工业催化试卷

1、上海应用技术学院2011-2012学年第 1 学期 工业催化 试卷一、 判断与改错(指出对错，若错的请加以改正，每题3分共15分)1. 一个催化剂如果其活性不是很高就无法用于工业生产。 答：错误。2. 通过催化剂制备方法的改进使Pt/Al2O3催化剂中Pt的表面积提高了2倍，从而使其所催化反应的速率也提高了2倍，据此可判断该反应是结构敏感反应。 答：不对。结构敏感是指反应速率对金属表面结构细微的变化敏感，比活性(单位金属表面积或单个金属原子的反应速率) 受影响。而题目中Pt的表面积提高了2倍，反应速率也提高了两倍，比活性没有收影响，因此不能该反应是结构敏感反应3. MgY分子筛的酸性强于BaY

2、分子筛。答：错误当阳离子价数相同时，离子半径越小，对水的极化能力越强，酸性越强。MgYCaYSrYBaY离子价数越高，静电场越大，活性越高。MgYCaYBaYNaY4. 由于失活的催化剂可以进行再生，故催化剂的使用无时间上的限制。答：错误。因为催化剂的活性随着再生的次数增加而降低。实际上，再生后的催化剂往往不能恢复到它初始的活性，因为催化剂本身发生了一些永久性的变化。某些催化剂即使再生后可以恢复到初始的活性，但也受到再生次数的制约。5. 固体超强酸是指H0-10.6的固体物质。答：错误。表面酸强度大于100%硫酸。Ho -11.9二、 填空题（共40分）1. 对于分散度很高的催化剂，可采取（添

3、加助催化剂）或（采用合金催化剂）的方法，以保证金属微粒不发生烧结。（2分）2. 10摩尔的反应物A在催化剂的作用下，生成了6摩尔的B和2摩尔的C，还剩下2摩尔未转化的A，则反应物A的转化率为（80%），产物B的选择性和收率分别为（75%）和（60%）。 （3分）3. 用于合成氨生产的铁催化剂是采用（熔融）法制备的，而钌催化剂则是采用（浸渍）法制备的。（2分）4. 催化剂的活性可以用（反应速率）、（反应速率常数）和（转化率）来表示。（3分）5. 根据分子在固体表面吸附时的结合力不同，吸附可分为（化学）吸附和（物理）吸附。6. 已知某反应在273 K时的速率常数为8.210-4，293 K时速率常

4、数4.110-3，则该反应的活化能为（53.519KJ/mol）。LnK1LnK2=Ea/R(1/T21/T1)7. 对于年产15000吨的反应器，内装有催化剂2.0 m3，则其时空产率为（10417m-3h-1）（一年按生产300天计算）。8. 烯烃聚合所采用的Ziegler-Natta催化剂主要是由（TiCl4）或（TiCl3）和（AlEt3）组成的。（3分）9. 造成催化剂失活的主要原因是（积碳）、（中毒）和（烧结）。（3分）10. 分子筛的择形催化分为（反应物择型催化）、（产物择型催化）、（限制过渡态择型催化）和（分子通道控制）。（4分）11. WHSV是指（重时空速），其量纲是 (

5、1/T ) （每小时进料的重量（液体或气体）/催化剂的装填重量）。12. 已知某硅胶样品的质量为101.5 g，比表面积为400 m2/g，颗粒体积为82.7 cm3，骨架体积为45.1 cm3，则其比孔容为（0.370cm3/g），孔隙率为（45.47%），平均孔半径为（1.85um）。（3分）13. 与过量溶液浸渍法相比等体积溶液浸渍法的优点是（便于控制催化剂中活性组分的含量）和（可省去过滤多余浸渍液的步骤）。14. 沉淀物的生成包括（晶核的生成）和（晶核的成长）两个过程。（2分）15. 在用BET法测定样品的比表面积时得到形成单层吸附所需的氮气体积为71 cm3，则其比表面积为（372.

6、4m2/g ）（已知样品的质量为0.83 g，氮分子的截面积为0.162 (nm)2）。Vm: 标准状态下氮气分子单层饱和吸附量（ml） Am: 氮分子等效最大横截面积（密排六方理论值Am = 0.162 nm2） W:被测样品质量（g） N:阿佛加德罗常数 （6.02x1023）16. 乙烯氧化制乙醛的Wacker法所采用的催化剂是（PdCl2+ CuCl2）。（2分）三、 现象或专业术语解释（每题5分，共15分）1. 纯TiO2的还原温度为300 oC，而在Rh/TiO2催化剂中其还原温度降低至200 oC。 TiO2担载少量的贵金属Rh 后，由于Rh 具有解离吸附H2分子的作用，产生氢溢

7、流效应，从而使得TiO2 的还原温度提前了100 K 左右。H2分子解离吸附成氢原子，沿催化剂的表面转移到载体上，使TiO2载体在较低温度下即得以还原。2. 在乙烯氧化制环氧乙烷生产过程中，需在原料气中添加微量的二氯乙烷。乙烯氧化制环氧乙烷过程中,要加入极微量的二氯乙烷作为催化剂的抑制剂,以改善催化剂的选择性。抑制剂的作用是使催化剂表面部分可逆中毒，使活性适当降低，减少乙烯的深度氧化，提高选择性。3. 转换频率答：单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数。四、 对于CaA和CaX分子筛催化丁醇脱水制丁烯反应，已知正丁醇和异丁醇的分子直径分别为0.49 nm和0.59 nm，CaA和CaX分子

8、筛的孔径为0.5 nm和1.0 nm，请比较两种催化剂下正丁醇和异丁醇反应速率的快慢，并说明理由。（10分） 答 : CaX分子筛的孔径为0.5 nm时，正丁醇的反应速率快。正丁醇的分子直径小于分子筛的分子直径，可以进入其孔径中，而异丁醇的分子直径大于分子筛的分子直径，则不能进入分子筛孔径中。催化反应主要在催化剂的内孔径中发生，故正丁醇的反应速度快。CaX分子筛的孔径为1.0 n m 时，正丁醇异丁醇的分子直径均小于分子筛的分子直径，均可进入分子筛孔径中，但正丁醇可形成的碳正离子是伯碳，异丁醇形成的碳正离子是仲碳。稳定性：伯碳仲碳。故此情况下异丁醇的反应速度快。五、 催化剂的载体主要有哪些功能

9、？如何选择催化剂的载体？（10分） 载体的功能：分散、稳定化、支撑、传热、稀释、助催化等。低比表面积载体：对催化剂的活性影响很小，但热稳定性高，常用于高温反应和强放热反应。高比表面积载体: 因具有酸性或碱性，会影响催化剂的性能。如SiO2、Al2O3、活性炭、分子筛 六、 阐述汽车尾气净化三效催化剂的组成和净化原理。（10分）答：1、同时能将CO、CHx及NOx有效地进行催化转化三效催化剂 Pt-Pd-Rh 三效催化剂的组成 ： 活性组分：Pt、Pd和Rh 载体 ：第一载体：堇青石(多孔陶瓷)；第二载体：-Al2O3 助剂(稀土、碱土和过渡金属)活性组分：Pt、Pd和Rh Pt、Pd：氧化CO和CHx Pd氧化CO和不饱和烃的活性及耐热稳定性好于Pt，但氧化饱和烃及抗中毒能力不如Pt。 Rh：还原NOx 载体 第一载体：堇青石(多孔陶瓷)：压力降低，强度高、比表面积大，适合高温条件。 金属整体材料：优点：热性能好 ；缺点：成本高、重量大第二载体：-Al2O3：高温不稳定，在800以上会转化成无活性、比表面积很小的-Al2O3。助剂的作用：A、提高-Al2O3的热稳定性、减少比表