1、1江南大学现代远程教育 2013年上半年课程考试大作业考试科目:工业催化基础一、简答题1、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？(20分)答: （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内表面上吸附； （3） 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） 反应产物自催化剂内表面脱附； （5） 反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去2、试比较物理吸附与化学吸附。(20分)答:当分子或原子与固体表面接触时,可能通过与表面形成化学键而结合,这是化学吸附,它是表面催化的第一步。如果吸附分子以类似于凝聚的物理过程与表面结合,即以弱的范德瓦
2、尔力相互作用,后者称为物理吸附。很明显这两类吸附之间并没有清晰的分界。如果吸附热的数值与凝聚热相近,那么这个过程被认为是物理吸附.物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小(820kJ/mol)，接近于气体的液化热，且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生，吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快，可单分子层或多分子层吸附，不需要活化能。化学吸附与一般的化学反应相似，是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性特征，吸附热大(40800kJ/mol)，吸附很稳定，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附更是如此，吸附是单分子层的，具有饱和性。产物的择形催化（当产物混合物中
3、某些分子太大，难于从分子筛催化剂的内孔窗口扩散出来, 就形成了产物的择形选择性。 ） 过渡态限制的选择性（有些反应，其反应物分子和产物分子都不受催化剂窗口孔径扩散的限制，只是由于需要内孔或笼腔有较大的空间，才能形成相应的过渡态，不然就受到限制使该反应无法进行；相反，有些反应只需要较小空间的过渡态就不受这种限制，这就构成了限制过渡态的择形催化。） 分子交通控制的择形催化（在具有两种不同形状和大小和孔道分子筛中，反应物分子可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位，进行催化反应，而产物分子则从另一孔道扩散出去，尽可能地减少逆扩散，从而增加反应速率。这种分子交通控制的催化反应，是一种特殊形式的择
4、形选择性，称分子交通控制择形催化。 ）3、对于 CaA和 CaX分子筛催化丁醇脱水制丁烯反应，已知正丁醇和异丁醇的分子直径分别为 0.49 nm和 0.59 nm，CaA 和 CaX分子筛的孔径为 0.5 nm和 1.0 nm，请比较两种催化剂下正丁醇和异丁醇反应速率的快慢，并说明理由。 （20 分）答:CaX 分子筛的孔径为 0.5 nm时，正丁醇的反应速率快。正丁醇的分子直径小于分子筛的分子直径，可以进入其孔径中，而异丁醇的分子直径大于分子筛的分子直径，则不能进入分子筛孔径中。催化反应主要在催化剂的内孔径中发生，故正丁醇的反应速度快。CaX分子筛的孔径为 1.0 n m 时，正丁醇异丁醇的
5、分子直径均小于分子筛的分子直径，均可进入分子筛孔径中，但正丁醇可形成的碳正离子是伯碳，异丁醇形成的碳正离子是仲碳。稳定性：伯碳2仲碳。故此情况下异丁醇的反应速度快。4、晶形沉淀的形成条件是什么？（20 分）答:开始沉淀时，沉淀剂在不断搅拌下均匀而缓慢的加入，以免发生局部过浓同时也能维持一定的过饱和度。沉淀应在适当稀的热溶液中进行。沉淀完毕待老化、冷却后过滤洗涤； 沉淀应放置老化。沉淀在其形成之后发生的一切不可逆变化称之为老化。这些变化主要是结构变化和组成变化。老化过程中，细小晶体会溶解并沉积在粗晶体上，从而可以得到颗粒大小较为均匀的粗晶体，同时也导致孔隙结构和表面积的变化。还可以去除杂质。此外刚形成的沉淀不一定具有稳定的结构，还应放置一段时间。 5、焙烧在催化剂制备过程中的作用是什么？（20 分）答: 通过热分解除去水和挥发性物质，使催化剂转换成所需的化学成分和化学形态； 借助固态反应、互溶和再结晶获得一定的晶型、孔径和比表面积等；使微晶烧结，提高机械强度，获得较大孔隙率。
