催化原理复习题-2018.6

催化原理第二章催化的化学基础1、催化剂性能指标活性：测定催化剂性能大小，表示催化剂反应速度的测定。选择性催化剂的活性可以通过以下三种方式表示：(1)反应速度反应速度用于表示反应的速度。在以反应速度比较催化剂的活性时，要保证反应时的温度压力和原料的比例等相同。这时反应速度越快，表示催化剂的活性越好。(2)转化率转化为总反应物百分比的反应物的数量。比较催化剂活性的常用参数。用转化率比较活性时，反应温度、压力、原料气体浓度及停留时间必须相同。此时，转化率越高，催化剂的活性越大。(3)激活能量一般来说，随着反应在某种催化剂上进行，活性能量低意味着该催化剂的活性高，反之亦然。通常比较总包反应的表观活化能固体催化剂的组成第4部分：主催化剂、共催化剂、辅助催化剂(添加剂)、载体答：初级催化剂(初级活性成分):从催化剂中生成活性成分。b:共催化剂：与主催化剂同时工作的成分。c:催化剂： (添加剂，促进剂)本身没有活性或活性小，添加少量可以显着提高催化剂活性、选择性、寿命、稳定性等特性的物质。可以按如下方式区分：(1)结构添加剂：改变有效成分的物理特性。(2)改性(电子性)添加剂：通过改变活性成分的电子结构(化学性质)提高活性成分的活性和选择性等的物质。K2O: V2O5级别更改、电子结构性能更改、活动增强-调制。(3)晶格缺陷助剂：活性相原子无序排列，在活性物质未结晶之间产生更多晶格缺陷，使提高活性的物质成为新的活性中心。(4)扩散助剂：添加硝酸盐、碳酸盐或有机物，在焙烧时分解，在催化剂上打孔，提高体内有效成分利用率的物质。(5)有毒添加剂：清除d:载体：包含有效成分和添加剂的物质。载体和添加剂的差异：载体量大，活性松弛，不明显。添加剂少，活性明显。载体在催化剂中的作用：1)支撑作用：决定催化剂的基本物理结构和特性。孔结构、表面、机械强度等。2)分散作用：提高活性成分利用率，减少活性成分用量，降低成本。3)催化：a)双功能Pt/al2o 3；提供其他活动中心，如；b)与活性成分相互作用，形成具有催化性能的新表面物种。4)稳定：a)增加催化剂活性成分的抗毒特性，延长寿命。b)提高Cu、Pd 200oC等催化剂的热稳定性，停用烧结，可长期用于Al2O3或SiO2 500oC。催化作用的实现A:改变反应过程，不参与最终产物。B:催化剂只能加速热力学认为可能发生的反应，为了表示热力学计算中不可能发生的反应，可以使用任何化学催化剂。C:催化剂只能加速反应倾向的平衡，而不是化学平衡位置。D:催化剂对化学反应是可选的。催化剂的稳定性意味着什么方面？(1)化学稳定性：保持稳定的化学成分和化合状态。(2)耐热性稳定性：在反应条件下不加热，可以破坏理化状态，在一定温度范围内保持良好的稳定性。(3)抗毒稳定性：催化剂对有害杂质的毒性抵抗力越强越好。(4)机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、中压、温度等引起的各种应力的程度。稳定性或寿命第三章吸附与多相催化吸附的几个关键概念：现象：气体与干净的固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气象。这种现象称为吸附现象。吸附材料：吸附的气体称为吸附材料。吸附剂：吸附气体的固体称为吸附剂。吸附状态：吸附质吸附到固体表面后存在的状态称为吸附状态。吸附中心或吸附位置：通常吸附发生在固体表面的局部位置，这种位置称为吸附中心或吸附位。表面吸附复合物：吸附中心和吸附状态相结合，构成表面吸附复合物。吸附过程：固体表面的气体浓度因吸附而增加时，这称为吸附过程。解吸过程：气体浓度从表面减少的过程称为解吸过程。吸附平衡：如果吸附过程与解吸过程的速度相同，表面气体的浓度保持不变，这种状态称为吸附平衡。物理吸附和化学吸附的差异简述？物理吸附和化学吸附的本质区别在于它们的吸附力不同，物理吸附是范德华力；化学吸附是化学结合力。物理吸附时吸附的分子结构几乎没有变化。发生化学吸附时，吸附的分子结构发生变化。此外，物理吸附为单层或多层吸附，不存在错觉选择性，热效应小，吸附速度快，不受温度影响，不需要活化能。化学吸附是单层吸附，有错觉选择性，热效应大，吸附速度慢，需要活化能。吸附强度测定方法：将吸附种和催化剂的表面结合形成化学吸附结合的强弱，由反应物和催化剂的特性及吸附条件决定。数值大小可以通过化学吸附热。吸附热越大，吸附结合越强。相反，吸附热越小，吸附耦合越弱。因此，吸附热是选择催化剂时要考虑的因素之一。(1)积分吸附热：在一定温度下吸附达到平衡时，由1mol气体平均吸附释放的热称为积分吸附热q积，反映了吸附过程中较长时间内热变化的平均结果，一般用于区分物理吸附和化学吸附。(2)差动吸附热：催化剂表面吸附的气体从n mol增加到(n dn) mol时，从摩尔气体释放的热-差吸附热。反映了吸附过程中任何时刻的热变化。微分吸附热是表面复盖q的函数表面复盖-被吸附分子复盖的表面积是总表面积的分数。将初始吸附热与催化活性相关，比较不同催化剂的催化活性。差分吸附热是适用范围q的函数，其变化关系比较复杂。有三种类型：I型，吸附热与应用范围无关。也就是说，吸附热是常数。这是理想的吸附，实际上接触较少。这种吸附称为朗缪尔吸附。第二类，微分吸附热随覆盖范围的增加线性减少。这种吸附称为聚焦金吸附。Q=q0-III型，微分吸附热随覆盖率的增加而代数减少。这种吸附称为Frundlich吸附q=Q0- ln 。后两种类型的吸附热都随保护层而变化，称为实际吸附。(3)吸附活化能、解吸活化能：取决于适用范围I型，活化能与适用范围无关。类型IIea=ea0；Ed=Ed0 类型IIIea=ea0ln；Ed=Ed0- ln吸附热、吸附活化能、解吸活化能等都随纤维走廊的变化而变化，但根据一定的适用范围，所有三者都遵循Ed=Ea q公式(4)实际吸附的原因：1、表面不均匀-表面各处的构成、结构和周围环境不同，存在棱镜、角、角度和各种缺陷等，对吸附分子的作用力产生不同的吸附中心的能量。2、吸附分子相互作用-吸附在表面的物种对未吸附的分子有排斥作用。吸附等温线给定系列在温度恒定平衡的条件下，吸附质量和压力的关系称为吸附等温线或吸附平衡式，绘制的曲线称为吸附等温线。(1) langmur等温方程是理想的化学吸附模型。基本假设如下：(I)固体表面对气体的吸附是单分子层(即固体表面上的每个吸附位只能吸附一个分子，气体分子必须撞击固体的空表面才能吸附)；固体表面均匀(即表面所有部分的吸附能力相等)；吸附的气体分子没有相互作用力(即吸附或解吸与相邻吸附分子无关)；(iV)吸附平衡是动态平衡(即，达到吸附平衡后，吸附和解吸过程同时进行，但速度相同)。求解吸附Langmuir方程混合吸附Langmuir方程(2) brna auer-emmett-teller吸附等温- BET方程(四个假设)Bet方程基于朗缪尔吸附理论，但同时被认为：1，分子间力的物理吸附，由于吸附的分子和气相分子之间仍然有此力，因此可能发生多层吸附，多层吸附类似于气体的聚集。2、吸附达到平衡后，各吸附层的蒸发速度等于絮凝速度，因此，各层可以写适当的吸附平衡式，经过一定的数学运算，得到BET方程。其中v是吸附量，p是吸附平衡中的压力，p。为了在给定温度下吸附气体的饱和蒸汽压，Vm形成了单分子层对表面的饱和吸附量，c是与吸附热相关的常数。这种等温式被称为测量固体表面积的标准方法。比表面更重要的是，通过实验测量其他相对压力p/po适当的平衡吸附卷集，p/v (p-po)对P/p .图(3)常用等温方程和适用范围4.多相催化反应阶段(1)反应物从气体本体扩散到催化剂的外表面。(2)反应物通过外观向催化剂的内部表面扩散。(3)反应物吸附在表面。(4)反应物对表面反应，产生产物。(5)产物从表面解吸。(6)产物从内表面扩散到外表面。(7)产品从外观扩散到气体主体。5.表面质量定律气固多相催化反应在催化剂表面进行，因此反应速度和反应物的表面浓度或适用范围是相关的。表面质量定律表面上反应物的浓度和速度的理想吸附层的表面基元反应成正比，而表面浓度的幂是化学计量方程的计量系数。例如Aa bb 产品建立速度方程的机构模型方法(1)理想吸附模型的速度方程a，表面反应是速度控制阶段1)吸附：(快)(慢)2)表面反应：(快)3)拆卸：只有一个反应物：反应机制为：(s表示催化剂表面活性中心)AS和BS代表吸附在活性中心的a，b分子。过程的总速度等于最慢的表面反应速度。根据表面质量定律，表面的单分子反应速度与反应物分子a的表面覆盖分数qA成正比。在吸附平衡中，如果产品吸附较弱，可以使用Langmuir square。常识如下。(2)有两种反应物的表面反应：A.如果反应机制是Langmuir-xinshelwood (L-H)机制：(s表示催化剂表面活动中心)(慢)2)表面反应：(快)3)拆卸：1)吸附：(快)(快)此机制称为langmur-hinshelwood(langmur-hinshelwood)机制。控制阶段是表面2分子反应，因此根据表面质量定律，它是：乔茜如果a、b、c吸附较弱，或者pA、pB较小，则qA和qB都较小，1 bA qA bB qB bC qC 1简化为：(慢)2)表面反应：(快)3)拆卸：1)吸附：(快)B.Rideal机制：该机制假定吸附物种和相分子之间的反应为速度控制阶段。例2反应A BC的机制如下：所以：控制阶段是根据表面2分子反应，表面质量定律，第四章固体酸碱催化剂及其催化作用1.酸碱催化剂的定义和性能阿瑞尼乌斯山，碱：能在水中电离h离子的物质是酸。能在水中电离o-离子的物质是碱。H2SO4，NaOHBronsted的定义：能给质子的分子和离子是酸(b酸)。能接受质子的分子和离子是碱(b碱)。NH3 10 h3o=NH4 10 H2O路易斯酸碱定义：接受电子对的分子和离子是酸(l酸)。所有能给电子配对的分子和离子称为碱(l碱)BF3 10: NH3 F3B:NH3固体表面的酸碱特性：碱中心类型：为了揭示固体酸的催化作用，经常需要区分是b酸中心还是l酸中心。研究NH3和吡啶等碱性物质吸附在固体表面的红外光谱，作出这种区分。NH3固体表面吸附的红外光谱N NH3吸附在l酸中心时使用氮的孤电子以l酸为中心配位，红外光谱与金属离子和NH3的配位复合体相似，吸附峰位于3300 cm-1和1640 cm-1。N NH3吸附在b酸中心，接受质子，形成NH4+，吸收峰位于3120 cm-1，l450 cm-1。吡啶作为探针的红外光谱以吡啶为探针的红外光谱法是一种广泛使用的方法。n吡啶吸附在b酸中心形成吡啶离子，其红外特性吸收棒之一在l 540 cm-1上。n吡啶在l酸中心形成黏附复合物，特征吸收峰位于1447-1460cm-1。以山为中心的山强度和：的测量n酸强度是指给予质子的能力(b酸强度)或接受电子对的能力(l酸强度)。酸强度是表示酸和碱作用强弱的相对量。这种能力可以用Hammett指示剂测定。所以这种测量酸强度的方法称为Hammett指示剂方法。通常，山强度函数Ho表示固体山强度，Ho也称为Hammett函数。N Ho的推导：N Ho的推导：N BH B HN Hammett酸度函数HoB山：Ho=pKa日志B/BHPka=-日志卡B :碱(指示剂)浓度；BH :共轭酸的表面浓度l山：ho=pkarlog b/abB :碱(指示剂)浓度；AB : B和a起作用后生成AB的浓度N Ka是根据指示剂的性质确定的，因此，如果指示剂确定，H0是仅与B/BH相关的酸强度。特定：指