工業(yè)催化資料.doc

1、 簡答題 1、加氫催化劑屬于哪種機(jī)理？加氫催化劑對脫氫反應(yīng)也有活性，說明其原因。催化加氫的機(jī)理(改變反應(yīng)途徑，降低活化能)：吸附在催化劑上的氫分子生成活潑的氫原子與被催化劑削弱了鍵的烯、炔加成。因?yàn)榇呋瘎┛梢约铀僬磻?yīng)速率，也可以加速逆反應(yīng)速率。2、 合成氨為什么要選擇多組元催化劑？其主催化劑和助催化劑是什么？助催化劑的作用是什么？固體催化劑的組成從成分上可分為單組元催化劑和多組元催化劑，單組元催化劑有一組物質(zhì)組成的，單組元催化劑在工業(yè)中用的較少，因?yàn)閱我晃镔|(zhì)難以滿足工業(yè)生產(chǎn)對催化劑性能的多方面要求。然而，目前,合成氨工業(yè)中普遍使用的主要是以鐵為主體的多成分催化劑，因此合成氨選擇多組元催化劑。工業(yè)合成氨鐵催化劑，其主催化劑是Fe3O4，助催化劑為Al2O3。作用：大大地減緩微晶增長速度，延長了催化劑的壽命。3、 合成氨反應(yīng)Ea為230930KJ/mol，Ea為179.2KJ/mol時(shí)，計(jì)算-Fe催化劑后反應(yīng)速率常數(shù)k提高值。4、 試證明：Langmuir吸附情況下，A、B混合吸附達(dá)到平衡時(shí)2、 選做題：1、Na型分子篩用做固體酸催化劑時(shí)，為什么要進(jìn)行離子交換？用不同價(jià)數(shù)的陽離子交換對催化活性會有什么影響？沸石催化劑屬于固體酸催化劑，它的酸性來源于交換態(tài)銨離子的分解、氫離子交換或者是所包含的多價(jià)陽離子在脫水時(shí)的水解。由于合成的基本型是Na型分子篩，它不顯酸性。必須將多價(jià)陽離子或氫質(zhì)子引入晶格中，才會使其顯現(xiàn)固體酸性。所以制備沸石催化劑往往要進(jìn)行離子交換，將NaY型分子篩轉(zhuǎn)換成HY型。同時(shí)通過這種交換，還可以改進(jìn)分子篩的催化性能，從而獲得更廣泛的應(yīng)用。2、 化學(xué)吸附在催化研究中有什么意義和作用？試描述物理吸附和化學(xué)吸附的差別，它們?nèi)绾芜M(jìn)行鑒別？吸附過程與催化作用在國民經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。他們是化學(xué)工業(yè)，石油煉制以及國民經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域最活躍的研究課題之一。這兩個(gè)領(lǐng)域涉及到的都是表面現(xiàn)象，使用的都是多孔固體。吸附是催化反應(yīng)得以發(fā)展的最關(guān)鍵步驟之一，通過它揭示催化本質(zhì)和研究催化性質(zhì)越來越受到人們的重視，因此許多在線原位動態(tài)測量技術(shù)得以快速發(fā)展。物理吸附：是由于分子間范德華引力引起的,可以是單層吸附也可是多層吸附.吸附質(zhì)和吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸附過程極快,參與吸附的各相間常瞬間即達(dá)平衡吸附為放熱反應(yīng)吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng),可逆性吸附?；瘜W(xué)吸附：是由吸附劑與吸附質(zhì)間的化學(xué)鍵作用力而引起的,是單層吸附,吸附需要一定的活化能.吸附有很強(qiáng)的選擇性吸附速率較慢,達(dá)到吸附平衡需要時(shí)間長升高溫度可提高吸附速率。3、 固體酸催化劑的催化活性與它的哪些性質(zhì)有關(guān)？給你一種固體酸，你將采用哪些表征方法來說明這種固體酸的酸性質(zhì)？4、 為什么金屬催化劑主要是過渡金屬元素？過渡金屬元素作為催化劑有什么特點(diǎn)？原因：過渡金屬不滿的d軌道可接受電子或者電子對，形成配合物。而催化作用的實(shí)質(zhì)是，借助配體與受體的配位作用而形成活性中間體，從而降低反應(yīng)的活化能。特點(diǎn)：（1）活性中心的高密度、多樣性、（2）表面組成與體相組成可能存在差異（偏析）、（3）反應(yīng)分子可以有不同的吸附態(tài)結(jié)構(gòu)。5、 分子篩具有擇形催化作用，舉例說明分子篩催化劑的反應(yīng)物擇形催化、產(chǎn)物擇形催化和限制過渡態(tài)擇形催化。反應(yīng)物擇形催化：丁醇-2的脫水反應(yīng)，在高溫低轉(zhuǎn)化率的情況下，10X分子篩比5A分子篩的活性（單位體積的速率常數(shù)）高1001000倍。10X和5A分子篩孔口分別為0.9nm和0.5nm，丁醇-2的直徑為0.58nm，可以進(jìn)到10X沸石的徑孔內(nèi)，而不能進(jìn)到5A沸石的外表面進(jìn)行反應(yīng)。產(chǎn)物擇形催化：用改性ZSM-5沸石分子篩催化劑進(jìn)行甲苯甲醇烷基化反應(yīng)，產(chǎn)物的對二甲苯選擇性為98%。一般烷基化產(chǎn)物含有對二甲苯（0.57nm）、間二甲苯（0.70nm）和鄰二甲苯（0.74nm）。因?yàn)閆SM-5的孔口尺寸為0.520.58nm，對二甲苯容易從沸石孔中擴(kuò)散出去，而間二甲苯和鄰二甲苯擴(kuò)散出去較難。限制過渡態(tài)擇形催化：甲乙苯烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。6、 半導(dǎo)體催化劑的催化性能可以通過哪些性質(zhì)來調(diào)變？在n型和p型半導(dǎo)體中各加入施主雜志和受主雜質(zhì)后，它們的導(dǎo)電率、逸出功各有何變化？n型半導(dǎo)體催化劑加入施主雜質(zhì)后，它的導(dǎo)電率提高，逸出功降低。因?yàn)閚型半導(dǎo)體靠自由電子導(dǎo)電，加入施主雜質(zhì)會使導(dǎo)帶自由電子增加，所以導(dǎo)電率提高，Ef（費(fèi)米能級）提高逸出功降低；而p型半導(dǎo)體催化劑中加入施主雜質(zhì)后，它的導(dǎo)電率降低，逸出功也降低。因?yàn)閜型半導(dǎo)體靠自由空穴導(dǎo)電，加入施主雜質(zhì)會使自由空穴減少，故導(dǎo)電率降低，逸出功降低原因同上。7、 一般規(guī)則是溫度每升高10，反應(yīng)速率增加一倍，按這一看法，溫度為25時(shí)應(yīng)該為多少？提示：可以假定反應(yīng)式為：aA+bBcC+dD8、 分子篩調(diào)變技術(shù)和方法有哪些？試舉例說明并闡明其作用和效果。通過調(diào)整分子篩的孔道可以調(diào)變其選擇性；l利用沸石分子篩的離子交換特性可以調(diào)變沸石分子篩，如苯的歧化反應(yīng)；通過高溫焙燒、高溫水熱處理、預(yù)積碳或堿中毒，可以殺死沸石分子篩催化劑中的強(qiáng)酸中心，從而改變選擇性和穩(wěn)定性；通過改變反應(yīng)氣氛，如反應(yīng)中通入少量CO2或水汽可以提高酸中心濃度。甲醇 二甲醚 九、由煤制合成氣，再由合成氣制取二甲醚，試寫出或設(shè)計(jì)下面催化反應(yīng)過程的催化劑，并闡明其催化作用。合成氣 二甲醚 目前國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)從事合成氣制二甲醚生產(chǎn)工藝的研究，按生產(chǎn)步驟分為一步法和兩步法兩種，現(xiàn)在人們經(jīng)常提到的合成氣制二甲醚生產(chǎn)工藝，實(shí)際上已特指一步法（或直接法）而言。從合成氣直接合成二甲醚的反應(yīng)機(jī)理分析須經(jīng)過3個(gè)轉(zhuǎn)化步驟：甲醇的合成（CO+2H2CH3OH）；變換反應(yīng)（H2O+COH2+CO2）；甲醇脫水（2CH3OHCH3OCH3+H2O）。合成氣直接制二甲醚催化劑是以銅基甲醇合催化劑為金屬氧化物組分，與經(jīng)過改質(zhì)處理的高硅沸石分子篩脫水組分復(fù)合制成。甲醇脫水催化劑有沸石、氧化鋁、SiO2/Al2O3、陽離子交換樹脂等，催化劑呈酸性。國內(nèi)外多采用美國Mobil公司開發(fā)的ZSM-5分子篩催化劑，利用該催化劑脫水反應(yīng)時(shí)條件較溫和，在常壓、200左右甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)7585，選擇性大于98。十、可否用反應(yīng)速率比較催化劑的活性，需要限制什么條件？可以，需限制在同一溫度、壓力等條件，保證其它外部影響催化劑活性的條件一致。11、 催化劑測試活性的目的是什么？在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行活性測試的反應(yīng)器有哪幾類？并簡述其特點(diǎn)。目的是評價(jià)催化劑性能的優(yōu)劣，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行活性測試的反應(yīng)器有固定床反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器特點(diǎn)：固定床反應(yīng)