催化何杰课程知识点思考题和习题.pdf

“工业催化”课程知识点、思考题和习题“工业催化”课程知识点、思考题和习题 第一章第一章 绪论绪论 知识点知识点：催化剂的发展史，催化剂的作用，催化剂市场。重重 点点：1.发展经历的阶段；2.纪催化研究方向与重点。3 在国计民生中的作用。4.剂就没有现代化学工业。结合煤化工和精细化工方向，分别讨论催化剂在各方向中的具体催化过程与催化剂应用实例。列举生活中的催化现象。思考题思考题 1.催化剂的发展经历了那些阶段？各阶段发展过程中有那些典型的催化事列？2.催化剂研究的重要性体现在那些方面？3.为什么说没有催化剂就没有现代化学工业？第二章第二章 催化作用与催化剂催化作用与催化剂 知识点知识点：催化剂基本概念，作用特征，分类；重点重点：1.催化剂、催化作用、催化循环的表述方法。2.催化剂的四个作用特征，催化剂如何加快化学反应速度；3.熟悉催化剂的分类法。思考题思考题 1.催化剂作用的特征有那些？催化剂能否改变化学平衡？2.催化剂是如何加快化学反应速度的？3.催化剂的活性、选择性的含义是什么？4.催化反应的反应热、活化能是否与非催化反应的相同？为什么？5.催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？6.举例说明催化循环？7.载体在催化剂中的作用是什么？结构型助剂与调变型助剂有何区别？8.一个好的工业催化剂应满足哪些条件？9.何为转化率、收率和比活性？如何计算转化率、收率和选择性？10.固体催化剂按导电性分为几类？每类催化剂的基本特征是什么？习题习题 1.合成氨反应，450 C下无催化剂时活化能为 83Kcal/mol,使用铁催化剂后，活化能降为 43Kcal/mol,求催化反应速度加快了多少倍？2.丙烯氨氧化生产丙烯晴，原料气流量 1.9NL/min，内含丙烯 76.85%，产物用水吸收，吸收液体积为 9750mL/30min，其中丙烯晴浓度为 0.65%，该溶液比重为 1.00，尾气量为 421.3 NL/30min，内含丙烯 0.7%，计算丙烯晴转化率、丙烯晴产率和丙烯晴选择性。3.已知 CH2=CH2+1/2O2 k1 +25.17 Kcal/mol,E1=12Kcal/mol CH2=CH2+3O2 k2 2CO2+2H2O+339.6 Kcal/mol,E2=15Kcal/mol 问当温度由 200 C升高到 300 C时,生成环氧乙烷和 CO2 的速度常数之比 k1/k2各为多少？设 A1和 A2相等。4.正己烷裂化反应，达到规定的反应速率，用沸石催化剂反应温度为 270 C，用无定形 SiO2-Al2O3催化剂需 450 C，设上述温度范围内反应活化能皆为125KJ/mol，求两种催化剂的活性比。a)A(目的产物)两个反应均为一级反应，若欲提高生成 B1的相对选 B2（副产物）择性，所的用催化剂对两个反应的活化能 E1和 E2应有怎样的关系？这种情况下，低温还是高温对提高 B1的选择性有利？5.为使于 400K 进行的某非催化反应提高反应速度到原来的 103倍，向此体系中加入催化剂，若非催化反应的指前因子为催化反应的 1012倍，那么催化反应的活化能比非催化反应的降低多少 KJ/mol。第三章第三章 吸附作用与多相催化吸附作用与多相催化 知识点知识点：多相催化反应步骤、吸附与吸附等温方程、吸附的应用 重点重点：1.多相催化的反应步骤 2.吸附等温线与应用 思考题思考题 1.说明吸附热、吸附活化能、脱附活化能随表面覆盖度变化而变化的原因？并画出变化关系图。2.吸附热数据在催化剂研究中有何用途？3.朗格谬尔、焦姆金、弗兰德里西化学吸附等温式的假设及用途是什么？4.何为控制步骤？研究催化反应控制步骤对选择和 改进催化剂有何用途？如何消除内、外扩散影响？5.表面催化反应包括哪几个步骤？6.过渡金属电子结构的主要特性是什么？为何能作为催化剂使用？7.d穴和 d%的含义是什么？脱除功 的含义是什么？如何改变催化剂的 d穴和？8.生成热与金属催化剂的活性有什么关系？9.影响金属催化剂的化学吸附性能的因素有哪些？影响其活性和选择性的基本因素有哪些？习题习题 1.0 C时测得 O2在硅胶上的吸附数据为：P(mmHg)83.0 142.4 324.6 594.1 V(Nml)0.169 0.284 0.616 1.043 试判断 O2在硅胶上的吸附类型？并求出吸附平衡常数。2.CO 与 H2的甲烷化反应为 CO+3H2=CH4+H2O H=-49.3Kcal/mol 当采用 Ni/Al2O3为催化剂时，CO 吸附、H2和 H2O 不吸附，测得 CO 吸附活化能为 10Kcal/mol，吸附热为 H=-16Kcal/mol，吸附 CO 和气相 H2 的表面反应活化能为32Kcal/mol，反应热 H=-44Kcal/mol,CH4的脱附活化能为 20Kcal/mol。（1）画出表面催化反应过程的能量变化；（2）计算甲烷的吸附活化能；（3）指出催化反应的控制步骤；（4）计算催化反应的表观活化能。3.试按 Stevenson 法计算 H2 在 W、Co、Cu、和 V 上的化学吸附热。4.含 Cu 的催化剂常用于水煤气变换反应和合成甲醇反应，、含 Ni 的催化剂为何不适于用作合成甲醇的催化剂，而被用于甲烷化反应？试解释之。5.画出 O2、N2、C2H2、C2H6、C6H6、C6H5OH 在金属表面的吸附态的可能结构。6.下列氧化物可能显示何种半导性？VO2、Cu2O、WO3、Nb2O5。第四章第四章 各类催化剂及其催化作用各类催化剂及其催化作用 知识点：知识点：固体酸碱催化剂、分子筛催化剂、金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂和络合催化剂的结构、性能特征及应用 重点：重点：各类催化剂的结构特点与作用机理。思考题思考题 1.何谓质子酸和非质子酸？它们的催化作用有何异同？2.酸度和酸强度的含义？如何测定？区别 B 酸和 L 酸的实验方法？3.为什么 SiO2-Al2O3会有酸性？其 B 酸、L 酸活性中心的结构特征及相互转化的条件是什么？4.分子筛催化剂有哪些重要特性？其表面酸性是怎样产生的？5.影响分子筛催化剂的酸度和酸强度的主要因素是什么？改变其酸度和酸强度的方法有哪些？6.决定酸碱催化剂活性和选择性的基本因素是什么？7.何谓络合催化？其主要特点是什么？8.何谓杂化轨道？各种杂化轨道的几何特征是什么？9.配位中心与配位体的含义是什么？10.配位化合物的结构特点是什么？11.何谓 d 轨道能级分裂及分裂能？12.举例说明 配键、-配键的含义？它们在络合催化中的作用？13.烯烃络合催化氧化的机理是什么？14.烯烃与 CO、H2羰基合成醛、醇的机理是什么？15.半导体催化剂在晶体结构上有什么不同？16.费米能级的意义？半导体与费米能级的关系？改变费米能级的办法？17.影响半导体催化剂化学吸附的因素有哪些？18.影响半导体催化剂的活性、选择性的因素？如何提高半导体催化剂的活性、选择性？19.合成氨催化剂的组成及各组分的作用是什么？提高其活性应如何着手？20.何谓结构敏感性反应？合金的组成与结构及其对催化剂的性能有何影响？习题习题 1.醇类脱氢可用 ZnO 催化剂，试解答下列问题：（1）在反应条件下 ZnO 属何种半导体？怎样判别？（2）哪些杂质可以增加 ZnO 的导电能力？为什么？（3）画出 ZnO 半导体的能带图（包括杂质能级和费米能级）；（4）如果在 ZnO 上的催化反应属于得电子气体吸附控制，那么引入哪些物质可以提高催化剂的活性？（5）画出催化作用的电子转移关系图。2.丙烯氧化制丙烯醛反应为 CH3CH=CH2+O2CH2=CHCHO+H2O，主要副产物为 CO、CO2、CH3CHO、HCHO 等，若采用钼酸锡为催化剂，讨论：CH3CH=CH2及 O2的活化吸附态及其吸附活性中心？反应机理：电子转移关系图；控制步骤；根据反应类型及副产物特点，举例说明提高催化剂活性及选择性的可用助剂。3.已 知RTiCl4(RCH=CH2)是 烯 烃 定 向 聚 合 的 中 间 活 化 配 合 物，HFe(CO)3(RCH=CH2)是烯烃与 CO 和 H2羰基合成醇类的中间活化配合物，（1）画出其空间结构图；（2）画出其电子结构图。4.已知 25 C时 H3BO4、H3PO4、(COOH)2、CH3COOH 的离解平衡常数如下表：物质 H3BO4 H3PO4(COOH)2 CH3COOH Ka(1)20.5.8410-1021.7.1110-2 22.5.3510-2 23.1.7610-5 Ka(2)24.1.810-13 25.6.3410-8 26.5.4210-5 Ka(3)27.1.610-14 28.2.210-13 （1）分别计算它们的酸强度；（2）当浓度为 0.1 M、0.01 M、0.001M 时的酸度和总酸度；（1）画出 H3BO4、H3PO4的酸强度与酸度的关系图。5.乙烯水合制乙醇适宜的酸强度范围为-8.2H0-3；丙烯水合制异丙醇适宜的酸强度范围为-3H01.5；已测得几种物质的酸度与酸强度的关系如下图：（1）选择对乙烯水合反应适宜的催化剂，并写出各物质的催化活性顺序？（2）选择对丙烯水合反应适宜的催化剂，并写出各物质的催化活性顺序？6.苯加氢为环己烷，要求金属的 d穴为 1，原子半径在 1.241.38，并且表面质点呈三角形排列，试指出哪些金属的何晶面符合此要求？7.丁烯在 Sb2O5-Fe2O3催化剂上氧化脱氢的化学反应为：CH3CH2CH=CH2+1/2 O2 CH2=CH-CH=CH2+H2O 主要副产物是丁烯的裂解氧化及深度氧化，(1)已知 Sb2O5-Fe2O3吸附氧后电导率变小，生成丁二烯的速度为 r=kPC4=，指出Sb2O5-Fe2O3是何种半导体？催化反应的控制步骤和反应类型？(2)丁烯和氧的活化吸附态及吸附活性中心？画出电子转移关系图；(3)催化剂中分别加入适量 TeO2（晶格取代）及 K（间隙原子）时，催化剂的电导率、活性、选择性如何变化？第五章第五章 工业催化剂的制备与使用工业催化剂的制备与使用 知识点知识点：沉淀法、浸渍法、混合法、熔融法离子交换法制备催化剂的原理与方法，催化剂的成型方法，催化剂制备技术的新进展，工业催化剂的应用；重点重点：浸渍法制备催化剂的方法，如何控制条件以制备不同形态的催化剂 思考题思考题 1.常用的工业催化剂的制备方法有哪些？各自的有缺点及适用场合是什么？2.如何控制浸渍条件以获得活性组分各种不同分布的催化剂？3.沉淀法制备工业催化剂应如何选择原料、沉淀剂、沉淀反应？沉淀的条件有哪些？沉淀法制备催化剂有那些优缺点？4.列出常用的均匀沉淀剂母体。5.浸渍法催化剂主要用于哪些类型催化剂的制备？6.如何选择催化剂的载体？催化剂载体有哪些功能？7.对于选择性氧化反应，应选择什么样的催化剂载体？8.对于独立进行或平行的反应，如果主反应的速率大于副反应速率，为提高催化剂选择性应采用大孔还是小孔催化剂合适？为什么？9.对于串连反应，目的产物为中间物时，应采用大孔还是小孔催化剂合适？为什么？10.煅烧的目的是什么？如何控制活性成分的分布？11.催化剂的成型方法有哪些？影响催化剂成型的条件有哪些？如何选择成型方法？12.催化剂的形状不同对催化剂的性能有什么影响？如何确定催化剂的形状？13.钝化操作的目的是什么？14.中毒的分类有哪些？中毒的机理有哪些？催化剂失活的原因有哪些？如何避免催化剂失活？第六章第六章 工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征 知识点：知识点：催化剂活性的评价指标、方法，实验室反应器，催化剂比表面积与孔径分布的测定方法原理。重点重点：1.了解催化剂活性评价的目的，方法；2.转化率、选择性、收率、空时收率的概念及计算方法；3.积分反应器、微分反应器的区别；4.循环反应器的特点；5.催化剂空关物性测试。思考题思考题 1.催化剂的性能指标有那些？如何评价催化剂的性能指标？2.催化剂的宏观结构主要包括那些内容？3.实验室有哪些类型的反应器？比较各种反应器的性能特点？4.计算转化率、选择性、收率。5.如何消除内、外扩散？6.催化剂的密度有哪几种不同表示方法？7.如何测定催化剂的比表面积？第七章第七章 催化剂表征的现代物理方法简介催化剂表征的现代物理方法简介 知识点知识点：气相色谱技术、热分析技术、X-射线分析技术、电子显微镜等在催化剂研究中的应用 重重 点点：1.X 射线衍射在催化剂研究中的应用 2.气相色谱技术在催化剂研究中的应用 3.热分析技术在催化剂研究中的应用 4.电子显微镜在催化剂研究中的应用 思考题思考题 1.催化剂的微观结构主要包括那些内容？2.热分析在催化剂研究中有那些应用？3.X-射线结构分析在催化剂研究中有那些应用？4.电镜在催化剂研究中有那些应用？5.了解我校有那些大型仪器可用于对催化剂的研究。第八章第八章 催化新技术与新材料催化新技术与新材料 知识点：知识点：催化与环境保护、污染物治理，生物技术与催化、节能减排、能源开发与利用与催化等 重点：重点：1.催化剂在环境保护与污染物治理方面的应用；2.新能源开发与催化；3.节能减排与催化新技术。思考题：思考题：1.了解燃料电池与催化技术的关系。2.解催化燃烧技术的新近展，特别是天然气催化燃烧技术领域中的进展。3.如何利用催化技术解决新能源问题？4.催化技术在解决大气污染与水体污染有何特点？5.大气中可能有的吸附与催化过程有哪些？它们对气候产生怎样的影响？第九章第九章 工业催化的新进展工业催化的新进展 知识点：知识点：催化剂与能源化工 重点：催化剂在煤化工中的应用