工业催化原理——作业汇总(含答案)

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1、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-

2、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=CH2H20CH2=CH-CH=CH2Mo6+Mo5+Bi3+Bi2+02H203、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

3、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pA和pB。吸附平衡常数为kA和kB。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vaA=kaAPA(1—θA—θB)；脱附速率vdA=kdAθA平衡时：vaA=vdA，即θA=（kaA/kdA）PA（1—θA—θB）=kA·kB（1—θA—θB）对于气体B：吸附速率vaB=kaBPB(1—θA—θB)2；脱附速率vdB=kdBθB2平衡时：vaB=vdB，即θB2=kBPB(1—θA—θB)2故：2、N2在Al2O3上的吸附，以P/Vo(Po-P

4、)对P/Po作图得截距为0.2723，斜率为50.06。（1）求Vm（单位L）和C以及单分子层铺满时吸附质物质的量（题中数据已换算成标况）。（2）求Al2O3的表面积。（已知：N2分子截面积16.2×10-20m2）解：P/Va(P0-P)=(1/CVm)[1+(C-1)P/PO]=[(C-1)/CVm](P/PO)+1/CVm由题目可知：（C-1）/CVm=50.061/CVm=0.2723∴C=184.84Vm=0.01987L(标况)n=0.01987/22.4=8.875×10-4S=nNASO=8.875×10-4×6.023×1023×16.

5、2×10-20=86.60m23、多相催化反应一般包括那几个步骤？其中哪几个步骤属于化学过程？答：多相催化反应包括：外扩散:反应物分子从气流中向催化剂颗粒表面扩散;（孔）内扩散:反应物分子从颗粒表面向颗粒内表面扩散;化学吸附:反应物分子在催化剂内表面吸附;表面反应:吸附的反应物分子在催化剂表面上反应;脱附:产物分子自催化剂内表面脱附;（孔）内扩散:产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散;外扩散:产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散;其中化学吸附、表面反应、脱附属于化学过程。4、在多相催化反应中，为什么至少有一种反应物必须经过化学吸附？答：因为化学吸附可使

6、反应物分子均裂生成自由基，也可以异裂生成离子或使反应物分子强极化为极性分子，生成的这些表面活性中间物种具有很高的反应活性，有利于催化反应的进行。5、物理吸附、化学吸附的差别如何？物理吸附和化学吸附的特征比较物理吸附化学吸附作用力范德华力（物电子转移）化学键力（静电力或共价键力，电子转移或电子共享）吸附态整个分子吸附常为解离吸附（解离为离子或自由基）吸附量随温度升高而减少比较复杂，P一定，T升高，出现最小、最大值吸附热（kJ/mol）4～4040～200吸附质处于临界温度以下的所有气体化学活性蒸气吸附速率不需要活化，受扩散控制，速率快需经活化，克服能垒，速

7、率慢活化能≈凝聚热≥化学吸附热温度接近气体沸点(低温)高于气体沸点吸附层数单层多层或单层(以分子密集排列遮盖)可逆性可逆可逆或不可逆吸附态光谱吸附峰的强度变化或波数位移出现新的特征吸收峰选择性无选择性,只要温度适宜,任何气体可在任何吸附剂上吸附有选择性,与吸附质吸附剂的特性有关6、化学吸附态的定义：化学吸附态一般是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附的化学状态、电子结构及几何构型。7、氢的吸附态有：在金属表面上的吸附态（均裂吸附）和在金属氧化物表面上的吸附态（均裂吸附）8、室温下，氢在ZnO上的化学吸附有两类，它们是：第一类是快速可逆的吸附：这类吸

8、附的氢参与了乙烯加氢-氘交换反应，表明它是处于活化状态；第二类化学吸附是慢的、不