工业催化原理—作业汇总(含答案)

第一章催化剂与催化作用基本知识

1、简述催化剂的三个基本特征。

答：①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值，只能加速一个热力学上允许的化学反应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低反应活化能得以实现的；③催化剂对加速反应具有选择性。

2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物，反应由下列各步组成

（1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2-→CH2=CH-CH=CH2+2Mo5++H20

（2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+

（3）2Bi2++1/202→2Bi3++02-

总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20

试画出催化循环图。

CH3-CH2-CH=CH

Mo

Bi

3、合成氨催化剂中含有Fe3O

4、Al2O3和K20，解释催化剂各组成部分的作用。

答：Fe3O4：主催化剂，催化剂的主要组成，起催化作用的根本性物质

Al2O3：构型助催化剂，减缓微晶增长速度，使催化剂寿命长达数年

K20：调变型助催化剂，使铁催化剂逸出功降低，使其活性提高

第二章催化剂的表面吸附和孔内扩散

1、若混合气体A和B2在表面上发生竞争吸附，其中A为单活性吸附，B2为解离吸附：A+B2+3*→A*+2B*,A 和B2的气相分压分别为p A和p B。吸附平衡常数为k A和k B。

求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB。

解：对于气体A：吸附速率v aA=k aA P A(1—θA—θB) ；脱附速率v dA=k dAθA

平衡时：v aA=v dA，即θA=（k aA/k dA）P A（1—θA—θB）=k A·k B（1—θA—θB）

对于气体B：吸附速率v aB=k aB P B(1—θA—θB)2；脱附速率v dB=k dBθB2

平衡时：v=v，即θ2= k P(1—θ—θ)2

。

m

（2）求Al2O3的表面积。（已知：N2分子截面积16.2×10-20m2）

解：P/V a(P0-P)=(1/CV m)[1+(C-1)P/P O]=[(C-1)/CV m](P/P O)+1/CV m

由题目可知：（C-1）/CVm=50.06 1/CVm=0.2723 ∴C=184.84 Vm=0.01987L(标况)

n=0.01987/22.4=8.875×10-4S=nN A S O=8.875×10-4×6.023×1023×16.2×10-20=86.60m2

3、多相催化反应一般包括那几个步骤？其中哪几个步骤属于化学过程？

答：多相催化反应包括：

外扩散:反应物分子从气流中向催化剂颗粒表面扩散;（孔）内扩散:反应物分子从颗粒表面向颗粒内表面扩散;化学吸附:反应物分子在催化剂内表面吸附;表面反应:吸附的反应物分子在催化剂表面上反应;脱附:产物分子自催化剂内表面脱附;（孔）内扩散:产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散;

外扩散:产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散;其中化学吸附、表面反应、脱附属于化学过程。

4、在多相催化反应中，为什么至少有一种反应物必须经过化学吸附？

答：因为化学吸附可使反应物分子均裂生成自由基，也可以异裂生成离子或使反应物分子强极化为极性分子，生成的这些表面活性中间物种具有很高的反应活性，有利于催化反应的进行。

5、物理吸附、化学吸附的差别如何？

7、氢的吸附态有：在金属表面上的吸附态（均裂吸附）和在金属氧化物表面上的吸附态（均裂吸附）

8、室温下，氢在ZnO上的化学吸附有两类，它们是：

第一类是快速可逆的吸附：这类吸附的氢参与了乙烯加氢-氘交换反应，表明它是处于活化状态；

第二类化学吸附是慢的、不可逆的：示踪实验表明这类吸附的氢不能进行乙烯加氢和氢-氘交换反应，因而是没有得到活化的。即所谓的高配位M-吸附态和低配位L-吸附态。

9、CO在过渡金属上两种吸附态是：分子态吸附、解离型吸附

10、在一些催化剂上，已经确定了哪几种氧吸附形式？哪种氧吸附态易使烃类发生深度氧化作用？

多种吸附态：电中性的氧分子O2和带负电荷的阳离子（O2-,O-,O2-）

带吸附阳离子与深度氧化有关。

11、关于烯烃在金属上的缔合化学吸附，已经提出哪两种吸附态？答：σ型和π型

12、有关乙炔在金属表面上的吸附态，已经提出的吸附态有哪几种？

答：π型一位吸附、σ型二位吸附、解离吸附

13、关于苯在金属上的吸附已经提出的看法有：

答：6位σ型吸附、2位σ型吸附、η6π缔合型吸附态、解离吸附

14、在一种催化剂表面产生各种吸附态的成因是多方面的，主要原因有哪两种？

答：固有不均一性、诱导不均一性。

15、固有不均一性的定义：指表面原子（离子）微环境的不均一性，一般是指由催化剂本身的结构所决定的和在制备过程中所产生的价不饱和性或配位不配合性的差异。

16、Langmuir吸附的基本假设如何？

答：（1）吸附剂表面是均匀的，各吸附中心能量相同；（2）吸附分子间无相互作用；（3）吸附是单分子层吸附，其吸附分子与吸附中心碰撞才能吸附，一个分子共占据一个吸附中心；（4）一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。

17、乔姆金等温式成立的条件：

只适用于化学吸附，且在较小的覆盖度范围内才有效，从化学吸附只能在一部分表面中心上进行（即吸附分子只能吸附在可以成键的吸附中心上）的观点来看，上述二者显然是一致的。

18、物理吸附的多分子层理论的基本假设：（1）固体表面是均匀的，自由表面对所有分子的吸附机会相等，分子的吸附、脱附不受其他分子存在的影响；（2）固体表面与气体分子的作用力为范德华力，因此在第一吸附层之上还可以进行第二层、第三层等多层吸附。

19、溢流定义：一定条件下形成或存在于一种固相表面的活性物种，不经脱附过程进入气相而向同样条件下不能直接形成或本来不存在该活性物种的另一种固相表面上的迁移。