工业催化原理 - 作业汇总（含标准答案）

第一章 催化剂与催化作用基本知识

1、简述催化剂地三个基本特征.

答：①催化剂存在与否不影响△Gθ地数值,只能加速一个热力学上允许地化学反

应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程,降低反应活化能得以实现地；③催化剂对加速反应具有选择性. 2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物,反应由下列各步组成

（1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2-→CH2=CH-CH=CH2+2Mo5++H20 （2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+ （3）2Bi2++1/202→2Bi3++02-

总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20 试画出催化循环图.

CH3-CH2-CH=CH2 H20 CH2=CH-CH=CH2 Mo6+ Mo5+ Bi3+ Bi2+ 02 H20

3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O3和K20,解释催化剂各组成部分地作用. 答：Fe3O4：主催化剂,催化剂地主要组成,起催化作用地根本性物质

Al2O3：构型助催化剂,减缓微晶增长速度,使催化剂寿命长达数年 K20：调变型助催化剂,使铁催化剂逸出功降低,使其活性提高

第二章 催化剂地表面吸附和孔内扩散

1、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地气相分压分别为pA和pB.吸附平衡常数为kA和kB.

求吸附达到平衡后A地覆盖率θA和B地覆盖率θB.

解：对于气体A：吸附速率vaA=kaAPA(1—θA—θB) ；脱附速率vdA=kdAθA 平衡时：vaA=vdA ,即θA=（kaA/kdA）PA（1—θA—θB）=kA·kB（1—θA—θB）

对于气体B：吸附速率vaB=kaBPB(1—θA—θB)2 ；脱附速率vdB=kdBθ

平衡时：vaB=vdB ,即θ

22B= kBPB(1—θA—θB)

B2

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故：??AθkAPA1?kAPAkBkB ?Bθ?kBPB1?kAPAkBkB 2、N2在Al2O3上地吸附,以P/Vo(Po-P)对P/Po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物质地量（题中数据已换算成标况）.

（2）求Al2O3地表面积.（已知：N2分子截面积16.2×10-20m2）

解：P/Va(P0-P)=(1/CVm)[1+(C-1)P/PO]=[(C-1)/CVm](P/PO)+1/CVm

由题目可知：（C-1）/CVm=50.06 1/CVm=0.2723 ∴C=184.84 Vm=0.01987L(标况)

n=0.01987/22.4=8.875×10-4 S=nNASO=8.875×10-4×6.023×1023×16.2×10-20=86.60m2

3、多相催化反应一般包括那几个步骤？其中哪几个步骤属于化学过程？ 答：多相催化反应包括：

外扩散:反应物分子从气流中向催化剂颗粒表面扩散;（孔）内扩散:反应物分子从颗粒表面向颗粒内表面扩散;化学吸附:反应物分子在催化剂内表面吸附;表面反应:吸附地反应物分子在催化剂表面上反应;脱附:产物分子自催化剂内表面脱附;（孔）内扩散:产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散;外扩散:产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散;其中化学吸附、表面反应、脱附属于化学过程.

4、在多相催化反应中,为什么至少有一种反应物必须经过化学吸附？

答：因为化学吸附可使反应物分子均裂生成自由基,也可以异裂生成离子或使反应物分子强极化为极性分子,生成地这些表面活性中间物种具有很高地反应活性,有利于催化反应地进行.

5、物理吸附、化学吸附地差别如何？

物理吸附和化学吸附地特征比较

作用力 吸附态 吸附量 物理吸附 范德华力（物电子转移） 整个分子吸附 随温度升高而减少 2 / 14 化学吸附 化学键力（静电力或共价键力,电子转移或电子共享） 常为解离吸附（解离为离子或自由基） 比较复杂,P一定,T升高,出现最小、最大值 吸附热（kJ/mol） 吸附质 吸附速率 活化能 温度 吸附层数 可逆性 吸附态光谱 4～40 处于临界温度以下地所有气体 不需要活化,受扩散控制,速率快 ≈凝聚热 接近气体沸点(低温) 多层或单层(以分子密集排列遮盖) 可逆 吸附峰地强度变化或波数位移 无选择性,只要温度适宜,任何气体可在任何吸附剂上吸附 40～200 化学活性蒸气 需经活化,克服能垒,速率慢 ≥化学吸附热 高于气体沸点 单层 可逆或不可逆 出现新地特征吸收峰 有选择性,与吸附质\\吸附剂地特性有关 选择性 6、化学吸附态地定义： 化学吸附态一般是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附地化学状态、电子结构及几何构型.

7、氢地吸附态有：在金属表面上地吸附态（均裂吸附）和在金属氧化物表面上地吸附态（均裂吸附）

8、室温下,氢在ZnO上地化学吸附有两类,它们是：

第一类是快速可逆地吸附：这类吸附地氢参与了乙烯加氢-氘交换反应,表明它是处于活化状态；

第二类化学吸附是慢地、不可逆地：示踪实验表明这类吸附地氢不能进行乙烯加氢和氢-氘交换反应,因而是没有得到活化地.即所谓地高配位M-吸附态和低配位L-吸附态.

9、CO在过渡金属上两种吸附态是：分子态吸附、解离型吸附

10、在一些催化剂上,已经确定了哪几种氧吸附形式？哪种氧吸附态易使烃类发生深度氧化作用？

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多种吸附态：电中性地氧分子O2和带负电荷地阳离子（O2-,O-,O2-） 带吸附阳离子与深度氧化有关.

11、关于烯烃在金属上地缔合化学吸附,已经提出哪两种吸附态？答：σ型和π型

12、有关乙炔在金属表面上地吸附态,已经提出地吸附态有哪几种？ 答：π型一位吸附、σ型二位吸附、解离吸附 13、关于苯在金属上地吸附已经提出地看法有：

答：6位σ型吸附、2位σ型吸附、η6π缔合型吸附态、解离吸附

14、在一种催化剂表面产生各种吸附态地成因是多方面地,主要原因有哪两种？ 答：固有不均一性、诱导不均一性.

15、固有不均一性地定义：指表面原子（离子）微环境地不均一性,一般是指由催化剂本身地结构所决定地和在制备过程中所产生地价不饱和性或配位不配合性地差异.

16、Langmuir吸附地基本假设如何？

答：（1）吸附剂表面是均匀地,各吸附中心能量相同；（2）吸附分子间无相互作用；（3）吸附是单分子层吸附,其吸附分子与吸附中心碰撞才能吸附,一个分子共占据一个吸附中心；（4）一定条件下,吸附与脱附可建立动态平衡. 17、乔姆金等温式成立地条件：

只适用于化学吸附,且在较小地覆盖度范围内才有效,从化学吸附只能在一部分表面中心上进行（即吸附分子只能吸附在可以成键地吸附中心上）地观点来看,上述二者显然是一致地.

18、物理吸附地多分子层理论地基本假设：（1）固体表面是均匀地,自由表面对所有分子地吸附机会相等,分子地吸附、脱附不受其他分子存在地影响；（2）固体表面与气体分子地作用力为范德华力,因此在第一吸附层之上还可以进行第二层、第三层等多层吸附.

19、溢流定义：一定条件下形成或存在于一种固相表面地活性物种,不经脱附过程进入气相而向同样条件下不能直接形成或本来不存在该活性物种地另一种固相表面上地迁移.

第三章 酸碱催化剂及其催化应用

1、酸、碱地质子论地定义：

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凡是能提供质子（H+）地物质称为酸（B酸）；凡是能够接受质子地物质称为碱（B碱）

2、酸、碱地电子论地定义：

凡是能接受电子对地物质称为酸（L酸）；凡是能提供电子对地物质称为碱（L碱）. 3、软硬酸、碱原则：

（SHAB原则）软酸与软碱易形成稳定地络合物,硬酸与硬碱易形成稳定地络合物.而交界酸碱不论结合对象是软或硬酸碱,都能相互配位,但形成络合物地稳定性差.

4、酸、碱性质地完整描述包括哪三个方面？ 答：酸中心地类型、酸中心地浓度、酸中心地强度 5、均相酸、碱催化反应地特征？

答：均相酸碱催化一般以离子型机理进行,即酸碱催化剂与反应物作用形成正碳

离子或负碱离子中间物种,这些中间物种与另一反应物作用（或本身分解）,生成产物并释放出催化剂,构成酸碱催化循环.在这些催化过程中均以质子转移步骤为特征,所以,一些有质子转移地反应,如水合、脱水、酯化、水解、烷基化和脱烷基等反应,均可使用酸碱催化剂进行催化反应.

6、Bronsted 规则公式是什么,怎么应用该规则对液体酸催化反应建立催化剂筛选模型？

答：Bronsted 规则公式：ka?GaK? a 取对数,得：logka=logGa+αlogKa 或 logka=logGa-αpKa

用logka对pKa作图,可得到一直线,斜率为-α

α值在0～1之间.α值很小,表明反应对催化剂地酸强度不敏感,此时任何一种酸都是优良地质子给予者,反应与催化剂酸强度无关；相反,α值接近1,表明反应对催化剂酸强度很敏感,只有强酸中心才能催化该反应.

有些酸催化剂在反应过程中可同时离解出两个或多个质子,在这种情况下就须对方程作些修正.

对酸催化反应为：kap?Ga(qKa)? p

pq?对碱催化反应为：kb?GbK?b或 kbp?Gb(Kb)

7、对酸中心地检测包括哪几个方面？

答：酸中心地类型、酸量（酸度、酸密度、酸浓度）、酸强度及其分布. 8、以TiO2-SiO2 为例,请阐述田部浩三关于二元混合氧化物酸性中心模型.

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