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工业催化复习题

1什么是催化剂?催化剂作用的特征是什么?催化剂定义:凡能加速化学反应趋向平衡,而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。

特征①不能改变化学平衡②通过改变化学反应历程而改变反应速度③对加速化学反应具有选 择性2工业催化剂的基本指标是什么?工业催化剂的性能要求有哪些? 基本指标:活性、选择性、寿命、经济性。

性能要求: 活性、选择性、生产能力、稳定性、寿命、机械强度、导热性能、形貌和粒度、 再生性。

3什么是催化剂的稳定性?什么是催化剂的寿命?催化剂的稳定性是指催化剂在使用条件下具有稳定活性的时间。

催化剂的寿命是指从开始使用到活性下降到生产不能再用时所经历的时间。

4什么是催化剂失活?导致催化剂失活的主要原因有哪些?定义:在恒定反应条件下进行的催化反应的转化率随时间增长而下降的的现象叫催化剂失活。

原因:中毒、生焦、烧结、活性组分流失5如何计算催化剂的活性(转化率 X 、转换数TON 转换频率TOF ? ( P 12) 反应速率表示法、反应速率常数表示法、转化率表示法。

转化率X:反应物A 的总量/流经催化床层进料中反应物 A 的总量转换数TON 催化剂上每个活性位通过催化循环使总反应发生的次数 转换频率TOF 每个活性位每秒时间内完成的催化循环的次数6固体催化剂的组成有几部分?说明合成氨催化剂各部分的作用?说明 各部分的作用? 组成:活性组分(主催化剂和共催化剂)、载体、助催化剂。

各部分作用:Fe为活性组分;AI2O3为载体;K20为助催化剂。

Pt 活性组分,Sn 助催化剂,AI2O3酸功能性载体。

7. 固体催化剂载体的作用是什么?常用的载体有哪几种? 作用:分散作用、稳定化作用、支撑作用、传热和稀释作用、助催化作用。

常用载体:低比表面(刚玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉、耐火砖);高比表面(氧化铝、 SiO2/Al2O3、铁矶土、白土、氧化镁、硅胶、活性炭)。

8. 多相催化反应的步骤有哪些?(课本 P 14)外扩散-内扩散-化学吸附-表面反应-脱附-内扩散-外扩散I物理过程 9、什么是扩散控制、动力学控制?提高宏观反应速率措施? 扩散控制:最慢步骤是物理过程--扩散 动力学控制:最慢步骤是化学过程--吸附、脱附、表面反应 措施:外扩散控制:提高气流速率。

内扩散控制:扩大孔径,减少颗粒直径。

动力学控制:则提高温度,改变催化剂活性组份。

如何消除内、外扩散的影响?外扩散:按比例同时改变空速及床层填充高度;控制合适的反应温度。

内扩散:选择的催化剂的颗粒及颗粒孔径要大小合适。

Pt-Sn/AI 2Q 催化剂 7 化学过程物理过程扩散控制是指反应速度由反应体系的扩散速率决定, 动力学控制是指反应速度由该反应的速率决定。

确定过程控制步骤---针对性地采取措施,提高过程宏观速率。

扩散控制措施:改变操作条件或改善催化剂的颗粒大小和微孔构造。

动力学控制:改善催化剂组成和微观结构,改善反应操作条件(特别是反应温度和压力)。

控制步骤不是一成不变,可以通过改变操作条件,使系统从一种控制过程过渡到另一种控制11. 多孔催化剂的效率因子=?物理意义是什么?多孔催化剂的效率因子n = 观测反应速度/本征反应速率 < 1 多孔催化剂的效率因子n =K 多孔/K 消除内扩散二内表面利用率<1 物理意义:定量表达了催化剂内表面利用程度。

12. 各类反应常用催化剂有哪些?加氢:Ni 、Pd Pt 、Cu脱氢:Cr2O3 ZnO Fe2O3 Pd Ni氧化:V2O5 MoO3 CuO Co3O4 Ag羰基化或 OXO 反应:Co2(CO)8 Ni(CO)4、Rh2(CO)8聚合:TiCI4-AI(C2H5)3卤化:FeCI3、AICI3、CuCI2裂解:SiO2-AI2O3、SiO-MgO烷基化:AICI3、BF3 H2SO4 异构化: 重整:丨水合:H3PO4 H2SO4AI2O3、H-离子交换树脂 脱水:r- AI2O31.什么是物理吸附?什么是化学吸附?区别? 物理吸附:靠分子间作用力吸附。

化学吸附:吸附质与吸附剂表面形成化学键。

:Pt/ AI2O3、AICI3、H2SO4 H2SO4/ZnO2 Pt 、Pt-Re 、Pt-Ir/ AI2O32.什么是定位吸附,非定位吸附?定位吸附:ETVE P分隔吸附位的势垒高度EP大于吸附质分子热运动能ET,分子不能逸出“势能阱”;非定位吸附:ET >EP,吸附质在表面自由转换。

3.说明叙述吸附与催化的关系。

①催化活性与催化剂对反应物化学吸附能力有关。

②许多催化反应在远远高于物理吸附能够发生的温度下进行。

③物理吸附力远远小于化学键合涉及的力。

4.说明火山型曲线原理。

在单分子反应中,如果吸附质吸附较弱,则催化活性与反应物吸附强度成正相关关系;如果吸附质吸附足够强,达到了很高的表面覆盖率,则催化活性与反应物吸附强度成反相关关系。

1.B酸、碱,L酸、碱的概念。

B酸:给出质子;L酸:接受电子。

B碱:接受质子;L碱:给出电子。

2.固体酸强度H0概念。

给出质子或接受电子的能力。

3.固体酸性质包括几个方面?酸中心的类型、酸中心的强度、酸中心的浓度。

(酸类型、酸强度、酸(度)量)4.如何用红外光谱法区分测定B酸(1540cm1)、L酸(1610cm1)?NH3做探针考察(g—AI2O3)。

5.列举测定固体酸度与酸强度的方法。

Hammett指示剂的胺滴定法、气相碱性物质吸附法(碱吸附量热法、碱脱附-TPD法、吸附碱的红外光谱(IR)法)。

6. 什么是超强酸?超强酸:H0小于-11.97. 什么是分子筛的一级结构,二级结构,三级结构?分子筛的孔道是如何形成的? 一级结构:以 Si 或 Al 原子为中心的正四面体结构单元逐级堆砌而成; 二级结构:硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥形成的多元环; 三级结构:二级结构通过氧桥相互联结,形成三维空间的多面体结构。

分子筛的孔道由空间元环组成8. A 型分子筛、八面沸石、丝光沸石、ZSM 分子筛、 A 型分子筛:八个P 笼围成8元环,主孔道直径约为 八面沸石: 1 2元环,主孔道直径约为 8-9?。

丝光沸石:主孔道为一维的 12 元环孔道,平均直径 ZSM 分子筛:10元环组成,直通孔道和Z 形孔道立体交叉相通,孔道直径 5.1-5.6 ?。

BETA 分子筛:具有三维12元环孔道结构、孔道直径8-9 ?。

9. 分子筛催化理论有哪些?(固体酸,静电场,择形催化) 反应物择型催化 : 反应物分子直径小于孔径的分子进入晶孔反应 。

产物择型催化 :产物中分子临界直径小于孔口的可以从孔中扩散出来 。

过渡状态限制择形催化剂: 产物、反应物不受催化剂窗口的孔径限制, 需内孔和孔腔有适宜的 空间,便于过渡态生成 . 。

分子交通控制的择形催化: 催化剂有大小不同的孔道, 反应物通过一种孔道进入活性部位, 产 物从另一通道扩散出来 。

1 .过渡金属能带理论的基本内容是什么? 金属能带理论 --- 分子轨道理论N 个原子形成分子,其分子轨道是:N/2成键轨道,N/2反键轨道。

对金属而言,N 个金属原 子形成的分子就是整块金属,故金属分子(即整块金属)其原子数N 非常大成键轨道间能级差 非常小,以至构成能带-满带; 反键轨道间能级差也非常小-空带。

能带间的能级差为禁 带。

金属形成晶格时, 原子按一定的规律紧密排列, 金属原子核对外层价电子束缚较弱, 其电子在 整个晶体内自由运动——离域共价键(金属键)2. d 空穴概念?为什么过渡金属 d 空穴值与原子价电子结构不一致?金属的d 带中某些能级未被充满,可看作d 带中的空穴,称为“ d 带空穴”。

价电子是指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子。

空穴是由能带重叠产生 的,能带与价电子结构不一致,从而空穴值与价电子结构不一致。

3. 过渡金属价键理论的基本内容是什么? d 百分概念?基本内容: Pauling 价键理论: 金属晶体是由原子通过价电子形成共价键 (金属键) 结合而成。

共价键是由nd 、(n+1)s 、和(n+1)p 轨道参与的杂化轨道。

金属的电子分成两类:成键电子: 填充杂化轨道、形成金属键;原子电子:未结合电子,在原子轨道中。

d%: d 轨道在成键轨道中的分数。

4. 什么是电子逸出功?什么是电离势?金属催化剂的电子逸出功©:金属表面电子移到外界所需的最小功(最低能量); 反应物粒子的电离势 I :反应物电子移到外界所需的最小功(难易程度)。

5. 金属催化剂组分选择应关注的因素有哪些? d 空穴,电子逸出功、晶体结构。

6. 金属组分的分散度D ?什么是结构敏感反应? 分散度 :表面原子数 /总原子数结构敏感反应:反应速率对金属表面细微结构变化敏感的反应。

可用 D 与TOF 的关系来表征。

7. 多位催化理论的基本内容是什么 ?(活性中心与反应物发生中等强度吸附,活性中心与反应 基团间有一定的结构对应性,使反应物分子适当扭曲而活化。

)1. 什么是本征半导体,n 型半导体,P 型半导体? 本征半导体:通过电子激发,既有电子导电,又有空穴导电,,在禁带中没有杂质能级。

BETA 分子筛的结构特征。

4?。

6.6 ?。

N型半导体:靠自由电子导电。

P 型半导体:靠空穴导电。

2.什么是杂质能级?什么是施主杂质、施主能级?什么是受主杂质、受主能级?①半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏,从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态,称为杂质能级。

在半导体禁带中出现。

②对于N型半导体来说,一个V族杂质原子(如磷P,砷As,锑Sb等)可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子,把这种杂质称为施主杂质。

被施主杂质束缚的电子的能量状态,叫做施主能级,靠近半导体导带下部。

③对于P型半导体来说,,一个III族杂质原子(如硼B,铝Al,镓Ga铟In等)可以向半导体提供一个空穴,而本身接受一个电子成为带负电的离子,把这种杂质称为受主杂质被受主杂质束缚的空穴的能量状态,叫做受主能级,靠近满带上部。

3.为什么n 型或P 型半导体比本征半导体更易导电?因为杂质能级(施主能级和受主能级)处于禁带中间,电子跃迁所需的能量较本征半导体中电子跃迁需能小,故N型或P型半导体较本征半导体更易导电。

4.费米能级E f、电子逸出功©定义?费米能级Ef :绝对零度下电子的最高能级。

电子逸出功©:金属表面电子移到外界所需的最小功(最低能量)。

5.杂质对半导体特性的影响是什么。

助催化剂的作用原理是什么?影响:施主杂质(给电子):Ef ,导带电子T,从而N型导电性T, P型导电性J;受主杂质(得电子):Ef J,©T,导带电子J,从而N型导电性J, P型导电性T。

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