工業(yè)催化原理

1、For personal use only in study and research; not for commercial use芆工業(yè)催化原理1.膅催化作用的實質(zhì)是什么？舉例說明。羈答： A.催化作用通過改變反應(yīng)歷程改變反應(yīng)速度。在化學(xué)反應(yīng)中加入催化劑通?？梢允狗?應(yīng)速度加快， 但反應(yīng)終了時催化劑的始態(tài)和終態(tài)是不發(fā)生變化的， 催化劑加快反應(yīng)速度是通 過改變反應(yīng)歷程實現(xiàn)的。 以合成氨反應(yīng)為例， 若不采用催化劑，在通常的條件下， 氮氣分子 和氫氣分子直接化合極其困難， 即使有發(fā)生其速率也是極其慢的， 因為這兩種分子極其穩(wěn)定， 破壞他們的化學(xué)鍵需要很大的能量， 所以在 500 的常壓條件下生成

2、氨的速率及其低。 當(dāng)有鐵 催化劑參加時改變了反應(yīng)歷程。 B. 催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變反應(yīng)的位置。 例如：乙苯脫氫制苯乙烯， 在 600 度常壓下， 乙苯與水蒸氣摩爾比為 1:9 時按平衡常數(shù)計算， 達(dá)到平衡后的苯乙烯的產(chǎn)率為 72.8%，這是平衡產(chǎn)率，是熱力學(xué)所預(yù)示的反應(yīng)限度。為了盡 可能地實現(xiàn)此產(chǎn)率可以選擇良好的催化劑使反應(yīng)加速。 但在反應(yīng)條件下要想使苯乙烯的產(chǎn)率 超過 72.8% 是不可能的。 C.催化劑對加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性，工業(yè)上就是利用催化劑具有 選擇性使原料轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)品。 尤其是對平衡常數(shù)較小的、 熱力學(xué)上不很有利的反應(yīng)更 需選擇合適的催化劑才能獲得所需要的

3、產(chǎn)物。2.薁簡述催化劑的吸附作用。羈答：當(dāng)氣體與清潔的固體表面接觸時，在固體表面上氣體的濃度高于氣相的現(xiàn)象稱吸附。 被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)， 吸附氣體的固體稱為吸附劑。 吸附質(zhì)在固體表面上吸附后存在后 的狀態(tài)稱為吸附態(tài)。 通常吸附是發(fā)生在固體表面的局部位置， 這樣的位置稱為吸附位或吸附 中心。吸附中心與吸附態(tài)共同構(gòu)成表面吸附絡(luò)合物。 當(dāng)固體表面的氣體濃度由于吸附而增加 時稱為吸附過程， 當(dāng)固體表面上氣體的濃度減少時稱為脫附過程。 當(dāng)吸附過程與脫附過程進(jìn) 行的速率相等時表面上氣體的濃度維持不變， 這樣的狀態(tài)稱為吸附平衡。 按推動力性質(zhì)可分 為物理吸附和化學(xué)吸附兩類。 物理吸附是反應(yīng)物分子靠范德華

4、力吸附在催化劑表面上， 這種 力是一種普遍存在的較弱的作用力， 被吸附的分子在吸附前后結(jié)構(gòu)變化不大。 化學(xué)吸附的推 動力是化學(xué)鍵力， 類似于化學(xué)反應(yīng)， 此過程只能在特定的吸附劑和吸附質(zhì)之間進(jìn)行。 這種力 較強，使吸附質(zhì)和吸附劑之間形成化學(xué)吸附鍵，吸附劑分子內(nèi)的電子云重新排布。3.羄吸附態(tài)的含義是什么？ 肁答：化學(xué)吸附態(tài)表明吸附物種在固體表面進(jìn)行化學(xué)吸附時的化學(xué)狀態(tài)、電子結(jié)構(gòu)、幾何構(gòu) 型。吸附態(tài)包括三方面的內(nèi)容： A. 被吸附的分子是否解離， 可將吸附分為解離吸附和締合吸 附；B. 催化劑表面吸附中心的狀態(tài)是原子、 離子還是他們的集團(tuán)吸附物占據(jù)一個原子或離子 時的吸附稱為單位吸附； 吸附物占據(jù)兩

5、個或兩個以上的原子或離子所組成的集團(tuán)時， 稱為多 位吸附。 C.吸附鍵的類型是共價鍵、離子鍵、配位鍵還是混合鍵型，以及吸附物種所帶電荷 類型與多少，一般來說分子吸附后，可以產(chǎn)生一種以上的吸附態(tài)。4.蚈什么叫做吸附熱？蒆答：吸附過程中發(fā)生熱效應(yīng)， 吸附熱的大小反映了吸附質(zhì)與吸附劑作用的強弱， 一般來說， 物理吸附熱很低，化學(xué)吸附熱很高，這與吸附作用力有關(guān)。在氣-固相催化反應(yīng)中，至少有一種反應(yīng)物要吸附在催化劑的表面上。 吸附鍵的強度要適當(dāng)， 吸附的過強或過弱都不利于下 一步化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。如果催化劑對反應(yīng)物吸附的過強，往往會形成較穩(wěn)定的表面絡(luò)合物； 吸附過弱， 反應(yīng)物分子活化不夠， 不利于反應(yīng)。

6、吸附物種與催化劑表面鍵合形成化學(xué)吸附鍵 的強弱， 由反應(yīng)物和催化劑的性質(zhì)及吸附條件決定。 其數(shù)值大小可由化學(xué)吸附熱度量。 吸附 熱越大，吸附鍵越強；反之，吸附熱越小，則吸附鍵越弱。5.蚃朗繆爾吸附的的四種假設(shè)（1）（2）膁吸附的表面是均勻的； （ 2）各吸附中心的能量相同； （ 3）吸附粒子間的相互作用可 以忽略；（ 4）吸附粒子與空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一個吸附粒子只占據(jù)一個吸附中心，吸附是單分子層的。6.聿簡述分子軌道理論的要點膈答：（1）.分子軌道有由原子軌道線性組合而成，分子軌道的數(shù)目與參與組合的原子軌道數(shù) 目相等。（2）.線性組合三原則。 A.對稱性一致原則； B.能量相近原

7、則； C.最大重疊原理。（ 3） 分子軌道能級圖，分子軌道的能量與組成它的原子軌道能量相關(guān)，能量由低到高螆組成分子軌道能級圖。 （ 4）分子軌道中的電子排布，分子中的所有電子屬于整個的分子， 在分子軌道中依能量由低到高的次序排布，同樣遵循能量最低原理，泡利規(guī)則和洪德規(guī)則。7.膁簡述金屬鍵的要點蒀答： 1.金屬離子通過吸引自由電子聯(lián)系在一起，形成金屬晶體，這就是金屬鍵。金屬鍵無方向， 無固定的鍵能，金屬鍵的強弱與自由電子的多少有關(guān)，也和離子半徑、電子結(jié)構(gòu)等其他很多因素有關(guān)， 金屬鍵的強弱， 可以用金屬原子化熱等來衡量。 金屬原子化熱是指 1 摩爾 的金屬變成氣態(tài)原子所需要的熱量。金屬原子化熱小時

8、，其熔點低，地質(zhì)軟；反之，則熔點 高 ，硬度大。（ 2）金屬可以吸收波長范圍極廣的光，并重新反射出，故金屬晶體不透明， 且有金屬光澤。 在外電壓的作用下， 自由電子可以定向移動， 故有導(dǎo)電性。 受熱時通過自由 電子的碰撞及其與金屬離子之間的碰撞， 傳遞能量，故金屬是熱的良導(dǎo)體。 （ 3）金屬受外力 發(fā)生變形時，金屬鍵不被破壞，故金屬有很好的延展性，與離子晶體的情況相反。（ 4）金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的。8.薅催化氧化反應(yīng)的特點是什么？ 蒄答：氧化反應(yīng)可以分為深度氧化（完全氧化）和部分氧化（選擇氧化），部分氧化的產(chǎn)物有含氧產(chǎn)物和不含氧產(chǎn)物。金屬氧化物催化劑主要催化的反應(yīng)類型烴類氧化

9、反應(yīng)。9.芁催化劑為什么會失活？再生的方法有哪些？袀答：催化劑的活性由于催化劑中毒、積炭、燒結(jié)等原因降低，從而使催化劑失活。催化劑 的活性和選擇性可能由于微量外來物質(zhì)的存在而下降， 此即為催化劑中毒。 積炭是催化劑在 使用過程中， 逐漸在表面上沉積一層炭質(zhì)化合物， 減少了可利用的表面積， 引起催化劑活性 衰退。所以積炭也可以看作是副產(chǎn)物的毒化作用。燒結(jié)是由于催化劑長期處于高溫下操作， 較小的晶粒重結(jié)晶為較大的晶粒， 減少了催化劑的比表面積使催化劑活性降低。 再生的方法 有：（ 1）蒸汽處理； （ 2）空氣燒焦；（ 3）通入氫氣或不含毒物的還原性氣體； （ 4）用酸或堿 液處理10.芇簡述多位反應(yīng)的機理芃答：以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途 , , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pou