2010工业催化原理期中考试练习题

2010级《工业催化原理》期中考试前练习题

1. 有人建议通过催化如下反应来实现对空气中N2的转化利用 N2+CO2→CO+NO 现测得反应的自由能与温度T（K）的关系曲线如下：

ΔG=89070-4T㏒T-11.4T问我们是否采纳这项建议？(写出解题步骤) 2. 某催化剂研发小组想通过催化如下反应来制H2 CH4→C+H2问可行性如何？这里已知ΔG=21600-26.2T

3. *合成氨铁催化剂加入少量K2O催化剂的性能得到提高，通过实验测得加入K2O前后催化反应的活化能有明显变化，请问K2O在催化剂组成作为何种助剂?起何作用？

4. *催化剂失活的一个主要原因是催化剂受到原料或反应过程中产生的毒物强吸附在催化剂的活性位上造成的，但有些中毒是可以通过改变外界条件而使活性位重新恢复催化活性。现在请问，研发出一种催化剂能催化如下的反应：A→B→C但我们想要得到目的产物只是中间产物B，能否利用催化剂的中毒方式来提高目的产物的选择性？

5. *加氢催化剂原则上都可以用于脱氢催化反应，现在某研发小组，想在原有苯环类加氢过渡金属催化剂用于环己烷脱氢，在进行脱氢实验实过程中发现催化剂的活性不高，且容易发生失活。通过XRD和TEM对催化剂进行分析后发现催化剂晶粒明显长大，并有团聚现象。请问产生这种现象的原因是什么？如何改进？ 6. 程序升温脱附（TPD）是催化研究中常用的方法之一，可以通过

测量固体催化剂表面脱附的脱附物的组成和数量来鉴别固体催化剂表面的吸附性质。TPD实验一般由按以下几步进行，（1）对装有催化剂的密闭系统反应器在较高的温度下进行抽真空并稳定大约1小时；（2）降到室温后切换为吸附系统进行吸附直到达到吸附平衡；（3）将惰性载气（N2）吹入反应器，吹扫大约1小时；（4）开启程序升温系统开始脱附利用质谱进行检测。请指出上面四个步骤中每步涉及的是物理吸附（脱附）还是化学吸附（脱附）？ 7.由1-丁烯氧化脱氢制丁二烯的反应中，测得反应前后得物料组成为

正丁烷 正丁烯 丁二烯 异丁烷 异丁烯 正戊烷 O2 N2 H2O CO CO2 其他有机物 反应前（mol％） 0.63 7.05 0.06 0.50 0.13 0.02 7.17 27 57.44 / / / 反应后（mol％） 0.61 1.70 4.45 0.48 0.48 0.02 0.64 26.10 62.17 1.20 1.80 0.30 求：

⑴ 1-丁烯的转化率

⑵ 丁二烯对1-丁烯的选择性 ⑶ 丁二烯的收率

（提示：氮气不参与反应）

8. 1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/Bi2O3 混和氧化物，反应由下列各步组成：

⑴ CH3－CH2－CH＝CH2+2Mo6＋＋O2－－－>CH2＝CH－CH＝CH2 +2Mo5+ +H2O

⑵ 2Bi3+ + 2Mo5+ －－>2Bi2+ +2Mo6+ ⑶ 2Bi2+ + 1/2O2 －－>2Bi3+ + O2－

总反应为 CH3－CH2－CH＝CH2 + 1/2O2 －－> CH2＝CH－CH＝

CH2 + H2O

试画出催化循环图。

9. 若混合气体A和B2在表面上发生竞争吸附，其中A为单活性吸附，B2为解离吸附：

A＋B2＋3*――>A*＋2B*

A和B2的气相分压分别为PA和PB，吸附平衡常数为KA和KB 求吸附达到平衡后A的覆盖率θA 和B的覆盖率θB （提示：*为吸附中心）

10.N2在Al2O3上的吸附，以P/Va(P0-P)对P/P0作图得截距为0.2723，斜率为50.06

(1)求Vm（单位L）和C以及单分子层铺满时吸附质D的物质的量（题中数据经过处理已经换算成标况） (2)求Al2O3的表面积

已知：N2分子横截面积为16.2×10－20m2

11.甲苯用甲醇进行烷基化是生产化纤重要中间体对二甲苯的主要途径之一。现在发现未经氧化物修饰的HZSM-5 反应初始时仅有对二甲

苯生成，但逐渐产生间二甲苯和邻二甲苯，而经过氧化物（Mg，P，B）修饰后，产物中对二甲苯含量可高达90%以上。请你解释其原因是什么？ 已知：对二甲苯分子直径为0.67nm邻二甲苯分子直径为0.85nm，现用分子筛HZSM-5（孔道直径为0.7nm）和经过氧化物（Mg，P，B）修饰后HZSM-5作催化剂来进行甲苯的烷基化实验，发现在NH3-TPD谱图上修饰后分子筛高温脱附峰消失，同时对二甲苯的异构化活性要比未修饰的大大降低。（提示：异构化需较强酸中心，而烷基化反应，弱酸，强酸均可发生。）

0.4d0.3任意单位b0.2a 0.1c0.00200250300350400450 T(℃)HZSM-5(a)以及用Mg(b),P(c),B(d)等修饰后的HZSM-5的NH3-TPD谱图50100150

12．现在想对混合物异丁烯、丁烯-1进行分离深加工利用。初步设想将其中的异丁烯分离出来作为聚异丁烯的单体，丁烯-1转化为丁烷生产丁烷溶剂，现有CaA型分子筛和Pt/CaA。请问你采用哪一种催化剂来实现这一深加工方案？

13．分子筛酸性中心的形成是通过离子交换形成的（H质子取代Na+）：

NaY型分子筛须先用NH4+进行离子交换使之转化成NH4然后通过250-300℃加热使NH4+进行离子交换生成HY型分子筛（B酸性）加热到500℃时发生脱水而呈现L-酸

OAlOOONH4OOSiO-NH3250-300℃OAlOOHOSiOOO(1)NH4Y(2)HY(B-酸）OH-H2OOAl500℃OOOSiOOAlOOOSiOOO（3）L-酸（4）碱性中心

另一个形成酸性中心的机理是利用高价的金属阳离子Mn+

取代分子筛中的平衡Na+离子，由于水合金属离子的离解作用，可以发生如下的反应：

M(OH)2+OSiOOAl-OSiOOOAlOOOOOOM(OH)+OSiOOAl-OSiOOOH+OAl-OOOOO

在甲苯歧化制苯和二甲苯的催化反应中采用丝光沸石作催化剂，实验在考察焙烧温度对歧化反应活性影响时，发现从400℃起转化率随着焙烧温度上升而增加，在500-600℃增加减缓，600℃以后出现随焙烧温度增加活性大大下降的情况。请你对这一实验现象给出解释。

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14.丁烯在Sb2O5-Fe2O3催化剂上氧化脱氢反应为

CH3CH2CH=CH2+1/2O2→CH2=CH-CH=CH2+H2O

现发现Sb2O5-Fe2O3吸附氧后电导率变小，生成丁二烯的速率r=kPC4=。请指出Sb2O5-Fe2O3是何种半导体？催化反应的控制步骤？ 15. 醇类脱氢可用ZnO催化剂，试回答

A是何种半导体？如何判断？哪些杂质可以提高ZnO导电能力？为什么？ B 画出能带示意图

C如果反应是吸附物种得电子控制，如何提高催化剂的活性？

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14.丁烯在Sb2O5-Fe2O3催化剂上氧化脱氢反应为

CH3CH2CH=CH2+1/2O2→CH2=CH-CH=CH2+H2O

现发现Sb2O5-Fe2O3吸附氧后电导率变小，生成丁二烯的速率r=kPC4=。请指出Sb2O5-Fe2O3是何种半导体？催化反应的控制步骤？ 15. 醇类脱氢可用ZnO催化剂，试回答

A是何种半导体？如何判断？哪些杂质可以提高ZnO导电能力？为什么？ B 画出能带示意图

C如果反应是吸附物种得电子控制，如何提高催化剂的活性？

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