工業(yè)催化答案

工業(yè)催化答案1.什么是催化劑？催化劑是一種能夠改變一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度，卻不改變化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡位置，本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗的化學(xué)物質(zhì)。3.催化作用有哪些基本特征a)催化作用不能改變化學(xué)平衡b)催化作用改變反應(yīng)歷程而改變反應(yīng)速度c)催化劑對加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性4.催化劑為什么不會改變化學(xué)平衡的位置？化學(xué)平衡是由熱力學(xué)決定的，＝—RT1n，其中為反應(yīng)的平衡常數(shù)，是產(chǎn)物與反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)自由焓之差，是狀態(tài)函數(shù)，只決定于過程的始終態(tài)，而與過程無關(guān)，催化劑的存在不影響值，它只能加速達到平衡所需的時間，而不能移動平衡點。5.催化劑為什么能加快反應(yīng)速度？催化劑能降低反應(yīng)的活化能6.按使用條件下的物態(tài)催化劑可分為幾類，各是什么？酸堿催化劑、非納米分子篩催化劑、金屬催化劑、金屬氧化物和硫化物催化劑、絡(luò)合催化劑，7.催化劑的組成包括哪幾部分？各部分功能?活性組分：化學(xué)活性助催化劑：對活性組分/載體改性載體：高表面積、孔結(jié)構(gòu)、機械強度8.吸附和催化有什么關(guān)系催化的前提是發(fā)生吸附，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)的進行。如果催化劑對反應(yīng)物吸附過強，往往形成較穩(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)。9.物理吸附與化學(xué)吸附有什么區(qū)別。物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附層單層或多層單層選擇性無有熱效應(yīng)較小，近于液化熱較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱吸附速度較快，不受溫度影響，不需活化能;較慢，溫度升高,速度加快，需要a.物理吸附是表面質(zhì)點和吸附分子之間的分子力而引起的。具體地是由永久偶極、誘導(dǎo)偶極、色散力等三種范德華引力。物理吸附就好像蒸汽的液化只是液化發(fā)生在固體表面上罷了。分子在發(fā)生物理吸附后分子沒有發(fā)生顯著變化。b.化學(xué)吸附是在催化劑表面質(zhì)點吸附分子間的化學(xué)作用力而引起的，如同化學(xué)反應(yīng)一樣，而兩者之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移并形成離子型，共價型，自由基型，絡(luò)合型等新的化學(xué)鍵。吸附分子往往會解離成原子、基團或離子。這種吸附粒子具有比原來的分子較強的化學(xué)吸附能力。因此化學(xué)吸附是多相催化反應(yīng)過程不可缺少的基本因素。10.畫出物理吸附與化學(xué)吸附勢能曲線，寫出Ea，Ed與Qc之間關(guān)系式。13.一定溫度下，有A,B,C三種氣體在固體表面上發(fā)生競爭吸附，在一定T時，當(dāng)達吸附平衡時，已知其吸附平衡常數(shù)分別為kA，kB，kC，，吸附平衡壓力分別為PA，PB，PC，，試導(dǎo)出A，B，C，的表達式（教材46頁公式）17.常見的固體酸催化劑有哪些，寫出描寫固體酸催化劑酸性強度的函數(shù)表達式。1）常見固體酸催化劑有a.天然黏土類（高嶺土，活性白土，天然沸石）b.浸潤類（，等液體浸潤于載體上（載體為，硅藻土）c.陽離子交換樹脂d.活性炭在273K下熱處理e.金屬氧化物硫化物(ZnS等)f.金屬鹽類(MgSO4BaF2等)g.合成復(fù)合氧化物(SiO2-Al2O3,合成分子篩等)2）酸強度表達式=p+lg負值越負，酸性越強18.分子篩的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)單元各是什么?常見的分子篩有幾種型號，各是什么?1）化學(xué)組成沸石分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽，其化學(xué)組成實驗式可表示為：[·]·ZO式中，M為金屬離子，人工合成時通常為Na開始；n為金屬離子的價數(shù)，x為SiO2的分子數(shù)，也可稱SiO2/Al2O3的摩爾比，俗稱硅鋁比；y為H2O分子的分子數(shù)。結(jié)構(gòu)單元：a.基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體（SiO4）和鋁氧四面體（AlO4）b.硅氧四面體和鋁氧四面體可通過氧原子（氧橋）聯(lián)結(jié)起來形成環(huán)。由四個四面體形成一個環(huán)就叫四元氧環(huán)。以此類推有五元氧環(huán)、六元氧環(huán)，八元氧環(huán)，十元氧環(huán)和十二元氧環(huán)等c.各種不同的環(huán)通過氧橋相互聯(lián)接又可形成三維空間的多面體。各種各樣的多面體構(gòu)成中空的籠。籠進一步相互聯(lián)接形成分子篩?；\是分子篩結(jié)構(gòu)的重要特征。2）常見型號:a.A型分子篩b.X、Y型分子篩c.絲光沸石型分子篩d.高硅沸石ZSM型分子篩e.磷酸鋁系分子篩19.常見的金屬催化劑是指的元素周期表中的哪些金屬元素，其電子結(jié)構(gòu)特征是什么?1）幾乎所有金屬催化劑都是過渡金屬。一般是d區(qū)元素（ⅠB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ）2）外層電子排布：最外層1-2個s電子，次層1-10d電子。最外層有1-2個電子，次外層有1-10個d電子，（n-1）dns有未成對的電子。即使象Cu，Ag，Au等d電子已經(jīng)完全充滿，由于d電子可以躍遷到s軌道上，因此d仍有未充滿的電子。通常稱為含有未充滿或未成對的d電子從而產(chǎn)生化學(xué)吸附。20.常見氣體在同一金屬上化學(xué)吸附強弱的順序如何，氣體在金屬上吸附強弱與其催化活性有什么關(guān)系金屬對氣體分子化學(xué)吸附強度順序>>>CO>>C>2）吸附的過強或過弱都不利于下一步化學(xué)反應(yīng)的進行。吸附過強，往往形成較穩(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)。21.金屬氧化物催化劑具有半導(dǎo)性，按半導(dǎo)性可把金屬氧化物催化劑分為幾種類型的半導(dǎo)體，并敘述各類半導(dǎo)體的特征。純氧化物摻入雜質(zhì)后在什么情況下表現(xiàn)為n-型，在什么情況下表現(xiàn)為p-型半導(dǎo)體.1）a.i型本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)，具有理想的完整的晶體結(jié)構(gòu)具有電子和空穴兩種載流體，例如Si、Ge、PbS、Fe3O4等。費米能級Ef在禁帶中間b.n型半導(dǎo)體：含有能供給電子的雜質(zhì)，此電子輸入空帶成為自由電子，空帶變成導(dǎo)帶。此雜質(zhì)叫施主雜質(zhì)。費米能級在施主能級和導(dǎo)帶能級之間c.p型半導(dǎo)體：含有易于接受電子的雜質(zhì)，半導(dǎo)體滿帶中的電子輸入雜質(zhì)中而產(chǎn)生空穴，此雜質(zhì)叫受主雜質(zhì)。費米能級在受主能級和禁帶能級之間2）加入少量低價離子形成n型半導(dǎo)體；加入少量高價離子形成p型半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后，產(chǎn)生的雜質(zhì)能級（施主能級：雜質(zhì)能級靠近半導(dǎo)體導(dǎo)帶下部）的電子容易激發(fā)到氧化物的導(dǎo)帶中產(chǎn)生自由電子而導(dǎo)帶，則表現(xiàn)為n型；雜質(zhì)能級（受主能級：雜質(zhì)能級靠近滿帶上部）的空穴容易接受氧化物的滿帶中躍遷的電子使?jié)M帶產(chǎn)生正電空穴而進行空穴導(dǎo)電，則表現(xiàn)為p型。22.氧化反應(yīng)常用具有(p)型半導(dǎo)性的氧化物作為催化劑，加氫反應(yīng)常用具有(n)型半導(dǎo)性的氧化物作為催化劑。23.什么是絡(luò)合催化，按分子軌道理論，說明絡(luò)合催化的本質(zhì)（提示，可以Pd2+與乙烯C2H4形成σ-鍵為例圖示并說明）.絡(luò)合催化，是指催化劑在反應(yīng)過程中對反應(yīng)物起絡(luò)合作用，并使之在配位空間進行催化的過程。其起催化作用的是由過渡金屬元素構(gòu)成的中心離子或原子，與周圍具有孤對電子的配位體組成的絡(luò)合物。25.固體催化劑制備包括哪三大步驟？a.原料的選擇和配料b.制備催化劑的母體c.活化成型26.制備固體催化劑母體的方法有哪些？a.膠凝b.沉淀c.老化、過濾與洗滌d.浸漬e.混碾、噴涂、離子交換f.熔融、瀝濾28.催化劑制備過程中，母體制備好后，為什么要進行煅燒（目的），煅燒過程中會有哪些反應(yīng)發(fā)生？1）煅燒是對催化劑母體在不低于其使用溫度下進行的熱處理過程。嚴格控制煅燒溫度后，可以獲得與良好催化性能密切相關(guān)的物相、晶型、晶密度、孔結(jié)構(gòu)、比表面。2)煅燒過程中的反應(yīng)：熱分解；發(fā)生固相合成反應(yīng)；形成固溶體；發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變；29.催化劑活化方式有哪幾種？活化是將催化劑經(jīng)化學(xué)處理，使其轉(zhuǎn)化為催化反應(yīng)所需要的活性物相和結(jié)構(gòu)等。根據(jù)催化劑和催化反應(yīng)的不同可以分為還原活化、氧化活化、硫化活化。30.催化劑反應(yīng)中，不同反應(yīng)器與所用的催化劑的形狀有什么聯(lián)系？流化床反應(yīng)器用微球或粉末催化劑，固體床用顆粒催化劑。31.催化劑的形狀分類及各種形狀的成型方法?形狀：無定形、球形，圓柱形，條形，片形，蜂窩形，三葉草形，Cat形狀方法：壓力成型，收縮成型，擠條成型，油中成型，噴霧成型，轉(zhuǎn)動成型32.催化劑活性組分選擇的方法有哪些?周期表模擬，活性樣板，主體性質(zhì)，幾何形狀，化學(xué)性質(zhì)。33.催化劑中助劑的作用是什么?改變催化劑的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、離子價態(tài)、酸堿性、晶格結(jié)構(gòu)、表面構(gòu)造、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機械強度等，從而提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命，促進活性組分的功能，也可以促進載體的功能。34.催化劑中載體的作用是什么?a．提供有效的表面和適宜的孔結(jié)構(gòu)b.增強催化劑的強度，使催化劑具有一定的形狀c.改善催化劑的傳導(dǎo)性d.減少活性組分的含量e.載體提供附加的活性中心f.活性組分與載體之間的溢流現(xiàn)象和強相互作用35.催化劑失活的主要原因?①中毒②積炭③燒結(jié)、揮發(fā)與剝落④粉化⑤流失。36.金屬催化劑的毒物主要有哪些，其結(jié)構(gòu)特征是什么1）酸性催化劑的毒物主要是堿性物，包括堿金屬和堿土金屬的離子，如Na+,K+,Ca+,Ba+等能置換B酸中心的H+，是B酸位中毒，中毒強弱順序Cs>K=Ba>Na>Li，離子半徑大的離子毒性強。2）金屬催化劑的毒物有硫化物（H2S,COS,CS2和有機硫RSH,RSR），砷化物，重金屬雜質(zhì)等。其有三類：a.含有具有孤對電子結(jié)構(gòu)的V主族（N,P,As,Sb）和Ⅵ主族（O,S,Se,Te）元素的物質(zhì)b.有空的s軌道的金屬離子如Cu+,Ag+,Cd2+,Hg2+,Ni+c.不飽和分子CO,C2H2,芳香族化合物。它們的共同特征是具有未配對電子或孤對電子，有很強的絡(luò)合能力。37.什么叫積碳？積碳的形態(tài)有哪些？原因?防止積碳的方法?1）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，引起催化劑活性的衰退。2）積炭形態(tài)：固態(tài)的無定形碳、層狀石墨碳、管須狀結(jié)晶碳、粘稠狀液態(tài)碳、焦油。3）原因：①熱裂解②催化裂解③深度脫氫④烯烴聚合。4)防止方法：①合金化；②添加助劑；其他方法：因反應(yīng)類型和所用催化劑而異（很多氧化反應(yīng)，可在反應(yīng)氣中引入水蒸氣或同時加入堿性氧化物，可以起到消碳作用）38.催化劑的再生中燒炭再生的三個步驟是什么?1)除去催化劑中的烴和揮發(fā)物，這必須在惰性氣氛中進行。2)除去硫和輕質(zhì)碳，溫度250-350℃。3)除去碳。39.催化劑安全使用的條件是什么?采用合理的操作條件：溫度、壓力、反應(yīng)物組成與含量、氣流速度。40.催化劑表征的內(nèi)容和方法內(nèi)容：1.宏觀結(jié)構(gòu)：a、催化劑密度：顆粒密度、骨架密度、堆密度b、幾何形狀：圓球、圓柱體、圓環(huán)柱體、粉末、微球c、比表面d、孔結(jié)構(gòu):孔徑、孔徑分布、孔容、孔隙率宏觀性能：機械強度（耐壓，耐磨，耐沖擊）、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、擴散系數(shù)。2.微觀結(jié)構(gòu)和性能：催化劑本體及表面的化學(xué)組成、物相結(jié)構(gòu)、活性表面、晶粒大小、分散度、價態(tài)、酸堿性、氧化還原性、各組分的分布及能量分布。特