第四章金属催化剂作业

第四章金属催化剂及其催化作用4.1 金属催化剂的应用及其特性4.1.1 金属催化剂概述及应用金属催化剂是一类重要的工业催化剂。

主要包括块状催化剂，如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等；分散或者负载型的金属催化剂，如Pt-Re/-Al2O3重整催化剂，Ni/Al2O3加氢催化剂等；4.1.2 金属催化剂的特性几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。

过渡金属能级中都含有未成对电子，在物理性质中表现出具有强的顺磁性或铁磁性，在化学吸附过程中，这些d电子可与被吸附物中的s电子或p电子配对，发生化学吸附，生成表面中间物种，从而使吸附分子活化。

金属适合于作哪种类型的催化剂，要看其对反应物的相容性。

发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。

除表面外，不深入到体内，此即相容性。

如过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，因为H2很容易在其表面吸附，反应不进行到表层以下。

但只有“贵金属”（Pd、Pt，也有Ag）可作氧化反应催化剂，因为它们在相应温度下能抗拒氧化。

故对金属催化剂的深入认识，要了解其吸附性能和化学键特性。

4.2 金属催化剂的化学吸附4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系不同的金属催化剂的化学吸附能力取决于各种因素，包括金属化学性质、气体化学性质、金属结构、吸附条件等等，见表4－3。

1 具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附2 电子云重叠少，吸附弱；电子云重叠多，吸附强。

3 气体的化学性质越活泼，化学吸附越容易。

4 吸附条件也有一定影响。

低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附（但不能太高，否则TPD怎么做？）。

压力增加对物理吸附和化学吸附都有利。

4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系金属催化剂催化活化的过程可以看成是化学吸附的过程，化学吸附的状态与金属催化剂的逸出功及反应物气体的电离势有关。

1 电子逸出功：将电子从金属催化剂中移到外界所需的最小功，或电子脱离金属表面所需的最低能量。

第四章金属催化剂及其催化作用1、金属催化剂的应用及其特性1）金属催化剂的应用金属催化剂：指催化剂的活性组分是纯金属或者合金纯金属催化剂：指活性组分只由一种金属原子组成，这种催化剂可单独使用，也可负载在载体上合金催化剂：指活性组分由两种或两种以上金属原子组成2）金属催化剂的特性常用的金属催化剂的元素是d区元素，即过渡元素（ⅠB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ族元素）金属催化剂可提供的各种各样的高密度吸附反应中心2、金属催化剂的化学吸附1）金属的电子组态与气体吸附能力间的关系（1）金属催化剂化学吸附能力取决于金属和气体分子的化学性质，结构及吸附条件（2）具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附（3）价键理论：不同过渡金属元素的未结合d电子数不同，他们产生化学吸附的能力不同，其催化性能也不同（4）配位场理论：金属表面原子核体相原子不同，裸露的表面原子与周围配位的原子数比体相中少，表面原子处于配位价键不饱和状态，他可以利用配位不饱和的杂化轨道与被吸附分子产生化学吸附。

（5）吸附条件对进水催化剂的吸附的影响：低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附高压有利于物理吸附，也有利于化学吸附2）金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系（1）金属催化剂的电子逸出功（脱出功）定义：将电子从金属催化剂汇中移到外界（通常是真空环境中）所需做的最小功，或者说电子脱离金属表面所需要的最低能量符号：Φ，在金属能带图中表现为最高空能级与能带中最高填充电子能级的能量差意义：其大小代表金属失去电子的难易程度或说电子脱离金属表面的难易（2）反应物分子的电离势定义：指反应物分子将电子从反应物中移到外界所需的最小功，用I表示。

意义：其大小代表反应物分子失去电子的难易程度。

电离能：激发时所需的最小能量（3）化学吸附键和吸附状态①当Φ>I时，电子将从反应物分子向金属催化剂表面专业，反应物分子变成吸附在金属催化剂表面上的正离子。

反应物分子与催化剂活性中心吸附形成离子键，它的强弱程度决定于Φ与I的相对值，两者相差越大，离子键越强。

催化原理作业第⼀章催化剂与催化作⽤基本知识1．催化剂的定义及催化剂的催化作⽤包含哪三个⽅⾯？2．催化反应的分类？3．催化剂分类并举例。

4．固体催化剂的组成。

5．载体的作⽤。

6．催化剂的反应性能及表⽰⽅法。

7．催化剂要具备哪些性能才能满⾜⼯业⽣产的要求？8．多相催化反应主要包括哪七步？9．简单阐述外扩散和内扩散的定义。

10. 催化剂的稳定性的定义及包含哪⼏个⽅⾯。

第⼆章催化剂的表⾯吸附与孔扩散1．简述吸附现象；吸附及脱附过程的定义。

2．物理吸附及化学吸附的内涵及它们之间的特性区别。

3．化学吸附的类型。

4．解释缔合吸附并举例说明。

5．催化剂的吸附等温线可分为哪⼏种类型？从曲线的形状可对催化剂的性质获得哪些了解？6．将经过活化的硅胶（粒度为40⽬~120⽬）分别采⽤氦和汞的置换体积来测定真密度和假密度。

实验数据如下：硅胶质量为101.5 g ，氦置换体积为45.1mL，汞置换体积为82.7mL。

已知硅胶⽐表⾯积为400m2·g-1，试计算：（1）硅胶的真密度和假密度；（2）硅胶的⽐孔容；（3）硅胶的孔隙率；（4）硅胶的平均孔径。

第三章酸碱催化剂及其催化作⽤1．试述B酸与L酸的本质区别及SHAB原则。

写出分⼦筛的化学组成式。

分⼦筛作为催化剂，对反应选择性主要与它的什么因素有关？⽽稳定性⼜主要与它的什么因素有关？2.⽤正碳离⼦反应规律说明下述反应机理。

CH3CH2CHCH3Br3.Na型分⼦筛⽤做固体催化剂时，为什么要进⾏离⼦交换？⽤不同价数的阳离⼦交换对催化剂活性有何影响？4.如何调节沸⽯酸中⼼的强度和数量？5.沸⽯分⼦筛择形催化的分类，择形催化作⽤的影响因素及其调变。

沸⽯分⼦筛催化机理是什么？⽤分⼦筛催化机理说明下述反应：第四章⾦属催化剂及其催化作⽤1.为什么⾦属催化剂主要是过渡⾦属元素？过渡⾦属元素作为催化剂有什么特点？2.什么是⾦属催化剂的电⼦逸出功和反应物分⼦的电离势？并说明它们对吸附状态有什么影响？3.晶体结构对催化作⽤有什么影响？4.简述催化重整的反应机理以及催化重整有哪些催化剂。

化工工业催化导论4金属催化剂及其催化剂作用金属催化剂是指在催化反应中，以金属元素或金属离子形式存在的催化剂。

金属催化剂对于化工工业起着极其重要的作用，许多化工工业过程都需要金属催化剂来促进反应的进行。

本文将主要介绍金属催化剂的种类以及它们在催化反应中的作用。

金属催化剂根据其组成和性质可以分为单金属催化剂和多金属催化剂。

单金属催化剂是指催化剂中只含有一种金属元素，例如铂、钯、铑等。

多金属催化剂则是指催化剂中含有两种以上的金属元素，例如铂-铑组合、钯-铑组合等。

不同种类的金属催化剂在催化反应中有不同的作用。

金属催化剂在催化反应中的作用可以归纳为三个方面：活化反应物、提供催化反应中的中间物和降低反应活化能。

首先，金属催化剂能够活化反应物，使其易于被催化反应进行。

金属催化剂通常具有良好的吸附性质，在吸附反应物分子的过程中，可以改变反应物的键的性质，使其易于发生反应。

例如，铂催化剂对氢气的吸附能力非常强，能够将分子中的氢原子剥离出来，使其与其他反应物发生反应。

其次，金属催化剂还能提供催化反应中的中间物。

催化反应通常会经历多个步骤，中间物在这些步骤中起着关键的作用。

金属催化剂可以提供活性位点，以吸附和催化反应物分子中的原子，从而形成中间物。

例如，钯催化剂可以通过吸附氢气和反应物形成Pd-H键，进而形成中间物，促进催化反应的进行。

最后，金属催化剂能够降低反应的活化能。

催化反应需要克服一个能垒才能进行，而金属催化剂则能降低这个能垒，使反应更容易进行。

金属催化剂通过改变反应物的电子结构、提供反应活性位点等方式，降低了反应的活化能。

因此，催化反应在金属催化剂的存在下能够更容易地发生。

综上所述，金属催化剂在化工工业中起着重要的作用。

它们可以活化反应物，提供催化反应中的中间物，以及降低反应的活化能。

通过这些作用，金属催化剂能够促进化学反应的进行，提高反应的速率和选择性。

因此，金属催化剂在许多化工工业过程中得到了广泛的应用，例如石油加工、有机合成、环境保护等领域。

最新⼯业催化原理—作业汇总（含答案）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-CH22Bi3、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θB2= k B P B(1—θA—θB)2。

第四章金属催化剂作业第四章金属催化剂1. 金属分散度（表相＋体相）原子数表相原子数分散度＝。

分散度是指金属晶粒大小而言，晶粒大，分散度小，反之晶粒小，分散度大。

2. 能带按照分子轨道理论，把金属以及金属氧化物看成N 个原子规则排列成的近乎无限的巨大分子，相邻原子的轨道重叠，组成属于整个材料的N 个非定域分子轨道。

随着N 趋于无限大，能带总宽度逐渐增大，但仍保持有限值，因此能级间隔趋向于零，称为能带。

3. 费米能级电子在能带中填充的最高能级称为费米能级Ef 。

4. d 轨道百分数价键理论认为，过渡金属原子以杂化轨道相结合，杂化轨道通常为s 、p 、d 等原子轨道的线性组合，称为spd 或dsp 杂化，杂化轨道中d 原子轨道所占的百分数称为d 特性百分数，以符号d%表示。

5. 逸出功φ费密能级与导带顶的能量差，即把一个电子从半导体内部拉到外部，变成完全自由电子时所需的最低能量。

6. 简述金属晶体不均一性近年来随着表面分析技术的发展，人们用低能电子衍射、俄歇能谱、紫外光电子能谱及质谱等研究金属单晶的表面结构，直接观察到晶体表面存在着A （晶台）、B （晶阶）和C （晶弯）等不均一表面，见图图：晶体的不均一表面7. 参照图，根据金属催化剂表面原子的几何排布对催化活性的影响，解释采用金属Ni 催化乙烯加氢反应时Ni 的[110]晶面催化活性高于[111]晶面的催化活性的原因。

乙烯的双位吸附络合物如图所示：乙烯中碳原子为正四面体，θ约为109°28＇，C－C键距离为0.154 nm，C-Ni键的距离为0.182 nm。

答：乙烯在金属催化剂上加氢反应机理是：氢在Ni表面解离，乙烯在Ni表面采取不解离的双位（α、β）吸附，然后两者在表面上互相作用，形成半氢化的吸附态ＣＨ2ＣＨ3，最后进一步氢化为乙烷。

乙烯的双位吸附络合物如图所示：乙烯中碳原子为正四面体，θ约为109°28＇，C－C 键距离为0.154 nm，C-Ni键的距离为0.182 nm。

金属催化剂1. 简介金属催化剂是一种在化学反应中促使反应速率提高的物质。

它们通常是由一种或多种金属元素组成的。

2. 催化原理金属催化剂通过提供活性位点或改变反应物分子的构型来加速化学反应。

它们可以通过吸附反应物分子并使其发生反应，或者通过提供必要的电子来降低反应的能垒。

金属催化剂还可以通过提供适当的环境条件来改变反应物分子的化学性质。

3. 金属催化剂的应用金属催化剂在许多化学反应和工业过程中发挥着重要作用。

它们被广泛应用于有机合成、催化加氢、氧化还原反应和氧气活化等领域。

3.1 有机合成金属催化剂在有机合成中起着关键作用。

它们可以催化碳－碳键的形成，并促使复杂有机分子的合成。

常用的金属催化剂包括铂、钯、铑等。

3.2 催化加氢金属催化剂可以用于加氢反应，即将氢气与反应物进行反应，通常用于饱和、环化、脱氧等反应。

常用的催化剂包括铂、钯、铑等。

3.3 氧化还原反应金属催化剂在氧化还原反应中也发挥着重要作用。

它们可以促进氧化反应和还原反应的进行，并改变反应物的价态。

常见的金属催化剂有铁、钼、铬等。

3.4 氧气活化氧气活化是一种能让氧气参与反应的过程，金属催化剂在该过程中发挥着重要作用。

金属催化剂可以催化氧气的活化，从而促进一系列反应的进行，如氧化、羧化、氢氧化等。

常见的金属催化剂有铁、锰、铜等。

4. 金属催化剂的分类金属催化剂可以按照不同的方式进行分类，常见的分类方法有以下几种：4.1 过渡金属催化剂过渡金属催化剂是由过渡金属元素组成的催化剂，如铁、铜、锌等。

它们通常具有较高的催化活性和选择性。

4.2 贵金属催化剂贵金属催化剂是由贵金属元素组成的催化剂，如铂、钯、铑等。

由于其高昂的成本，贵金属催化剂通常用于高端领域，如医药合成。

4.3 还原性金属催化剂还原性金属催化剂是能够参与氧化还原反应并发生氧化还原变化的金属催化剂。

它们通常可以提供或接受电子，以改变反应物的价态。

5. 金属催化剂的优势和挑战金属催化剂具有以下优势：•高效性：金属催化剂可以有效催化化学反应，使其速率显著提高。