第01章-催化剂与催化作用
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第一章催化简史1、催化剂这一概念历史上最早是由哪个国家的哪位科学家于何年何刊物中正式提出的?答:1836年,瑞典科学家贝采利乌斯(J.J.Berzelius)在《物理学与化学年鉴》中首次提出“催化剂”这一概念。
2、催化剂的本质是什么?它最早由哪个国家的哪位科学家于何年提出?答:催化剂的本质是降低化学反应的活化能,把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应。
在这两个反应中,第一个反应中催化剂扮演反应物的角色,第二个反应中催化剂扮演生成物的角色,所以说从总的反应方程式上来看,催化剂在反应前后没有变化。
3、工业合成氨催化剂的主要成分有哪些?历史上由于合成氨催化剂和工业化研究而获得诺贝尔化学奖的科学家是哪个国家的哪两位?答:工业合成氨催化剂为铁触媒,其主要成分为Fe、Al2O3、K2O,由于合成氨催化剂和工业化研究,德国科学家哈伯(F.Haber)获得1919年诺贝尔化学奖,博什(C.Bosch)获得1931年诺贝尔化学工程、高压设备奖。
4、合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由谁最早发明的?其主要组成为何?答:合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由德国科学家齐格勒(K.Ziegler)最早发明的,其主要组成为四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al(C2H5)3]。
5、历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是哪个国家的哪位科学家。
他所发明的聚丙烯催化剂的组成为何?答:历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是意大利科学家纳塔(G.Natta),他所发明的聚丙烯催化剂的组成为三氯化钛-三乙基铝[TiCl3-Al(C2H5)3]。
第二章催化剂与催化作用1、什么是催化剂?什么是催化作用?催化作用的本质是什么?催化作用的特征主要有哪四个方面?答:催化剂是这样一种物质,由于它的存在,使化学反应趋于平衡的速度大大加快了,而它本身的组成、数量在反应前后没有发生变化。
Fsw第一章1催化剂和催化作用催化剂:是一种能够改变一个化学反应的反应速度,却不改变化学反应热力学平衡位置,本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质催化作用:是指催化剂对化学反应所施加的作用。
具体地说,催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激发与活化,使后者以很高的反应性能进行反应。
2催化剂性能指标:催化活性、选择性、产物收率、稳定性或寿命第二章1.吸附现象:当气体与清洁的固体表面接触时,在固体表面上气体的浓度高于气相.这种现象称为吸附现象。
被吸附的气体称为吸附质。
吸附气体的固体称为吸附剂。
吸附平衡:当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时,表面上气体的浓度维持不变,这样的状态。
2..3.化学吸附态:是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。
4.画出Langmuir等温线,Langmuir的假设:1、吸附的表面是均匀的,各吸附中心的能量同构;2、吸附粒子间的相互作用可以忽略;3、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附,一个吸附粒子只占据一个吸附中心,吸附是单分子层的;4、在一定条件下,吸附速率与脱附速率相等,从而达到吸附平衡。
Langmuir吸附等温式:第三章1.比表面积:每克催化剂上具有的表面积称为比表面积2.BET理论的假设:1、吸附的表面是均匀的;2、吸附粒子间的相互作用可以忽略;3、多层吸附,各层间吸附与脱附建立动态平衡。
3.比孔容:每克催化剂颗粒内所有的体积总和称为比孔体积,或比孔容,以Vg表示。
4.孔隙率:催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比,以θ表示。
5.中孔:中孔,指半径在(2—50)nm。
6.接触角:在液体和固体接触处,分别作液体表面和固体表面的切线,这两条切线在液体内的夹角称为接触角。
(会画)第四章1.多相催化反应过程分析:(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散;(2)反应物分子在催化剂表面上吸附;(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应;(4)反应产物自催化剂表面脱附;(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识催化剂是指能够改变化学反应速率但本身不参与反应的物质。
催化作用是通过催化剂为反应提供新的反应路径,降低反应的活化能,从而加快反应速率。
催化剂与催化作用是化学领域中的重要概念,本文将介绍催化剂与催化作用的基本知识。
一、催化剂的作用机理催化剂通过提供新的反应路径,降低反应的活化能,促进化学反应的进行。
催化剂表面上的活性位点与反应物分子发生相互作用,进而改变反应物的键能和键角,使得反应物易于发生化学反应。
催化剂不会消耗掉,而是在反应结束后可以从体系中分离出来,因此催化剂可以在许多次反应中重复使用。
二、催化剂的分类催化剂可以根据其所参与的反应类型进行分类,常见的催化剂有酸性催化剂、碱性催化剂和金属催化剂等。
1.酸性催化剂:酸性催化剂在催化作用中起到质子供给的作用,常见的酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸等。
酸性催化剂一般用于酸催化反应,如酯的酸催化水解反应、糖类的酸催化裂解反应等。
2.碱性催化剂:碱性催化剂在催化作用中起到电子供给或接受的作用。
碱性催化剂常见的有氢氧化钠、氢氧化钾等。
碱性催化剂一般用于碱催化反应,如酮类的否明反应、酮类的甲酰化反应等。
3.金属催化剂:金属催化剂可以通过改变反应物的电子结构或提供新的电子通道来促进反应。
常见的金属催化剂有铂、铁、铂铁等。
金属催化剂一般用于氧化还原反应、加氢反应等。
三、催化作用的特点1.催化作用能够提高反应速率,有时甚至可以达到数个数量级的效果。
2.催化剂可以对多种不同的反应起到催化作用,具有广泛的适应性。
3.催化剂与反应物之间的相互作用是可逆的,催化剂可以在多次反应中重复使用。
4.催化剂对反应的选择性较高,可以选择性地促进特定的反应。
四、催化剂的选择和设计催化剂的选择和设计是催化反应的关键步骤。
合适的催化剂可以提高反应速率,降低反应条件,并且具有良好的选择性。
1.催化剂的选择要考虑反应类型和反应物的特性。
不同类型的反应需要使用不同的催化剂,如酸催化反应使用酸性催化剂,氧化反应使用氧化剂催化剂等。
第1、2章复习思考题1、催化剂是如何定义的?催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置,且自身不被明显消耗的物质。
2、催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些?1)使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。
2)由过去常常使用的一种原料,可以改变为多种原料。
3)原来无法生产的过程,可以实现生产。
4)原来需要多步完成的,变为一步完成。
5)由原来产品质量低,能耗大,变为生产成本低,质量高6)由原来转化率低,副产物多,污染严重,变为转化率高,产物单一,污染减少3、载体具有哪些功能和作用?8①分散作用,增大表面积,分散活性组分;②稳定化作用,防止活性组分熔化或者再结晶;③支撑作用,使催化剂具备一定机械强度,不易破损;④传热和稀释作用,能及时移走热量,提高热稳定性;⑤助催化作用,某些载体能对活性组分发生诱导作用,协助活性组分发生催化作用。
4、代表催化剂性能的重要指标是什么?催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标,它主要包括催化剂的活性、选择性和稳定性。
(1)催化剂的活性:指催化剂能加快化学反应的反应速度的程度(2)催化剂的选择性:使反应向生成某一特定产物的方向进行。
(3)催化剂的稳定性:是指在使用条件下,催化剂具有稳定活性的周期5、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步?实质上可分为几步?(1)外扩散—内扩散—化学吸附—表面反应—脱附—内扩散—外扩散(2)物理过程—化学过程—物理过程6、吸附是如何定义的?气体与固体表面接触时,固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。
7、物理吸附与化学吸附的本质不同是什么?本质:二者不同在于其作用力不同,前者为范德华力,后者为化学键力,因此吸附形成的吸附物种也不同,而且吸附过程也不同等诸多不同。
不同的表现形式为:(后面)8、为何说Langmuir吸附为理想吸附?基本假设是什么?模型假设:①吸附表面均匀,各吸附中心能量相同;②吸附分子间无相互作用;③单分子层吸附,吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附,一个分子只占据一个吸附中心;④在一定条件下,吸附与脱附可建立动态平衡。
第一章催化剂根本知识1、名词解释(1)活性:催化剂使原料转化的速率,工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间内转化原料反响物的数量来表示,如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千克数。
(2)选择性:目的产物在总产物中的比例,实质上是反响系统中目的反响与副反响间反响速度竞争的表现。
(3)寿命:指催化剂的有效使用期限。
(4)均相催化反响:催化剂与反响物同处于一均匀物相中的催化作用。
(5)氧化复原型机理的催化反响:催化剂与反响物分子间发生单个电子的转移,从而形成活性物种。
(6)络合催化机理的反响:反响物分子与催化剂间配位作用而使反响物分子活化。
(7)〔额外补充〕什么是络合催化剂?答:一般是过渡金属络合物、过渡金属有机化合物。
(8)反响途径:反响物发生化学反响生成产物的路径。
(9)催化循环:催化剂参与了反响过程,但经历了几个反响组成的循环过程后,催化剂又恢复到初始态,反响物变成产物,此循环过程为催化循环。
(10)线速度:反响气体在反响条件下,通过催化床层自由体积的的速率。
(11)空白试验:在反响条件下,不填充催化床,通入原料气,检查有无壁效应,是否存在非催化反响。
(12)催化剂颗粒的等价直径:催化剂颗粒是不规那么的,如果把催化剂颗粒等效成球体,那么该球体的直径就是等价直径。
(13)接触时间:在反响条件下的反响气体,通过催化剂层中的自由空间所需要的时间。
(14)初级离子:内部具有严密构造的原始粒子。
(15)次级粒子:初级粒子以较弱的附着力聚集而成-----造成固体催化剂的细孔。
2.表达催化作用的根本特征,并说明催化剂参加反响后为什么会改变反响速度?①催化剂只能加速热力学上可以进展的反响,而不能加速热力学上无法进展的反响。
②催化剂只能加速反响趋于平衡,而不能改变平衡的位置〔平衡常数〕。
③催化剂对反响具有选择性。
④催化剂的寿命。
催化剂之所以能够加速化学反响趋于热力学平衡点,是由于它为反响物分子提供了一条轻易进展的反响途径。
第一章催化剂与催化作用基本知识1、简述催化剂的三个基本特征。
答:①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值,只能加速一个热力学上允许的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的;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=CH2Bi3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O3和K20,解释催化剂各组成部分的作用。
答:Fe3O4:主催化剂,催化剂的主要组成,起催化作用的根本性物质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的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的气相分压分别为p A和p B。
吸附平衡常数为k A和k B。
求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB.解:对于气体A:吸附速率v aA=k aA P A(1—θA—θB);脱附速率v dA=k dAθA平衡时:v aA=v dA ,即θA=(k aA/k dA)P A(1—θA—θB)=k A·k B(1—θA—θB)对于气体B:吸附速率v aB=k aB P B(1—θA-θB)2;脱附速率v dB=k dBθB2平衡时:v aB=v dB ,即θ2= k B P B(1—θA—θB)2。