工业催化思考题

《工业催化》思考题
Chap 1
一.思考题
1.催化反应的反应热、活化能是否与非催化反应的相同？为什么？
2.催化剂能否改变化学平衡？
3.催化剂的活性、选择性的含义是什么？
4.影响催化剂的寿命的因素有哪些？
5.载体在催化剂中的作用是什么？
6.结构型助剂与调变型助剂有何区别？
7.一个好的工业催化剂应满足哪些条件？
8.何为转化率、收率和比活性？如何计算转化率、收率和选择性？
9.固体催化剂按导电性分为几类？每类催化剂的基本特征是什么？
二.习题
1.合成氨反应，450 C°下无催化剂时活化能为83Kcal/mol,使用铁催化剂后，活化能降为43Kcal/mol,求催化反应速度加快了多少倍？
2.丙烯氨氧化生产丙烯晴，原料气流量1.9NL/min ，内含丙烯76.85%，产物用水吸收，吸收液体积为9750mL/30min，其中丙烯晴浓度为0.65%，该溶液比重为1.00，尾气量为421.3 NL/30min ，内含丙烯0.7%，计算丙烯晴转化率、丙烯晴产率和丙烯晴选择性。

3.已知CH2=CH2+1/2O2 —k1→ +25.17 Kcal/mol, E1=12Kcal/mol
CH2=CH2+3O2 —k2→ 2CO2 + 2H2O + 339.6 Kcal/mol, E2=15Kcal/mol
问当温度由200 C°升高到300 C°时,生成环氧乙烷和CO2 的速度常数之比k1/k2各为多少？设A1和A2相等。

4.正己烷裂化反应，达到规定的反应速率，用沸石催化剂反应温度为270 C°，用无定形SiO2-Al2O3催化剂需450 C°，设上述温度范围内反应活化能皆为125KJ/mol，求两种催化剂的活性比。

5.A→ (目的产物) 两个反应均为一级反应，若欲提高生成B1的相对选择性，
↘B2（副产物）所的用催化剂对两个反应的活化能E1和E2应有怎样的关系？这种情况下，低温还是高温对提高B1的选择性有利？
6.为使于400K进行的某非催化反应提高反应速度到原来的103倍，向此体系
中加入催化剂，若非催化反应的指前因子为催化反应的1012倍，那么催化反应的活化能比非催化反应的降低多少KJ/mol。

Chap 2
一、思考题
1.说明吸附热、吸附活化能、脱附活化能随表面覆盖度变化而变化的原因？并画出变化关系图。

2.吸附热数据在催化剂研究中有何用途？
3.朗格谬尔、焦姆金、弗兰德里西化学吸附等温式的假设及用途是什么？
4.何为控制步骤？研究催化反应控制步骤对选择和改进催化剂有何用途？如何消除内、外扩散影响？
5.表面催化反应包括哪几个步骤？
6.过渡金属电子结构的主要特性是什么？为何能作为催化剂使用？
7.d穴和d%的含义是什么？脱除功φ的含义是什么？如何改变催化剂的d穴和φ？
8.生成热与金属催化剂的活性有什么关系？
9.影响金属催化剂的化学吸附性能的因素有哪些？影响其活性和选择性的基本因素有哪些？
二、习题
1.0 C°时测得O2在硅胶上的吸附数据为：
P(mmHg) 83.0 142.4 324.6 594.1
V(Nml) 0.169 0.284 0.616 1.043
试判断O2在硅胶上的吸附类型？并求出吸附平衡常数。

2.CO与H2的甲烷化反应为 CO+3H2== CH4+H2O ∆H=-49.3Kcal/mol 当采用Ni/Al2O3为催化剂时，CO吸附、H2和H2O不吸附，测得CO吸附活化能为10Kcal/mol ，吸附热为∆H=-16Kcal/mol，吸附CO和气相H2的表面反应活化能为32Kcal/mol,反应热∆H=-44Kcal/mol,CH4的脱附活化能为 20Kcal/mol。

（1）画出表面催化反应过程的能量变化；（2）计算甲烷的吸附活化能；（3）指出催化反应的控制步骤；（4）计算催化反应的表观活化能。

3.试按Stevenson法计算H2在W 、Co、 Cu、和V上的化学吸附热。

4.含Cu 的催化剂常用于水煤气变换反应和合成甲醇反应，、含Ni的催化剂为何不适于用作合成甲醇的催化剂，而被用于甲烷化反应？试解释之。

5.画出O2、N2、C2H2、C2H6、C6H6、C6H5OH在金属表面的吸附态的可能结构。

6.下列氧化物可能显示何种半导性？VO2、Cu2O、WO3、Nb2O5。

Chap 3
一、思考题
1.何谓质子酸和非质子酸？它们的催化作用有何异同？
2. 酸度和酸强度的含义？如何测定？区别B酸和L酸的实验方法？
3.为什么SiO2-Al2O3会有酸性？其B酸、L酸活性中心的结构特征及相互转化的条件是什么？
4.分子筛催化剂有哪些重要特性？其表面酸性是怎样产生的？
5.影响分子筛催化剂的酸度和酸强度的主要因素是什么？改变其酸度和酸强度的方法有哪些？
6.决定酸碱催化剂活性和选择性的基本因素是什么？
7.何谓络合催化？其主要特点是什么？
8.何谓杂化轨道？各种杂化轨道的几何特征是什么？
9.配位中心与配位体的含义是什么？
10.配位化合物的结构特点是什么？
11.何谓d轨道能级分裂及分裂能？
12.举例说明δ—配键、δ-π配键的含义？它们在络合催化中的作用？
13.烯烃络合催化氧化的机理是什么？
14.烯烃与CO、H2羰基合成醛、醇的机理是什么？
15.半导体催化剂在晶体结构上有什么不同？
16.费米能级的意义？半导体与费米能级的关系？改变费米能级的办法？
17.影响半导体催化剂化学吸附的因素有哪些？
18.影响半导体催化剂的活性、选择性的因素？如何提高半导体催化剂的活性、选择性？
19.合成氨催化剂的组成及各组分的作用是什么？提高其活性应如何着手？
20.何谓结构敏感性反应？合金的组成与结构及其对催化剂的性能有何影响？
二、习题
1. 醇类脱氢可用ZnO 催化剂，试解答下列问题：
（1） 在反应条件下ZnO 属何种半导体？怎样判别？
（2） 哪些杂质可以增加ZnO 的导电能力？为什么？
（3） 画出ZnO 半导体的能带图（包括杂质能级和费米能级）；
（4） 如果在ZnO 上的催化反应属于得电子气体吸附控制，那么引入哪些物质可以提高催化剂的活性？
（5） 画出催化作用的电子转移关系图。

2. 丙烯氧化制丙烯醛反应为CH 3CH=CH 2+O 2→CH 2=CHCHO+H 2O ，主要副产物为 CO 、 CO 2、 CH 3CHO 、HCHO 等，若采用钼酸锡为催化剂，讨论：
（1） CH 3CH=CH 2及O 2的活化吸附态及其吸附活性中心？（2）反应机理：
（3）电子转移关系图； （4）控制步骤；
（5）根据反应类型及副产物特点，举例说明提高催化剂活性及选择性的可用助剂。

3. 已知RTiCl 4(RCH=CH 2)是烯烃定向聚合的中间活化配合物， HFe(CO)3(RCH=CH2)是烯烃与 CO 和 H 2羰基合成醇类的中间活化配合物，（1）画出其空间结构图；（2）画出其电子结构图。

4. 已知25 C°时 H 3BO 4 、H 3PO 4 、(COOH)2、CH 3COOH 的离解平衡常数如下表： 物质
H 3BO 4 H 3PO 4 (COOH)2 CH 3COOH 20.5.84×10-1021.7.11×10-2 22.5.35×10-2 23.1.76×10-5 24.1.8×10-13 25.6.34×10-8 26.5.42×10-5 Ka
()Ⅰ
()Ⅱ
()Ⅲ
27.1.6×10-14 28.2.2×10-13
（1）分别计算它们的酸强度；（2）当浓度为0.1 M 、0.01 M 、0.001M 时的酸度和总酸度；
（1） 画出H 3BO 4 、H 3PO 4的酸强度与酸度的关系图。

5.乙烯水合制乙醇适宜的酸强度范围为-8.2<H0≤-3；丙烯水合制异丙醇适宜的酸强度范围为-3<H0≤1.5；已测得几种物质的酸度与酸强度的关系如下图：
（1）选择对乙烯水合反应适宜的催化剂，并写出各物质的催化活性顺序？（2）选择对丙烯水合反应适宜的催化剂，并写出各物质的催化活性顺序？
7.苯加氢为环己烷，要求金属的d穴为1，原子半径在1.24~1.38Å，并且表面质
点呈三角形排列，试指出哪些金属的何晶面符合此要求？
8.丁烯在Sb2O5-Fe2O3催化剂上氧化脱氢的化学反应为：
CH3CH2CH=CH2+1/2 O2→ CH2=CH-CH=CH2 +H2O
主要副产物是丁烯的裂解氧化及深度氧化，
（1）已知Sb2O5-Fe2O3吸附氧后电导率变小，生成丁二烯的速度为r=kP C4=，指出Sb2O5-Fe2O3是何种半导体？催化反应的控制步骤和反应类型？
（2）丁烯和氧的活化吸附态及吸附活性中心？画出电子转移关系图；
（3）催化剂中分别加入适量TeO2（晶格取代）及K（间隙原子）时，催化剂的电导率、活性、选择性如何变化？
Chap 4
一、思考题
1.常用的工业催化剂的制备方法有哪些？各自的有缺点及适用场合是什么？
2.沉淀法制备工业催化剂应如何选择原料、沉淀剂、沉淀反应？沉淀的条件有
哪些？
3.煅烧的目的是什么？
4.如何控制活性成分的分布？
5.催化剂的成型方法有哪些？如何选择成型方法？
6.钝化操作的目的是什么？
7.中毒的分类有哪些？中毒的机理有哪些？
8.催化剂失活的原因有哪些？如何避免催化剂失活？。