催化剂及其基本特征
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一、催化剂的定义与催化作用的特征1.定义:凡能加速化学反应趋向平衡,而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。
2.特征:①加快反应速率;②反应前后催化剂不发生化学变化(催化剂的化学组成--不变化物理状态---变化(晶体、颗粒、孔道、分散))③不改变化学平衡④同时催化正、逆反应。
⑤对化学反应有定向选择性。
二、催化剂的评价指标工业催化剂的四个基本指标:选择性、稳定性、活性、成本。
对工业催化剂的性能要求:活性、选择性、生产能力、稳定性、寿命、机械强度、导热性能、形貌和粒度、再生性。
1.活性催化剂使原料转化的速率:a=-(1/w)d(nA)/dt2.生产能力--时空收率:单位体积(或单位质量)催化剂在单位时间内所生产的目的产物量Y v,t=n p/v.t or Y W,t=n p/w.t3.选择性:目的产物在总产物中的比例S=Δn A→P/Δn A=(p/a).(n P/Δn A) =r P/Σr i4.稳定性:指催化剂的活性随时间变化5.寿命:是指催化剂从运行至不适合继续使用所经历的时间三、固体催化剂催化剂的组成部分主催化剂---活性组份:起催化作用的根本性物质,即催化剂的活性组分,如合成氨催化剂中的Fe。
其作用是:化学活性,参与中间反应。
共催化剂:和主催化剂同时起作用的组分,如脱氢催化剂Cr2O3-Al2O3中的Al2O3。
甲醇氧化的Mo-Fe催化剂。
助催化剂:它本身对某一反应无活性,但加入催化剂后(一般小于催化剂总量10%)能使催化剂的活性或选择性或稳定性增加。
加助催化剂的目的:助活性组份或助载体。
载体:提高活性组份分散度,对活性分支多作用,满足工业反应器操作要求,满足传热传质要求。
四、固体催化剂的层次结构初级粒子:内部具有紧密结构的原始粒子;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;催化剂颗粒:次级粒子聚集而成-----造成固体催化剂的粗孔;多孔催化剂的效率因子:η=K多孔/K消除内扩散=内表面利用率<1五、催化剂的孔内扩散模型物理吸附:分子靠范德华力吸附,类似于凝聚,分子结构变化不大,不发生电子转移与化学键破坏。
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
它不参与反应本身,但能够降低反应的活化能,从而加快反应速度。
催化剂可用于各种化学反应中,包括有机合成、燃烧、氧化还原等。
催化剂具有以下几个基本特征:1.可再生性:催化剂在反应中不发生永久性损失,在反应结束后可以重新被使用。
与反应物和产物相比,催化剂的量通常很少发生变化。
2.高效性:催化剂具有很高的效率,少量的催化剂就可以促进大量的反应物转化,从而在经济和环境上更加优越。
3.可选择性:催化剂可选择性地加速特定的反应通道,控制产物的选择性。
它可以引导反应产生特定的产物,避免副反应的发生。
4.反应物无损耗:催化剂参与反应后不会消耗,能够被连续循环使用。
在反应结束后,催化剂可以通过简单的分离和回收来进行再利用。
5.适用性广泛:催化剂可以应用于不同类型的反应,包括液相、气相和固相反应。
它们可以用于有机合成和工业过程中的各种反应,增加了反应的灵活性和多样性。
催化剂的作用机理可以分为两种类型:表面催化和溶液催化。
表面催化是指催化剂将反应物吸附在其表面上,通过改变反应物的构象和电子结构来促进反应发生。
溶液催化是指催化剂以固体或离子形态存在于溶液中,通过与反应物发生弱相互作用来加速反应。
常见的催化剂包括金属和金属化合物,如铂、钯、铜等。
它们具有较高的活性,并能在广泛的反应条件下工作。
此外,还有一些有机分子,如酶、酸和碱等,也具有催化性质。
催化剂的选择需要考虑很多因素,包括反应类型、反应条件、催化剂的稳定性和成本等。
优秀的催化剂应具有高活性、良好的选择性和稳定性,并且应在反应条件下表现出较长的使用寿命。
催化剂在化学反应中扮演着重要的角色。
它们能够加速反应速率,降低反应能量,提高反应产率。
在工业生产中,催化剂的应用可以大幅提高生产效率,减少能源消耗和环境污染。
此外,催化剂的发展也促进了许多新的反应的发现和发展,对推动科学技术的进步起到了重要作用。
简述催化剂的基本特征
催化剂是指能够加速化学反应进程而不被消耗的物质,其特征如下:
1. 催化剂能够提高反应速率,但不改变反应热力学平衡,即不改变反应物和产物浓度比。
2. 催化剂能够在反应中形成中间体,降低反应活化能,从而降低反应能量要求,加速反应进程。
3. 催化剂具有高度选择性,能够选择性地促进某些反应物之间的作用,而不影响其他反应物的反应。
4. 催化剂使用量通常很小,一种催化剂可在多次反应中重复使用,具有很高的经济性。
5. 催化剂可以是单质、化合物或复合物,或者是表面活性物质。
6. 催化剂的作用机理复杂多样,包括吸附、表面反应、活性位点等多种作用方式。
7. 催化剂的效果可以受到反应条件、反应物质、催化剂种类等因素的影响,需要进行充分的反应条件优化和催化剂选择。
总之,催化剂是化学反应中不可或缺的重要角色,具有多种特征和作用方式。
催化剂的研究和应用领域广泛,对于实现可持续发展和绿色化工具具有重要意义。
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催化剂的四个基本特征
1、催化剂复杂性:催化剂是由几种催化剂物质进行复合而成,它是一种由物质凝聚而成的具有丰富变化空间的复合体,它的总体构成由催化剂母体和它的活性组成部分形成,其中可有多种不同类型的催化剂组分,以及物理形状和表面形状的不同变化。
一方面,催化剂母体能够缓冲催化剂中后续变化过程中模式和起源,另一方面,催化剂活性成分则能够实现催化反应有效地发生,催化剂结构在不同类型的反应中可以大大改变反应效率。
2、反应热敏感性:反应热敏感性是指催化剂在特定中间体条件下反应的稳定性,它是由催化剂颗粒在复杂热力学空间内的稳定性决定的,反应的热敏感性和催化剂在发生反应的过程中模式的定义息息相关,在非常低的温度下却有可能迅速失去稳定性,因此它是一种具有高温敏感性的催化剂,并且是了解特定反应所必须考虑的参数之一。
3、反应选择性:反应选择性是指催化剂能够识别古本体分子,从而对反应的识别和导向,其主要指一种择性识别和导向机制,可以选择、激发感兴趣的分子,从而实现有效的反应,另外,隶属于反应选择的的产物选择也可以实现多样性的催化,由此可以用催化剂精化良好的产物,并获得更高的分辨率。
4、零价性能:零价性能是指催化剂在零个介质条件下,产生影响催化
反应产物的总体配置模式,因此在催化反应中,零价性能是决定反应活性、去向和动力学以及反应选择和产物组成比例的重要参数,它允许体系中催化剂表面所具有的各种特性,以改变反应初级过程和半级过程,从而改变反应速率及去向,催化剂的零价性能对于优化催化反应结果起着至关重要的作用。
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质,它在反应中起到降低活化能、提高反应速率的作用。
催化剂广泛应用于化学工业生产、环境保护、能源转化等领域,对于促进经济发展和改善生活环境起到了重要作用。
催化剂具有以下几个基本特征:1. 高效性:催化剂能够以较低的用量实现较高的催化效果,可以在反应过程中多次使用,提高反应效率和经济效益。
2. 可选择性:催化剂能够选择性地促进某些特定反应,而不影响其他反应。
这种选择性是通过催化剂表面的活性位点和反应物之间的相互作用实现的。
3. 可逆性:催化剂在反应过程中不发生永久变化,可以在反应结束后重新回到起始状态,保持催化活性。
这使得催化剂能够多次使用,延长使用寿命。
4. 特异性:催化剂对于特定的反应有特异性,不同的反应需要不同的催化剂。
催化剂的选择要根据反应的性质和条件来确定,以确保催化剂对于目标反应具有高的催化活性和选择性。
5. 活性位点:催化剂表面存在活性位点,它们是催化反应的关键。
活性位点可以通过吸附和解离反应物、调整反应物的构型、提供催化反应所需的活化能等方式参与反应。
6. 催化剂的形态:催化剂可以是固体、液体或气体。
固体催化剂是最常见的一种形态,其具有较高的稳定性和重复使用性。
7. 催化剂的制备:催化剂可以通过物理方法(如沉积、浸渍、共沉淀等)或化学方法(如溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积等)制备。
制备过程中需要考虑催化剂的活性位点、分散度、晶体结构等因素。
8. 催化剂的失活:催化剂在长期使用过程中可能会失活,即失去催化活性。
失活的原因包括中毒、积碳、物理损坏等。
为延长催化剂的使用寿命,可以采取再生、修复或更换催化剂等措施。
9. 催化剂的应用:催化剂广泛应用于石油化工、化学合成、环境保护、能源转化等领域。
例如,催化剂在石油加工中用于重油加氢裂化、催化裂化等过程;在化学合成中用于氢化、氧化、酯化等反应;在环境保护中用于废气治理、废水处理等;在能源转化中用于燃料电池、水电解等过程。
催化剂的特征和作用催化剂是一种物质,能够增强化学反应的速率,同时不参与反应本身的变化。
具体来说,催化剂通过降低反应的活化能,促使反应更容易发生,从而提高反应速率。
催化剂在许多工业过程中被广泛使用,它们具有以下一些特征和作用。
1.高效性:催化剂能够显著提高反应速率,通常能够加速反应几十倍甚至上百倍。
这是因为催化剂提供的新的反应通道降低了反应的活化能。
2.可再生性:催化剂在反应过程中不发生永久性的变化,它参与反应的是表面吸附的物种,而不是催化剂本身。
因此,催化剂可以通过去除物质的吸附或重新激活被去除的物质来再生。
3.选择性:催化剂能够选择性地促使特定的反应发生,而不会影响其他不相关的反应。
这是因为催化剂能够提供特定位点和环境,以适应特定的反应机制。
4.速率调节:催化剂能够通过调节反应速率来控制反应的进程。
这是因为在反应开始之前,催化剂可以在反应物之间形成化学键,从而影响反应的过渡状态的形成。
5.经济性:由于催化剂能够加速反应速率,反应可以在较低的温度和压力下进行,从而降低能源和成本的消耗。
此外,催化剂的再生性还可以减少催化剂的用量和废弃物的生成。
6.形态多样性:催化剂可以存在于不同的形态,包括固体、液体和气体态。
通常情况下,固体催化剂在工业过程中最为常见,因为它们具有较高的稳定性和容易分离的性质。
催化剂对于人类生活和工业生产具有重要作用:1.工业生产:许多化学工业过程都依赖于催化剂,如合成氨、合成甲醇、催化裂化、催化加氢等。
这些过程都需要高效的催化剂来提高反应速率和产率。
2.环境保护:催化剂在环境保护方面发挥着重要作用。
例如,汽车尾气处理中使用的催化剂可以将有害气体转化为无害物质,从而减少大气污染。
此外,催化剂还可以用于水处理、废气处理等环境保护领域。
3.能源转化:催化剂在能源转化中也起到关键作用。
例如,催化剂可以用于石油加工,将原油转化成更有价值的产品,如汽油、柴油等。
此外,催化剂还可以用于能源储存和转化技术,如燃料电池和太阳能光电转化。
催化剂的四个基本特征催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质,它能够在反应中参与而不被消耗掉,因此在很多化学反应中起着至关重要的作用。
催化剂的研究和应用已经成为了化学领域的重要研究方向之一。
在研究催化剂的过程中,我们发现了许多催化剂的共同特征,这些特征是催化剂能够发挥催化作用的基本条件。
本文将介绍催化剂的四个基本特征,并探讨它们在催化反应中的作用。
一、活性位点催化剂的活性位点是指能够参与反应的化学键或化学基团,它们是催化剂能够发挥催化作用的关键。
在催化剂中,活性位点的种类和数量对于催化剂的活性和选择性有着至关重要的影响。
例如,对于金属催化剂来说,金属表面的原子或离子往往是催化剂的活性位点;对于酶催化剂来说,酶分子中的氨基酸残基往往是催化剂的活性位点。
活性位点的种类和数量不同,催化剂的催化活性和选择性也会有所不同。
二、表面性质催化剂的表面性质是指催化剂表面的物理和化学性质。
催化剂表面的物理性质包括表面形貌、晶格结构和表面缺陷等,而化学性质则包括表面化学键和表面酸碱性等。
催化剂表面的物理和化学性质对于催化剂的催化活性和选择性有着重要的影响。
例如,催化剂表面的缺陷和孔洞能够提高反应物分子的吸附能力和扩散能力,从而提高催化剂的反应速率;而催化剂表面的酸碱性能够影响反应物的离子化程度和反应途径,从而影响催化剂的选择性。
三、反应机理催化剂的反应机理是指催化剂参与反应的具体过程和机制。
催化剂的反应机理涉及到催化剂与反应物的相互作用、反应物在催化剂表面的吸附和反应、反应产物的解离和脱附等过程。
催化剂的反应机理对于催化剂的催化活性和选择性有着至关重要的影响。
例如,催化剂的反应机理能够解释催化剂为什么能够加速反应速率和提高反应选择性,从而为催化剂的设计和优化提供了理论基础。
四、稳定性催化剂的稳定性是指催化剂在反应中的化学稳定性和物理稳定性。
催化剂的化学稳定性是指催化剂在反应中不会发生不可逆的化学变化,如氧化、还原、水解等反应。
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够促进化学反应进程但在反应结束后仍能够保持其结构和活性基本不变的物质。
其作用通过降低反应物分子间的活化能来提高化学反应速率。
催化剂通常以微量添加于反应体系中,能够在反应过程中参与并促进反应过程,但在反应结束后能够从反应物中分离出来,并重新参与其他反应过程。
催化剂的基本特征包括:1.特异性:催化剂能够针对特定的反应物分子或反应类型,具有高选择性。
这使得催化剂在广泛的化学反应中发挥作用,并且在多种不同条件下都能够保持其催化活性。
2.高效性:催化剂能够以极低的浓度存在于反应体系中,仅需添加微量的催化剂即可促进庞大的反应量,提高反应速率。
这使得催化剂具有高效性,降低了反应的能耗和生产成本。
3.可重复使用性:催化剂在反应过程中会与反应物发生化学反应,但在反应结束后,催化剂能够以原始的形式从反应物中分离出来,并且保持其结构和催化活性的不变。
这使得催化剂具有可重复使用性,能够进行多次循环使用,降低了催化剂的使用成本。
4.不参与反应:催化剂在反应过程中虽然与反应物发生作用,但催化剂本身并不参与反应,不被消耗掉。
这意味着催化剂可以在多个反应周期中使用,并能够在反应结束后恢复其原始结构和活性,不失效。
这使得催化剂具有良好的稳定性。
5.影响速率:催化剂能够以多种方式影响反应速率。
它可以提高反应物的吸附效率,改变反应物的电子结构,调整反应物间的空间排列等。
这些因素都能够降低反应的活化能,从而提高反应速率。
催化剂的种类有很多,主要可分为两类:均相催化剂和非均相催化剂。
均相催化剂是指催化剂和反应物均在同一相态存在,通常是气相或液相。
该类催化剂对反应物的选择性高,且反应过程相对简单。
常见的均相催化剂有酸碱催化剂、氧化还原催化剂和配位催化剂等。
非均相催化剂是指催化剂和反应物处于不同相态,通常是固相催化剂。
这类催化剂通常具有高的活性和稳定性,适用于广泛的反应。
常见的非均相催化剂有金属催化剂、合金催化剂和酶催化剂等。
催化剂及其基本特征催化剂是一种物质,可以加速化学反应速率,同时不被反应消耗。
它们在许多工业和生物领域中都起着重要的作用。
本文将讨论催化剂的基本概念,以及它们的主要特征。
首先,催化剂可以改变化学反应的活化能,从而影响反应速率。
化学反应需要克服活化能的能垒才能发生,而催化剂能够提供新的反应路径,使反应能够更容易地进行。
这是通过降低活化能来实现的,从而加快反应速率。
其次,催化剂对反应物和产物的影响是可逆的。
即使催化剂与反应物发生反应,它们也能够再生并参与后续的反应。
这是因为催化剂在反应过程中只是参与表面反应,不直接参与反应物的净消耗。
催化剂还表现出非选择性的特点,即它们在反应中能够作用于多种物质。
这是由于催化剂通常具有活性位点,可以与不同类型的反应物发生反应。
例如,一种催化剂可以催化氧气与甲烷反应生成甲醛,与碳氢化合物反应生成芳烃,还可以催化氮气与氢气反应生成氨。
催化剂的作用主要体现在以下几个方面:1.提高反应速率:催化剂可以通过降低反应的活化能,加速反应速率。
这对于高能耗的反应过程,如石油加氢、裂化等,具有重要意义。
2.提高选择性:催化剂可以选择性地促进特定反应产物的生成,而抑制其他不必要的副产物。
这在制药、精细化工等行业中非常重要,以确保所需产物的优异品质。
3.改善反应条件:催化剂可以使反应在较低的温度和压力下进行,节省能源和资源。
这对于环境保护和可持续发展至关重要。
4.增强反应过程稳定性:催化剂可以提高反应过程的稳定性,延长催化剂的寿命,并减少修复和更换的成本。
催化剂的基本特征还包括以下几点:1.催化剂可以在反应中起到促进作用,而不会被反应消耗。
催化剂的数量通常很少,可以反复使用很多次。
2.催化剂与反应物之间通过物理或化学吸附相互作用,形成反应中间体。
这种中间体的生成有助于通过较低的能垒形成产物。
3.催化剂具有高活性和良好的选择性。
高活性使催化剂在温和条件下就能催化反应发生,良好的选择性使催化剂只促使所需的反应发生,减少副产物的生成。
催化剂的概念和基本特征嘿,你有没有想过,在我们的化学世界里,有一种东西就像是魔法精灵一样?它自己不怎么发生变化,却能让其他物质之间的反应变得大不一样,这就是催化剂啦。
我记得我上学的时候,化学课上老师拿出一小撮黑色的粉末,说是二氧化锰,要给我们演示过氧化氢分解的实验。
过氧化氢啊,就像一个懒家伙,自己分解得慢吞吞的。
可是呢,当把那二氧化锰加进去,好家伙,就像给这个懒家伙打了一针兴奋剂,气泡“咕噜咕噜”地直冒,氧气就快速地产生了。
这二氧化锰就是催化剂。
那催化剂到底是什么概念呢?简单来说,催化剂就是一种能改变化学反应速率的物质。
它参与化学反应,但在反应结束的时候,它又恢复到原来的样子。
就好像一个热心的中间人,把两个不太好打交道的人拉到一起,促成他们的合作,完事儿之后自己拍拍屁股走人,一点没受影响。
我有个朋友,他在工厂里工作。
他跟我说啊,他们生产某种塑料的时候,有个反应特别慢,这可急坏了他们。
就像一群乌龟在赛跑,半天看不到进展。
后来加入了一种催化剂,嘿,那反应速度就像跑车在高速公路上飞驰一样。
你想啊,如果没有这个催化剂,他们得浪费多少时间和成本啊。
这就体现出催化剂改变反应速率的神奇之处。
那催化剂有哪些基本特征呢?首先,催化剂有专一性。
这就好比一把钥匙开一把锁。
一种催化剂往往只能对特定的反应起催化作用。
比如说,酶就是一种生物体内的催化剂,淀粉酶就专门作用于淀粉的分解,你要是让它去催化脂肪的分解,那可就是“赶鸭子上架”,根本行不通。
我问过我的生物老师,为什么会这样呢?老师就笑着说,这就像每个运动员都有自己擅长的项目一样,淀粉酶的结构就决定了它只能对淀粉“下手”。
其次,催化剂有高效性。
少量的催化剂就能使反应速率大大改变。
就像你在一锅汤里只需要加一点点盐就能让汤有味道一样。
在化工生产中,可能只需要加入一点点催化剂,就能让原本需要很长时间的反应在短时间内完成。
我在书上看到过,有的催化剂能把反应速率提高几百万倍呢,这是多么惊人的数字啊!你说神奇不神奇?要是没有这种高效性,很多大规模的化工生产恐怕都难以实现。
1、催化剂及其基本特征催化剂是一种物质,它能够改变化学反应的速率,而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化;此过程称为催化作用,涉及催化剂的反应称为催化反应。
催化剂的基本特征催化剂只能实现热力学可行的反应,不能实现热力学不可能的反应;催化剂只能改变化学反应的速度,不能改变化学平衡的位置;催化剂能降低反应的活化能,改变反应的历程;催化剂对反应具有选择性。
2、催化剂的组成主催化剂:催化剂的主要活性组分,起催化作用的根本性物质,如合成氨催化剂的铁,催化剂中若没有活性组分存在,那么就不可能有催化作用。
助催化剂:催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分,以及改善催化剂的耐热性、抗毒性,提高催化剂机械强度和寿命的组分。
催化剂载体:主要是负载催化活性组分的作用,还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用3、催化剂的稳定性指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化,催化剂的性能稳定性情况,通常以寿命表示。
催化剂在反应条件下操作,稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命;每次性能下降后,经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。
催化剂稳定性包括热稳定性,抗毒稳定性,机械稳定性三个方面。
4、物理吸附与化学吸附的主要区别物理吸附:指气体物质(分子、离子、原子或聚集体)与表面的物理作用(如色散力、诱导偶极吸引力)而发生的吸附,其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力(也称“van der Waals”力)。
化学吸附:指在气固界面上,气体分子或原子由化学键力(如静电、共价键力)而发生的吸附,因此化学吸附作用力强,涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。
5、何谓B酸和L酸,及其简便的鉴定方法能够给出质子的都是酸,能够接受质子的都是碱,Brönsted定义的酸碱称为B酸(B碱),又叫质子酸碱。
能够接受电子对的都是酸,能够给出电子对的都是碱,所以Lewis定义的酸碱称为L酸(L碱),又叫非质子酸碱。
1.催化剂的定义是: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.2.催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
3.催化剂的基本特征:1)催化剂只能加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行的反应。
2)催化剂只能加速反应趋于平衡,不能改变平衡的位置(平衡常数)。
3)催化剂对反应具有选择性;4)催化剂的寿命。
4.工业催化剂一般有哪些组分组成?各组分具有什么功能?①活性组分:提供改变反应历程的组分,多为金属、氧化物、酸碱②载体组分:提供高的比表面积、孔结构、活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体.多数为硅和铝的氧化物③助催化剂组分:催化剂的辅助组分,本身没有活性或者活性很低,用于活性组分或载体改性。
5.载体的功能主要体现在哪几个方面?(分散作用、稳定作用、支撑作用,传热和稀释作用、助催化作用)①提供适宜的比表面和孔结构②维持催化的形状和机械强度③改善催化剂热传导性④提高催化剂中活性组分分散度⑤提供附加活性中心⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用6.催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标,它包括催化剂的活性、选择性和稳定。
7。
多相催化反应过程中,从反应物到产物一般经历哪些步骤包括五个连续的步骤。
(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。
8.当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称为吸附现象。
9.几种等温吸附等温吸附平衡过程用数学模型方法来描述可得到等温方程,其中包括:Langmuir(朗格缪尔)等温方程,Freundlich(弗郎得力希)等温方程,T}MKI}IH(焦姆金)等温方程及BET(Brunauer,Emmett及Teller)等温方程等。
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。
催化剂及其基本特征1、烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中,CoO的作用是什么?CoO的作用是使MoS2晶体保持分离状态。
2、合成氨工艺流程中,甲烷化的目的是什么?主要的催化活性组分?低变后, 原料中微量的CO和CO2 (< 0.5%) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除。
Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni > Co > Fe > Cu > Mn > Cr > V3、钙钛矿型复合金属氧化物的结构特征?这种复合金属氧化物是结构与钙钛矿CaTiO3类似的一大类化合物,通式为ABO3,其中A:B 配位数为6:6的ABO3复合金属氧化物的结构和实例如表所示;A:B配位数为12:6的ABO3 复合金属氧化物的结构和实例如表4、以萘氧化反应为例论述金属氧化物催化剂的催化作用机理。
萘氧化反应分两步进行:(1)萘与氧化物催化剂反应,萘被氧化,氧化物催化剂被还原;(2)还原了的氧化物催化剂与氧反应恢复到起始状态,在反应过程中催化剂经历了还原-氧化循环过程。
20、简述氧物种在催化反应中的作用。
各种氧物种在催化氧化反应中的反应性能是不一样的,根据氧物种反应性能的不同,可将催化氧化分为两类,一类是经过氧活化过程的亲电氧化,另一类是以烃的活化为第一步的亲核氧化:在第一类中,O2- 和O- 物种是强亲电反应物种,它们进攻有机分子中电子密度最高的部分。
对于烯烃,这种亲电加成导致形成过氧化物或环氧化物中间物。
在多相氧化条件下,烯烃首先形成饱和醛,芳烃氧化形成相应的酐,在较高的温度下,饱和醛进一步完全氧化。
在第二类中,晶格氧离子O2- 是亲核试剂,它是通过亲核加成插入由活化而引起的烃分子缺电子的位置上而导致选择性氧化的。
21、简述乙烯环氧化催化反应的机理。
Ag是这一反应的特效催化剂,工业催化剂是负载型银催化剂,含Ag10%-35%,载体是α-Al2O3、SiO2等,并添加少量Re, Cs, Li等助催化剂。
目前为一般所能接受的乙烯环氧化反应的机理(乙烯与催化剂表面吸附氧反应生成产物)可表示如下:22、简述丙烯醛在Mo-V催化剂上的反应机理。
23、均相络合催化剂的特征?络合物催化剂是—种以过渡金属为中心构成的络合物,处在中心地位的过渡金属原子或离子与配位体原子、分子或离子键合形成络合离子或分子。
其物理和化学性质由金属和配位体之间的键的性质及配位体在金属离子周围的几何排列所决定。
大多数原子簇的金属骨架是以三角形为骨架的多面体,最常见的有六配位八面体、五配位双三角锥和四配位平面四边形,多核配合物的各个金属原子的配位体和单核配合物的相同,也是多种多样的。
24、金属-配体化学键的成键有哪些形式?(1)由金属提供一个半充满轨道,配体提供一个半充满轨道形成配键;(2)由金属提供一个空轨道,配体提供一个充满轨道形成配键;(3)由金属提供一个充满轨道,配体提供一个空轨道形成配键;(4)金属同时提供一个空轨道和一个充满轨道分别与配体的一个充满轨道和空轨道作用,形成金属—配体间的双键。
25、简述络合催化中插入反应和消除反应机理。
在各种类型的均相催化反应中,插入反应也是重要的基元反应。
所谓插入反应是指反应物种(例如R,其通常预先配位到中心金属上,成为中心金属的一个配位体)插入到中心金属(如M)与另一个原有配位体(如L)的配位键(M —L)之间。
在最终产物中,如果金属M和配体L都连到同一原子上,则称为1,1加成。
如果他们分别连到相邻的两个原子上,则称为1,2加成。
消除反应是插入反应的逆反应,还原消除反应在一些均相催化反应中可能是关键步骤。
26、简述σ-п重排过程?由不饱和烃与过渡金属所形成的σ-п络合物一般容易与对应的烷基络合物(σ络合物)达到平衡。
在电子给予体的配体(如膦等碱性化合物)影响下,下式平衡向右移动,在金属和碳之间形成定域的σ键,能形成σ-烯丙基,即生成σ-络合物。
在电子接受配体(如Cl-)存在下,则有利于σ-烯丙基生成,形成σ络合物。
这是因为σ含碳配位体仅提供一个电子给络合物,而п-烯丙基(或п-烯烃加氢基)配位体却可为络合物的形成贡献三个电子,所以在电子给予体型或电子接受体型配位体存在时,分别对σ-络合物或п-络合物有利。
27、什么是乙烯齐聚反应?将乙烯通过催化作用转化成为具有偶数碳原子数的C4 ~ C20的α–烯烃的方法叫乙烯齐聚。
28、羰基化反应及类型?以不饱和烃类化合物和CO 、HY(Y = H、-OH、-OR)为原料,在羰基金属配合物的催化作用下,引入羰基到有机物分子中的反应。
主要有三类:(1)氢甲酰化反应:Y = H(2)氢羧基化反应:Y = -OH(3)氢酯基化反应:Y = -OR(R = 烷基)29、Wacker法制乙醛的基本反应过程?Zeise盐的阴离子[PtCl3(C2H4)]-水解可以得到乙醛。
Wacker过程中类似于Zeise盐结构的Pd(Ⅱ)-烯配合物产生乙醛,该配合物是由乙烯与[PdCl4]2-进行π键合而得:Cl-Cl-CH2222Cl-++2+PdCl2在反应体系内存在形式之一是[PdCl4]2-。
上述反应得到的Pd(Ⅱ)-烯配合物按下列步骤转化为乙醛:22H2O22Cl-++22H2O22H3O+++Cl-Cl-OHPd2+CHCl-Cl-Pd2+OHCH2CH2H2O-Cl-Pd2+OH-CH2CH2OHPd2+Cl-CH2CH2OH-OH-Pd0Cl-H3O+CH3CHO+++30、简述均相催化反应的特点。
(1)催化剂和反应物组分处于相同物相(大多是液相)的催化反应(2)反应中间物容易获得和鉴定,催化作用机理比较清楚(3)反应条件比较温和,特定选择性高(优点)(4)产物分离困难,催化剂很贵(贵金属活性组分和昂贵的配体)(缺点)31、环保催化的特点?1、被处理的气体或液体的浓度很低;2、被处理的物质往往是催化剂的毒物;3、催化过程的处理量一般都很大;32、简述NH3还原法催化脱硫的过程及反应式。
以NH3为还原剂,还原SO2主要用于焦炉煤气的脱硫过程,因为该反应条件适合于还原反应的发生。
常用TiO2负载过渡金属(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)硫化物作为催化剂,几种过渡金属硫化物催化剂活性顺序为: CoS2-TiO2 >FeS2-TiO2> NiS2-TiO2 > CuS2-TiO2> MnS2-TiO2。
硫化物催化剂的反应机理:NH3 首先在过渡金属硫化物上发生分解反应,然后分解的H2 与SO2 反应,紧接着生成H2S 与SO2发生克劳斯反应:2NH3=N2+3H2SO2+3H2=H2S +2H2O2H2S+SO2=1.5S2+2H2O总反应为:4NH3 + 3SO2 = 2N2 + 6H2O + 3S33、简述催化氧化法脱氮常用催化剂的特性。
因燃煤烟气中的NOx 90%以上是NO,而NOx脱除的主要困难在于NO难溶于水,气相选择性催化氧化(SCO)是指先将NO氧化成NOx,再用氨水吸收的同时脱硫脱氮的技术。
该法的特点是NO的SCO过程能耗低、效率高;氨水可同时吸收NO和SO2,属于化学吸收,NO和SO2能够形成氧化还原反应硫酸铵,因此该技术可实现燃煤烟气同时脱硫脱氮。
34、简述机动车尾气净化三效催化剂的作用机理。
三效催化法是采用能同时对CO、NOx和碳氢化合物有催化作用的催化剂,如Pt、Rh等为主要活性组分,稀土为助剂,堇青石蜂窝陶瓷为载体的整体式催化剂,利用排气中的CO和碳氢化合物将NOx还原为氮,使排气中三种有害气体大幅度减少。
进入发动机的空气与燃料配比(即空燃比)必须控制在14.6±0.25的较狭窄的范围内,以保证较高的净化效率,因此需要在进入催化反应器处安装测定气体中含氧浓度的氧传感器和控制空燃比的自动控制装置。
由于燃油是在接近理论空燃比下燃烧,因此发动机的输出功率不会降低,燃料的能量利用率高。
35、简述常见的水污染物及其治理技术。
污染物种类:(1)酚类(如苯酚、甲酚等)(2)芳烃及衍生物(如苯、二甲苯等)(3)氰及腈化物(如乙腈、氰醇等)(4)有机氧化物(如甲醛等)(5)有机氯化物(如多氯联苯等)(6)农药(如有机氯、磷、汞、砷等)几种处理技术:(1)光催化臭氧化(O3/UV)技术可有效消除氰化物、醇、醛、酚等,污染物可完全降解为CO2和H2O。
(2)多相光催化氧化技术以n型半导体,如TiO2、ZnO、CdS等为催化剂,在UV 作用下,降解有机污染物,如TiO2/UV可有效消除多氯联苯。
(3)超临界催化氧化净化技术超临界水可与氧气或有机物以任意比例互溶,在催化剂的作用下,有机污染物可快速被降解。
有均相催化和多相催化。
如Pt、Pd /Al2O3催化剂等。
(4)湿式催化氧化技术始于20世界70年代,在传统的湿式氧化技术的基础上发展起来,由于催化剂的作用,反应温度和压力较低,时间较短。
36、什么是光化当量定律和量子产率?在光化学反应中,初期过程是一个光子活化一个反应分子,这被称为光化当量定律。
活化一个分子吸收的光成为1光量子。
在光化学反应中,量子产率是指参加反应的分子数与被吸收的光量子数之比,即:参加反应的分子数量子产率()=被吸收的光的量子数37、生物催化剂、底物、酶的活力?生物催化剂一般包括生物酶、整体细胞、催化抗体等。
然而大多数情况下生物催化剂主要指酶,它是由细胞产生的具有催化功能的生物大分子。
在酶催化反应中,被酶催化的物质叫底物,酶的催化能力常用“酶的活力”表示,酶的活力是指在一定条件下、单位时间内酶催化反应底物转化的量或产物生成的量。
38、酶的绝对专一性?一种酶只催化一种底物进行一种反应,这种高度的专一性称为绝对专一性。
例如脲酶只能催化尿素水解生成二氧化碳和氨,而对尿素的类似物却均无作用。
具有绝对专一性的酶不但对所作用底物的键有严格要求,而且对底物整个分子的化学基团也有同样严格的要求。
39、酶的相对专一性包括哪些?1、键专一性:酶能够作用于具有相同化学键的一类底物,而不辨识键两侧的基团。
如酯酶可以催化所有酯类底物水解生成醇和酸。
2、基团专一性:酶作用于底物时不仅识别特定的化学键,而且还识别键某一侧的基团。
例如消化道中胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、胰蛋白酶水解肽键时的选择性。
3、区域专一性:指酶对位于同一底物分子中不同位置官能团的选择性。
如磷脂酶A2仅水解3-sn-磷脂酰胆碱的2位酯键,而对1位酯键无作用。
40、简述酶和底物的三种结合机理。
锁-钥机理:假设酶和底物分别像锁和钥匙一样机械地匹配,底物比酶要小得多,而且酶的结构是刚性的。
该机理可解释酶的专一性,但不能解释酶为什么能催化比自身大的底物,也无法说明酶催化可逆反应和酶的相对专一性现象。