化學(xué)反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)活化能得以實(shí)現(xiàn)的；③催化劑對加速反應(yīng)具有選擇性。2、1-丁烯氧化脫氫制丁二烯所用催化劑為 MoO 3/BiO 3 混合氧化物，反應(yīng)由下列各步組成（1）CH3-CH2-CH=CH 2+2Mo 6++O 2-→ CH

2、2=CH-CH=CH 2+2Mo 5++H20 （2）2Bi 3++2Mo 5+→2Bi 2++2Mo 6+（3）2Bi 2++1/20 2→2Bi 3++0 2-總反應(yīng)為 CH3-CH2-CH=CH 2+1/20 2→CH2=CH-CH=CH 2+H 20 試畫出催化循環(huán)圖。CH 3-CH 2-CH=CH 2 H 20 CH 2=CH-CH=CH 2Mo6+ Mo5+Bi3+

3、 Bi2+0 2 H 20 3、合成氨催化劑中含有 Fe3O4、Al 2O3 和 K20，解釋催化劑各組成部分的作用。答： Fe 3O 4：主催化劑，催化劑的主要組成，起催化作用的根本性物質(zhì)Al 2O 3：構(gòu)型助催化劑，減緩微晶增長速度，使催化劑壽命長達(dá)數(shù)年K20：調(diào)變型助催化劑，使鐵催化劑逸出功降低，使其活性提高第二章 催化劑的表面吸附和孔內(nèi)擴(kuò)散1、 若混合氣體 A 和

4、 B2 在表面上發(fā)生競爭吸附， 其中 A 為單活性吸附， B2 為解離吸附： A+B 2+3* → A*+2B*,A和 B2 的氣相分壓分別為 pA 和 pB。吸附平衡常數(shù)為 kA 和 kB。求吸附達(dá)到平衡后 A 的覆蓋率 θA 和 B 的覆蓋率 θ B。解：對于氣體 A： 吸附速率 vaA=k aAPA(1—θ A—θB) ；脫附速率 vdA=k dAθ A平衡時： vaA=v dA ，即θ A =（kaA/kdA）PA（1—θA —

5、θB）=k A ·kB（1—θA— θ B）對于氣體 B：吸附速率 vaB=k aBPB(1—θ A—θ B) 2 ；脫附速率 vdB=kdBθ B 2平衡時： vaB=v dB ，即 θ B 2= k BPB(1—θ A —θ B) 2故：B B A AA AA k k P k 1P k θB B A AB BB k k P k 1P k θ2、N2 在 Al2O3 上的吸附，以 P/Vo(Po-P)對 P/Po 作圖得截距

6、為 0.2723，斜率為 50.06。（ 1）求 Vm（單位 L）和 C 以及單分子層鋪滿時吸附質(zhì)物質(zhì)的量（題中數(shù)據(jù)已換算成標(biāo)況） 。（ 2）求 Al2O3 的表面積。（已知： N2 分子截面積 16.2×10 -20m 2）解： P/Va(P 0-P)=(1/CV m)[1+(C-1)P/P O]=[(C-1)/CV m](P/P O)+1/CV m由題目可知： （C-1）/CVm=50.06 1/CVm=0.2723

7、∴C=184.84 Vm=0.01987L( 標(biāo)況 ) n=0.01987/22.4=8.875 ×10 -4 S=nN ASO=8.875×10 -4×6.023×10 23×16.2×10 -20=86.60m 23、多相催化反應(yīng)一般包括那幾個步驟？其中哪幾個步驟屬于化學(xué)過程？答：多相催化反應(yīng)包括：外擴(kuò)散 : 反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑顆粒表面擴(kuò)散 ; （孔）內(nèi)擴(kuò)散 :

8、反應(yīng)物分子從顆粒表面向顆粒內(nèi)表面擴(kuò)散 ; 化學(xué)吸附 : 反應(yīng)物分子在催化劑內(nèi)表面吸附 ; 表面反應(yīng) : 吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上反應(yīng) ; 脫附 : 產(chǎn)物分子自催化劑內(nèi)表面脫附 ; （孔）內(nèi)擴(kuò)散 : 產(chǎn)物分子從顆粒內(nèi)表面向顆粒外表面擴(kuò)散 ;外擴(kuò)散 : 產(chǎn)物分子從催化劑顆粒外表面向氣流中擴(kuò)散 ; 其中化學(xué)吸附、表面反應(yīng)、脫附屬于化學(xué)過程。4、在多相催化反應(yīng)中，為什么至少有一種反應(yīng)物必須經(jīng)過化學(xué)吸附？答：因?yàn)榛瘜W(xué)吸附可使反應(yīng)物分子均裂生

9、成自由基，也可以異裂生成離子或使反應(yīng)物分子強(qiáng)極化為極性分子，生成的這些表面活性中間物種具有很高的反應(yīng)活性，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。第三章 酸堿催化劑及其催化應(yīng)用1、酸、堿的質(zhì)子論的定義：凡是能提供質(zhì)子（ H+）的物質(zhì)稱為酸（ B酸） ；凡是能夠接受質(zhì)子的物質(zhì)稱為堿（ B堿）2、酸、堿的電子論的定義：凡是能接受電子對的物質(zhì)稱為酸（ L酸） ；凡是能提供電子對的物質(zhì)稱為堿（ L堿） 。3、軟硬酸、堿原則：（SHAB 原則）軟酸與軟堿易形成穩(wěn)定

10、的絡(luò)合物，硬酸與硬堿易形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。而交界酸堿不論結(jié)合對象是軟或硬酸堿，都能相互配位，但形成絡(luò)合物的穩(wěn)定性差。4、酸、堿性質(zhì)的完整描述包括哪三個方面？答：酸中心的類型、酸中心的濃度、酸中心的強(qiáng)度5、均相酸、堿催化反應(yīng)的特征？答：均相酸堿催化一般以離子型機(jī)理進(jìn)行， 即酸堿催化劑與反應(yīng)物作用形成正碳離子或負(fù)堿離子中間物種，這些中間物種與另一反應(yīng)物作用（或本身分解） ，生成產(chǎn)物并釋放出催化劑，構(gòu)成酸堿催化循環(huán)。在這些催化過程中均以質(zhì)子轉(zhuǎn)移

11、步驟為特征，所以，一些有質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，如水合、脫水、酯化、水解、烷基化和脫烷基等反應(yīng)，均可使用酸堿催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)。6、Bronsted 規(guī)則公式是什么，怎么應(yīng)用該規(guī)則對液體酸催化反應(yīng)建立催化劑篩選模型？答： Bronsted 規(guī)則公式： a a a K G k取對數(shù)，得： logk a=logG a+αlogK a 或 logk a=logGa- αpK a用logk a對pK a作圖，可得到一直線，斜率為 - αα值在 0～1

12、之間。α值很小，表明反應(yīng)對催化劑的酸強(qiáng)度不敏感，此時任何一種酸都是優(yōu)良的質(zhì)子給予者，反應(yīng)與催化劑酸強(qiáng)度無關(guān)；相反，α值接近 1，表明反應(yīng)對催化劑酸強(qiáng)度很敏感，只有強(qiáng)酸中心才能催化該反應(yīng)。有些酸催化劑在反應(yīng)過程中可同時離解出兩個或多個質(zhì)子，在這種情況下就須對方程作些修正。對酸催化反應(yīng)為： ) K pq ( G p k a a a對堿催化反應(yīng)為： b b b K G k 或 ) K qp ( G p k b b b7、對酸中心的檢測包括哪幾

13、個方面？答：酸中心的類型、酸量（酸度、酸密度、酸濃度） 、酸強(qiáng)度及其分布。8、以 TiO2-SiO 2 為例，請闡述田部浩三關(guān)于二元混合氧化物酸性中心模型。答：在 TiO2-SiO2 二元混合氧化物中，當(dāng)TiO2 較SiO2大量過量時： 當(dāng)SiO2較TiO2大量過量時：元素 配位數(shù) 電荷 每個鍵中電荷 元素 配位數(shù) 電荷 每個鍵中電荷Si 4 4 4/4 Si 4 4 4/4 Ti 6 4 4/6 Ti 6 4

14、 4/6 O 3 -2 -2/3 O 2 -2 -2/2 此時，在 Si 原子上形成 L酸中心。 此時，在 Ti 原子上形成 B酸中心。9、雜多化合物的結(jié)構(gòu)： 雜多酸和雜多酸鹽形成離子型晶體，其結(jié)構(gòu)可分為三級：一級結(jié)構(gòu)為雜多負(fù)離子；二級結(jié)構(gòu)為雜多負(fù)離子和抗衡正離子所組成雜多酸或雜多酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)；三級結(jié)構(gòu)指的是由雜多負(fù)離子抗衡正離子和結(jié)晶水所組成的晶體結(jié)構(gòu)。10、雜多酸的性質(zhì)：答：熱穩(wěn)定性：分解溫度 620～870K，P

15、W ＞SiW ＞PMo ＞SiMo；酸性：雜多酸為強(qiáng) B酸；氧化還原性：雜多酸為強(qiáng)氧化劑； “假液相”性：吸收大量極性分子的雜多酸類似于一種濃溶液11、用指示劑測定固體酸的酸性酸強(qiáng)度的堿性指示劑指示劑 堿型色 酸型色 pKa [H 2SO4] % 亞芐基乙酰苯 無 黃 -5.6 71 蒽醌 無 黃 - 8.2 90 （1）如，某固體酸能使蒽醌變黃色，則樣品酸強(qiáng)度： H o≤-8.2 （2）如，某固體酸不能使蒽醌變色而能使亞芐基乙酰苯變黃