工业催化资料.doc

1、 简答题 1、加氢催化剂属于哪种机理？加氢催化剂对脱氢反应也有活性，说明其原因。催化加氢的机理(改变反应途径，降低活化能)：吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成。因为催化剂可以加速正反应速率，也可以加速逆反应速率。2、 合成氨为什么要选择多组元催化剂？其主催化剂和助催化剂是什么？助催化剂的作用是什么？固体催化剂的组成从成分上可分为单组元催化剂和多组元催化剂，单组元催化剂有一组物质组成的，单组元催化剂在工业中用的较少，因为单一物质难以满足工业生产对催化剂性能的多方面要求。然而，目前,合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，因此合成氨选择多组元催化剂。工业合成氨铁催化剂，其主催化剂是Fe3O4，助催化剂为Al2O3。作用：大大地减缓微晶增长速度，延长了催化剂的寿命。3、 合成氨反应Ea为230930KJ/mol，Ea为179.2KJ/mol时，计算-Fe催化剂后反应速率常数k提高值。4、 试证明：Langmuir吸附情况下，A、B混合吸附达到平衡时2、 选做题：1、Na型分子筛用做固体酸催化剂时，为什么要进行离子交换？用不同价数的阳离子交换对催化活性会有什么影响？沸石催化剂属于固体酸催化剂，它的酸性来源于交换态铵离子的分解、氢离子交换或者是所包含的多价阳离子在脱水时的水解。由于合成的基本型是Na型分子筛，它不显酸性。必须将多价阳离子或氢质子引入晶格中，才会使其显现固体酸性。所以制备沸石催化剂往往要进行离子交换，将NaY型分子筛转换成HY型。同时通过这种交换，还可以改进分子筛的催化性能，从而获得更广泛的应用。2、 化学吸附在催化研究中有什么意义和作用？试描述物理吸附和化学吸附的差别，它们如何进行鉴别？吸附过程与催化作用在国民经济和环境保护方面具有重要意义。他们是化学工业，石油炼制以及国民经济其他领域最活跃的研究课题之一。这两个领域涉及到的都是表面现象，使用的都是多孔固体。吸附是催化反应得以发展的最关键步骤之一，通过它揭示催化本质和研究催化性质越来越受到人们的重视，因此许多在线原位动态测量技术得以快速发展。物理吸附：是由于分子间范德华引力引起的,可以是单层吸附也可是多层吸附.吸附质和吸附剂之间不发生化学反应吸附过程极快,参与吸附的各相间常瞬间即达平衡吸附为放热反应吸附剂与吸附质间的吸附力不强,可逆性吸附。化学吸附：是由吸附剂与吸附质间的化学键作用力而引起的,是单层吸附,吸附需要一定的活化能.吸附有很强的选择性吸附速率较慢,达到吸附平衡需要时间长升高温度可提高吸附速率。3、 固体酸催化剂的催化活性与它的哪些性质有关？给你一种固体酸，你将采用哪些表征方法来说明这种固体酸的酸性质？4、 为什么金属催化剂主要是过渡金属元素？过渡金属元素作为催化剂有什么特点？原因：过渡金属不满的d轨道可接受电子或者电子对，形成配合物。而催化作用的实质是，借助配体与受体的配位作用而形成活性中间体，从而降低反应的活化能。特点：（1）活性中心的高密度、多样性、（2）表面组成与体相组成可能存在差异（偏析）、（3）反应分子可以有不同的吸附态结构。5、 分子筛具有择形催化作用，举例说明分子筛催化剂的反应物择形催化、产物择形催化和限制过渡态择形催化。反应物择形催化：丁醇-2的脱水反应，在高温低转化率的情况下，10X分子筛比5A分子筛的活性（单位体积的速率常数）高1001000倍。10X和5A分子筛孔口分别为0.9nm和0.5nm，丁醇-2的直径为0.58nm，可以进到10X沸石的径孔内，而不能进到5A沸石的外表面进行反应。产物择形催化：用改性ZSM-5沸石分子筛催化剂进行甲苯甲醇烷基化反应，产物的对二甲苯选择性为98%。一般烷基化产物含有对二甲苯（0.57nm）、间二甲苯（0.70nm）和邻二甲苯（0.74nm）。因为ZSM-5的孔口尺寸为0.520.58nm，对二甲苯容易从沸石孔中扩散出去，而间二甲苯和邻二甲苯扩散出去较难。限制过渡态择形催化：甲乙苯烷基转移反应。6、 半导体催化剂的催化性能可以通过哪些性质来调变？在n型和p型半导体中各加入施主杂志和受主杂质后，它们的导电率、逸出功各有何变化？n型半导体催化剂加入施主杂质后，它的导电率提高，逸出功降低。因为n型半导体靠自由电子导电，加入施主杂质会使导带自由电子增加，所以导电率提高，Ef（费米能级）提高逸出功降低；而p型半导体催化剂中加入施主杂质后，它的导电率降低，逸出功也降低。因为p型半导体靠自由空穴导电，加入施主杂质会使自由空穴减少，故导电率降低，逸出功降低原因同上。7、 一般规则是温度每升高10，反应速率增加一倍，按这一看法，温度为25时应该为多少？提示：可以假定反应式为：aA+bBcC+dD8、 分子筛调变技术和方法有哪些？试举例说明并阐明其作用和效果。通过调整分子筛的孔道可以调变其选择性；l利用沸石分子筛的离子交换特性可以调变沸石分子筛，如苯的歧化反应；通过高温焙烧、高温水热处理、预积碳或碱中毒，可以杀死沸石分子筛催化剂中的强酸中心，从而改变选择性和稳定性；通过改变反应气氛，如反应中通入少量CO2或水汽可以提高酸中心浓度。甲醇 二甲醚 九、由煤制合成气，再由合成气制取二甲醚，试写出或设计下面催化反应过程的催化剂，并阐明其催化作用。合成气 二甲醚 目前国内外众多科研机构从事合成气制二甲醚生产工艺的研究，按生产步骤分为一步法和两步法两种，现在人们经常提到的合成气制二甲醚生产工艺，实际上已特指一步法（或直接法）而言。从合成气直接合成二甲醚的反应机理分析须经过3个转化步骤：甲醇的合成（CO+2H2CH3OH）；变换反应（H2O+COH2+CO2）；甲醇脱水（2CH3OHCH3OCH3+H2O）。合成气直接制二甲醚催化剂是以铜基甲醇合催化剂为金属氧化物组分，与经过改质处理的高硅沸石分子筛脱水组分复合制成。甲醇脱水催化剂有沸石、氧化铝、SiO2/Al2O3、阳离子交换树脂等，催化剂呈酸性。国内外多采用美国Mobil公司开发的ZSM-5分子筛催化剂，利用该催化剂脱水反应时条件较温和，在常压、200左右甲醇转化率达7585，选择性大于98。十、可否用反应速率比较催化剂的活性，需要限制什么条件？可以，需限制在同一温度、压力等条件，保证其它外部影响催化剂活性的条件一致。11、 催化剂测试活性的目的是什么？在实验室进行活性测试的反应器有哪几类？并简述其特点。目的是评价催化剂性能的优劣，实验室进行活性测试的反应器有固定床反应器、釜式反应器。固定床反应器特点：固定床反应