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化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 4 期甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展阮鹏1，杨润农1，2，林梓荣1，孙永明2（1 广东佛燃科技有限公司，广东 佛山 528000；2 中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640）摘要：天然气是一种前景广阔的清洁燃料，甲烷作为天然气的主要成分，其高效利用具有重要的现实意义。
在众多甲烷转化途径中，甲烷催化部分氧化（CPOM ）具有能耗低、合成气组分适宜、反应迅速等优势。
本文简要介绍了CPOM 反应机理，即直接氧化机理和燃烧-重整机理；重点综述了过渡金属、贵金属、双金属和钙钛矿这四类CPOM 催化剂的研究现状；分析了反应温度、反应气体碳氧比和反应空速对CPOM 反应特性的影响；阐述了积炭和烧结这两种催化剂失活的主要原因及应对措施。
根据研究结果可知，通过选取合适的催化剂组分、采用优化的制备方法、精确控制催化剂活性组分分布和微观结构等措施，可以保证更多的有效活性位更稳定地暴露在催化剂表面，以此提高催化性能（包括甲烷转化率、合成气选择性、合成气生成率、反应稳定性等）。
最后指出了对CPOM 催化剂微观结构的合理设计与可控制备以及对CPOM 反应机理的深入研究仍将是今后关注的重点。
关键词：甲烷；部分氧化；催化剂；合成气；多相反应中图分类号：TE644 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）04-1832-15Advances in catalysts for catalytic partial oxidation of methane to syngasRUAN Peng 1，YANG Runnong 1，2，LIN Zirong 1，SUN Yongming 2(1 Guangdong Foran Technology Company Limited, Foshan 528000, Guangdong, China; 2 Guangzhou Institute of EnergyConversion, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China)Abstract: Natural gas is a promising clean fuel. The efficient use of methane, the major component of natural gas, is of great practical importance. Among many methane conversion routes, catalytic partial oxidation of methane (CPOM) has the advantages of low energy consumption, suitable syngas fraction and rapid reaction. This paper briefly introduced the CPOM reaction mechanisms (i.e. direct oxidation mechanism and combustion-reforming mechanism), reviewed the current research on four types of CPOM catalysts (i.e. transition metal, noble metal, bimetal and perovskite catalysts), analysed the effects of reaction temperature, carbon to oxygen molar ratio of reactant gas and reaction space velocity on CPOM reaction characteristics, and explained the two main causes of catalyst deactivation (i.e. carbon deposition and sintering) together with their countermeasures. According to the results of the research, the catalytic performance (including methane conversion, syngas selectivity, syngas yield, reaction stability) could be improved by selecting suitable catalyst components, adopting an optimized preparation method and precisely controlling the distribution of active components and microstructure of the catalyst. These method could ensure that more active sites are consistently exposed to the surface of catalyst. Finally, it综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1109收稿日期：2022-06-13；修改稿日期：2022-08-22。
有机化合物 烃一、烃1、烃的定义：仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，也称为烃。
2、烃的分类：饱和烃→烷烃（如：甲烷）脂肪烃(链状)烃 不饱和烃→烯烃（如：乙烯）芳香烃(含有苯环)（如：苯）345、烷烃的命名： 系统命名法：①命名步骤：(1)找主链－最长的碳链(确定母体名称)；(2)编号－靠近支链（小、多）的一端；(3)写名称－先简后繁,相同基请合并.②名称组成：取代基位置－取代基名称母体名称③阿拉伯数字表示取代基位置，汉字数字表示相同取代基的个数 CH 3－CH －CH 2－CH 3 CH 3－CH －CH －CH 3 2－甲基丁烷 2，3－二甲基丁烷 7、比较同类烃的沸点:①一看：碳原子数多沸点高。
②碳原子数相同，二看：支链多沸点低。
常温下，碳原子数1－4的烃都为气体。
8、烃燃烧通式：1.下列有关乙烯和乙烷的说法中错误的是A. 乙烯是平面分子，乙烷分子中所有原子不可能在同一平面内B. 溴的四氯化碳溶液和酸性 n 溶液都可以鉴别乙烯和乙烷C. 溴的四氯化碳溶液和酸性 n 溶液都可以除去乙烷中混有的乙烯D. 乙烯的化学性质比乙烷的化学性质活泼2.下列五种烃：正丁烷、异丁烷、丙烷、辛烷、乙烷，按它们的沸点由高到低的顺序排列为A. B. C. D.3.下列对乙烯分子的叙述中错误的是A. 乙烯分子里所有的原子在同一平面上B. 乙烯的结构简式为，电子式为C. 乙烯分子中碳氢键之间的夹角约为D. 乙烯分子中既含有极性键又含有非极性键4.下列关于甲烷性质叙述中正确的是A. 甲烷能使酸性 n 溶液的紫色褪去B. 甲烷与足量氯气在光照时有机产物只有四氯化碳C. 甲烷是一种无色无味、难溶于水的气体D. 等物质的量的甲烷和乙烷6分别完全燃烧时，甲烷消耗的氧气多5.以下的说法正确的是A. 通式为n n的有机物一定属于烷烃B. 通式为n n的有机物一定属于烯烃C. 通式为n n的有机物一定属于炔烃D. 通式为n n6的有机物一定属于苯的同系物6.某有机物的结构简式如图所示，下列说法不正确的是A. 该有机物属于烷烃B. 该有机物的名称是甲基乙基庚烷C. 该有机物与2，二甲基乙基己烷互为同系物D. 该有机物的一氯取代产物共有8种7.下列关于乙烯用途、性质、结构叙述正确的是乙烯通入水中即可转化为乙醇乙烯可作香蕉等水果的催熟剂乙烯容易与溴水发生反应，1mol乙烯加成消耗1mol溴单质，说明乙烯分子含有一个碳碳双键乙烯能够被酸性 n 溶液所氧化，说明乙烯结构中含有一个碳碳双键乙烯分子中所有原子在同一个平面．A. B. C. D.8.图为烃分子的球棍模型，“大球”表示碳原子，“小球”表示氢原子下列说法正确的是A. 图1表示的烃叫丙烷B. 图2烃分子的结构简式为C. 图1与图2表示的是同一种物质D. 图1与图2表示的物质互为同分异构体9.丁香油酚的结构简式如下：从它的结构简式可推测它不可能具有的化学性质是A. 既可燃烧，也可使酸性 n 溶液褪色B. 可与溶液反应放出气体C. 可与溶液发生显色反应D. 可与烧碱溶液反应10.下列实验不能获得成功的是：将水和溴乙烷混合加热制乙醇将乙醇与浓硫酸共热至来制取乙烯用电石和水制取乙炔苯、浓溴水和铁粉混合，反应后可制得溴苯．A. 只有B. 只有C. 只有D. 只有11.为阿伏加德罗常数，下列说法正确的是A. 标准状况下，的戊烷所含的分子数为B. 28g乙烯所含共用电子对数目为C. 现有乙烯、丁烯的混合气体共14g，其原子数为D. 标准状况下，二氯甲烷所含分子数为12.下列叙述中，错误的是A. 苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持 6 反应生成硝基苯B. 苯不能使酸性高锰酸钾褪色，说明苯环中没有碳碳双键C. 甲烷中混有的乙烯可以用溴水除去D. 医院用酒精杀菌、消毒，是指质量分数13.有关苯的结构和性质，下列说法正确的是A. 与是同分异构体B. 苯在空气中不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟C. 煤干馏得到的煤焦油可以分离出苯，苯是无色无味的液态烃D. 向2mL苯中加入1mL酸性高锰酸钾溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，上层呈紫红色14.下列关于苯的叙述正确的是A. 反应常温下不能进行，需要加热B. 反应不发生，但是仍有分层现象，紫色层在下层C. 反应为加成反应，产物是一种烃的衍生物D. 反应能发生，从而证明苯中是单双键交替结构15.苯的结构式可用来表示，下列关于苯的叙述中正确的是A. 苯是无色无味，密度比水大的液体B. 苯中含有碳碳双键，所以苯属于烯烃C. 苯分子中6个碳碳化学键完全相同D. 苯可以与溴水、高锰酸钾溶液反应而使它们褪色16.有关苯的结构和性质，下列说法正确的是A. 与是同一种物质，说明苯分子中碳碳双键、碳碳单键交替排列B. 苯在空气中不易燃烧完全，燃烧时冒浓烟，说明苯组成中含碳量较高C. 煤干馏得到的煤焦油可以分离出苯，苯是无色无味的液态烃D. 向2mL苯中加入1mL溴的四氯化碳溶液，振荡后静置，可观察到液体分层，上层呈橙红色17.苯环的结构中，不存在单双键交替结构，下列可以作为证据的事实是苯不能使酸性 n 溶液褪色；实验测得邻二溴苯仅有一种结构；苯不因化学反应使溴水褪色；苯分子中6个完全相同．A. B. C. D.18.关于苯及苯的同系物的说法，不正确的是A. 利用甲苯的硝化反应可以制得TNT炸药B. 苯与甲苯互为同系物，可以用 n 酸性溶液进行鉴别C. 苯和溴水振荡后，由于发生化学反应而使溴水的水层颜色变浅D. 煤焦油中含有苯和甲苯，用蒸馏的方法把它们分离出来19.下列说法正确的是A. 苯不能使酸性 n 溶液褪色，与甲烷性质相似，因此苯为饱和烃B. 苯的结构中有三个双键，可与溴水发生加成反应C. 苯的邻位二元取代产物只有一种D. 甲苯不能使酸性 n 溶液褪色20. 乙烯的产量可以用来衡量一个国家的石油化工发展水平 请回答：乙烯的结构式是______．若将乙烯气体通入溴的四氯化碳溶液中，反应的化学方程式为______． 可以用来除去乙烷中混有的乙烯的试剂是______ 填序号 水 氢气 溴水 酸性高锰酸钾溶液在一定条件下，乙烯能与水反应生成有机物A ，A 的结构简式是______，其反应类型是______反应 填“取代”或“加成” ．下列化学反应原理相同的是______ 填序号 ．乙烯使溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液褪色 使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色使品红溶液和滴有酚酞的NaOH 溶液褪色． 【答案】； ； ； ；加成；21. 下列各组物质之间的加成反应，反应产物一定为纯净物的是A ． →B ．CH 2＝CH －CH 2－CH 3＋HCl ∆−−−−→催化剂C ．CH 3－CH ＝CH 2＋H 2O −−−−−→催化剂加温加压D ．n CH 2＝CH 2＋n CH 2＝CH －CH 3∆−−−−→催化剂22. 取代反应是有机化学中一类重要的反应，下列反应属于取代反应的是A ．丙烷与氯气在光照的作用下生成氯丙烷的反应B ．乙烯与溴的四氯化溶液生成溴乙烷的反应C ．乙烯与水生成乙醇的反应D ．乙烯自身生成聚乙烯的反应23. 某烃1mol 完全燃烧生成4mol 二氧化碳，相同物质的量的该烃能与2mol 氢气加成，该烃是下列烃中的24.A ．CH 3—CH 2—CH=CH 2B ．C ．CH 2=CH —CH=CH 2D ．下列关于苯的叙述有错误的是A ．苯是一种无色液体，即使用冰冷却仍为液体B ．苯既不能使KMnO 4酸性溶液褪色，也不能使溴水褪色C ．苯分子具有平面正六边形结构，所有C 、H 原子均在同一平面内D ．苯环上碳碳间的键是介于单、双键之间独特的键25. 用一种试剂鉴别苯酚、1—己烯、碘化钾溶液、苯四种液体， 应选用A ．盐酸B ．FeCl 3溶液C ．溴水D ．四氯化碳 26. 下列关于苯乙烯（结构简式为）的叙述错误的是A ．可以和溴水反应B ．是苯的同系物C ．分子中有4个碳碳双键D ．1mol 苯乙烯可以和4mol H 2发生加成反应 27. 下列化合物属于苯的同系物的是 A ．B ．C ．D ．28. 下列有机物分子中，所有的原子不可能处于同一平面的是A ．CH 2=CH —CNB ．CH 2=CH —CH=CH 2C ．D ．CH 3 CH C CH 3 + Br 2CH 3CH 3 CH CH CH 2CH 3CH 2 C CH CH 2CH 3CHCH 2CH 3CH 3CH 2CHCH2CH CH 2CH 2 C CH CH 2CH 3。
常见有机物结构式有机物是由碳原子构成的化合物，通常还含有氢、氧、氮、硫等元素。
在有机化学中，结构式是用来表示有机物分子结构的一种标记方法。
常见的有机物结构式包括线性结构、环状结构、分枝结构和立体结构等。
下面是一些常见的有机物结构式：1.甲烷（CH4）：甲烷是最简单的有机化合物，由一个碳原子和四个氢原子组成。
HH-C-HH2.乙烷（C2H6）：乙烷由两个碳原子和六个氢原子组成。
HHH-C-C-HHH3.乙醇（C2H5OH）：乙醇是一种醇类化合物，由两个碳原子、六个氢原子和一个氧原子组成。
HHH-C-C-O-HHH4.甲酸（HCOOH）：甲酸是一种羧酸化合物，由一个碳原子、一个氧原子和两个氢原子组成。
OH-C-O-HH5.乙酸（CH3COOH）：乙酸也是一种羧酸化合物，由两个碳原子、两个氧原子和四个氢原子组成。
OHH-C-C-O-HHH6.乙醛（CH3CHO）：乙醛是一种醛类化合物，由两个碳原子、两个氧原子和四个氢原子组成。
OHH-C-C-HHH7.苯（C6H6）：苯是一种芳香烃，由六个碳原子和六个氢原子组成。
HHH-C=C-C=C-HHH8.己烷（C6H14）：己烷是一种烷烃化合物，由六个碳原子和十四个氢原子组成。
HHHH-C-C-C-C-C-HHHH这些都是一些常见的有机物结构式，但实际上存在的有机物种类非常多。
有机化学研究的范围非常广泛，涉及到各种有机化合物的合成、结构解析、反应机理等。
有机物结构式是研究和描述有机化合物的重要工具，它可以帮助人们了解有机物的化学性质和结构特征，从而进一步研究和应用有机化学。
高考有机化学专题一：有机物的结构和同分异构体：(一)有机物分子式、电子式、结构式、结构简式的正确书写：1、分子式的写法：碳－氢－氧－氮（其它元素符号）顺序。
2、电子式的写法：掌握7种常见有机物和4种基团：7种常见有机物：CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CH3CH2OH、CH3CHO、CH3COOH。
4种常见基团：－CH3、－OH、－CHO、－COOH。
3、结构式的写法：掌握8种常见有机物的结构式：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯。
(注意键的连接要准确，不要错位。
)4、结构简式的写法：结构简式是结构式的简写，书写时要特别注意官能团的简写，烃基的合并。
要通过练习要能识别结构简式中各原子的连接顺序、方式、基团和官能团。
掌握8种常见有机物的结构简式：甲烷CH4、、乙烷C2H6、乙烯C2H4、、乙炔C2H2、乙醇CH3CH2OH、乙醛CH3CHO、乙酸CH3COOH、乙酸乙酯CH3COOCH2CH3。
(二)同分异构体：要与同位素、同素异形体、同系物等概念区别，注意这四个“同”字概念的内涵和外延。
并能熟练地作出判断。
1、同分异构体的分类：碳链异构、位置异构、官能团异构。
2、同分异构体的写法：先同类后异类，主链由长到短、支链由整到散、位置由心到边。
3、烃卤代物的同分异构体的判断：找对称轴算氢原子种类，注意从对称轴看，物与像上的碳原子等同，同一碳原子上的氢原子等同。
专题二：官能团的种类及其特征性质：(一)、烷烃：（1）通式：C n H2n+2，代表物CH4。
（2）主要性质：①、光照条件下跟卤素单质发生取代反应。
②、在空气中燃烧。
③、隔绝空气时高温分解。
(二)、烯烃：（1）通式：C n H2n（n≥2），代表物CH2＝CH2，官能团：-C=C-（2）主要化学性质：①、跟卤素、氢气、卤化氢、水发生加成反应。
②、在空气中燃烧且能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
③、加聚反应。
(三)、炔烃：（1）通式：C n H2n-2（n≥2），代表物CH≡CH，官能团-C≡C-（2）主要化学性质：①、跟卤素、氢气、卤化氢、水发生加成反应。
第2讲烃复习目标1．掌握烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃的结构特点和性质。
2.能描述和分析各类烃的典型代表物的重要反应，能书写相应的化学反应方程式。
3.了解烃类物质的重要应用。
考点一脂肪烃的结构和性质一、烷烃、烯烃、炔烃的组成及结构特点二、典型代表物的组成与结构名称甲烷(CH 4)乙烯(C 2H 4)乙炔(C 2H 2)空间结构01正四面体形02平面形H—C≡C—H03直线形键角109°28′120°180°碳原子杂化方式sp 3sp 2sp 碳原子成键类型σ键σ键和π键σ键和π键三、脂肪烃的性质1．物理性质物理性质变化规律常温下01≤4个碳原子的烃都是气态，随着碳原子数的增多，逐渐状态过渡到02液态、固态随着碳原子数的增多，沸点逐渐03升高；同分异构体之间，支链越沸点多，沸点04越低相对密度随着碳原子数的增多，相对密度逐渐增大，密度均比水05小水溶性均难溶于水2.化学性质(1)氧化反应(2)烷烃的取代反应①取代反应：有机物中某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
②烷烃的卤代反应。
如甲烷和氯气生成一氯甲烷：06CH 4＋Cl 2――→光照CH 3Cl ＋HCl 。
a ．反应条件：07光照。
b ．无机试剂：08卤素单质。
c ．产物特点：09多种卤代烃混合物＋HX(X 为卤素原子)。
d ．量的关系：取代1mol 氢原子，消耗101mol 卤素单质。
(3)烯烃、炔烃的加成反应(写出有关反应方程式)(4)烯烃、炔烃的加聚反应①乙烯的加聚反应方程式：20n CH 2===CH 2――――→催化剂CH 2—CH 2。
②乙炔的加聚反应方程式：21n CH ≡CH――――→催化剂CH===CH 。
③1，3丁二烯的加聚反应方程式：22n CH 2===CH —CH===CH 2――――→催化剂CH 2—CH===CH —CH2。
四、脂肪烃的来源和用途脂肪烃来源用途甲烷天然气、沼气、煤矿坑道气燃料、化工原料乙烯工业：01石油裂解植物生长调节剂、催熟果实、化工原料实验室：02乙炔实验室：CaC 2＋2H 2O ―→Ca(OH)2＋CH≡CH ↑切割、焊接金属、化工原料请指出下列各说法的错因(1)1mol CH 4和1mol Cl 2发生取代反应生成的有机产物只有CH 3Cl 。
第二节芳香烃题组一苯的分子结构与性质1．下列事实中，能说明苯与一般烯烃在性质上有很大差别的是()A．苯能与纯溴发生取代反应B．苯不能被酸性KMnO4溶液氧化C．1 mol苯能与3 mol H2发生加成反应D．苯燃烧能够产生浓烟答案 B解析苯不与酸性KMnO4溶液反应，而烯烃能被酸性KMnO4溶液氧化。
【考点】苯的化学性质【题点】苯的化学性质的综合2．苯环结构中不存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，可以作为证据的是()①苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色②苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色③苯在一定条件下既能发生取代反应，又能发生加成反应④经测定，邻二甲苯只有一种结构⑤经测定，苯环上碳碳键的键长相等A．①②④⑤B．①②③⑤C．①②③D．①②答案 A解析若苯环结构中存在碳碳单键与碳碳双键的交替结构，则苯环上六个碳碳键的键长不相等，即邻二甲苯有两种结构且能使溴的四氯化碳溶液、酸性KMnO4溶液褪色。
【考点】苯的综合考查【题点】苯的结构与性质的综合分析3．下列实验能成功的是()A．用溴水可鉴别苯、CCl4、戊烯B．加入浓溴水，然后过滤除去苯中少量的己烯C．苯、溴水、铁粉混合制取溴苯D．用分液漏斗分离二溴乙烷和苯答案 A解析溴水加入苯中上层颜色较深，加入CCl4中下层颜色较深，加入戊烯中溴水褪色，可用溴水进行鉴别；浓溴水虽与己烯反应，但生成物能溶于苯，不能使之分离，不能用溴水除去苯中的己烯；制取溴苯需要用液溴，而不是溴水；二溴乙烷与苯互溶，不能用分液漏斗分离。
【考点】苯的物理性质与应用【题点】苯的物理性质4．下列关于苯的叙述正确的是( )A ．反应①为取代反应，有机产物浮在上层B ．反应②为氧化反应，反应现象是火焰明亮并伴有浓烟C ．反应③为取代反应，只生成一种产物D ．反应④中1 mol 苯最多与3 mol H 2发生加成反应，因为苯分子中含有3个碳碳双键 答案 B解析 反应①为苯的取代反应，生成的溴苯密度比水大，沉在水底，A 错误；反应③为苯的硝化反应：＋HNO 3(浓)――→浓硫酸50～60 ℃ ＋H 2O ，产物有两种，C 错误；苯分子中无碳碳双键，D 错误。
