三、请列举几种常用固体催化剂表面酸碱性的分析方法,如酸碱指示剂法、程序升温脱附法和红外光谱法,并指出各自的优缺点。
四、列举出三种以上的催化剂制备方法,并说明其制备过程与特点。
五、阐述分子筛的四级结构单元,并详细说明分子筛的择型催化作用。(10分)
六、实验发现Ni的三种晶面的乙烯加氢活性是:(1 1 0)>(1 0 0)>(1 1 1)。请用巴士金多位理论(几何对应理论)来解释说明。
七、请如图说明过渡金属氧化物催化剂在催化烃类氧化反应中的氧化—还原机理,并说明在氧化物表面上各种氧物种之间平衡关系,以及它们中的亲电氧物种和亲核氧物种在催化氧化中的作用。
八、请写出RhCl(PPh3)3催化Wilkinson 氢化反应 ( hydrogenation)过程的反应方程式,并如图详细说明每步的催化反应机理与类型。(10分)
五、计算题
1、请写出B.E.T.方程的数学表达式,并计算下面硅胶样品的比表面积(用液氮来测硅胶的比表面,通过利用对P/P0作图测得斜率=13.85×10-3cm-3,截距=0.15 ×10-3 cm-3,硅胶样品量为0.83g,Am = 0.162 nm2)。
参考答案:
p/p01c?1??(p/p0) V(1?p/p)cVcV0mm1. BET方程为
V——吸附量;
p——吸附时的平衡压力;
p0——吸附气体在给定温度下的饱和蒸气压; Vm——表面形成单分子层所需要的气体体积; c为与吸附热有关的常数。
2. 用实验测出不同的相对压力p/p0(0.05~0.35)下所对应的一组平衡吸附体积V;由作图法得
P/P0V(1?P/P0)p/p0
直线方程,截距为1/Vmc,斜率为(c - 1)/Vmc。Vm=1/(斜率+截距)。
VmAs?AmNm?Am?6022.?1023VT,PAg?AsW
Ag=(71/22400) ×6.02 ×1023 ×16.2 ×10-20/0.83=373m2.g-1
2. 在用0.5mmol的金属锰配合物催化8.16g 25%双氧水氧化4.1g环己烯的环氧化反应中, 假设在反应3h后, 双氧水转化了90 %, 可生成3.675g环氧环己烷(C6H10O)、0.49g环己烯醇(C6H10O)和0.12g环己烯酮(C6H8O)三种氧化产物。在忽略环己烯聚合和挥发损失的情况下,试计算反应后残余的环己烯量、环己烯的摩尔转化率、催化剂基于环己烯的转化频率(单位h-1)、环氧环己烷的选择性和双氧水的有效利用率(设生成一分子环氧环己烷或环己烯醇均消耗一分子双氧水;而生成一分子环己烯酮消耗二分子双氧水)? 参考答案:
(1) 环己烯剩余量=环己烯的加入量-环己烯的消耗量
= (4.1/ 82 – 3.675 / 98 - 0.49 / 98 - 0.12 / 96) = 0.00625 mol = 6.25 mmol。 (2) 环己烯的摩尔转化率(%) = (环己烯加入量-环己烯剩余量) / 环己
烯加入量 ?100%
= [(4.1 / 82 – 0.00625) / (4.1/ 82)]?100% = 87.5 %。
(3)转换频率 =环己烯消耗量(mmol)/(催化剂锰含量(mmol)?反应时间(h) = (50-6.25)/(0.5?3)=29.17 h-1。
(4) 环氧环己烷的选择性(%) = 环氧环己烷的生成量(mmol) / 环己烯
消耗量(mmol) ?100% = [(3.675 / 98)/( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 0.12 / 96)]?100% = (37.5/43.75) ?100% =85.71%
(5) 双氧水的有效利用率(%) = 双氧水有效消耗量/ 双氧水的实际消耗量?100% = (环氧环己烷 + 环己烯醇 + 2环己烯酮) /{[(8.16?25%)/34] ?90%}?100% = [( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 2?(0.12 / 96))/0.108] ?100%
=(45.00/54.00)?100%=83.3%
3. 用Hg-He法测某催化剂重量W = 4g时, 若已知容器容积V = 60.00cm3,, 测定充He和充汞体积分别为VHe = 59.5cm3和VHg = 59cm3。求该催化剂的骨架密度?骨架、颗粒密度?颗粒、孔容V孔、比孔容Vp和孔隙率?? 参考答案:
(1) 由 ?骨架 = W / (V-VHe) = 4/(60.00-59.5) = 8 g / cm3 (2) ?颗粒 = W / (V-VHg) = 4/ (60.00-59.00) = 4 g / cm3 (3) V孔 = VHe- VHg = 59.50-59.00 =0.50 cm3 (4) Vp = (VHe- VHg)/ W = (59.5-59.00)/4 =0.125 cm3 / g
(5) ? = (VHe- VHg) / (V-VHg) = (59.50-59. 00)/ (60.00-59.00) = 0.5
六、选择题
1.关于催化剂描述不正确的是 ( ) A.催化剂量与化学计量方程式无关 B.反应速度通常与催化剂量成正比 C.加速反应但不参加反应者也是催化剂 D.参加反应后催化剂会有变化但很微小
2.?-Al2O3是( )
A.酸性载体 B.两性载体 C.中性载体 D.碱性载体 3.正丁烯异构为异丁烯选用的催化剂是( )
A.过渡金属催化剂 B.过渡金属氧化物催化剂 C.酸性催化剂 D.碱性氧化物催化剂
4.工业上用于空气氧化乙烯制环氧乙烷的Ag/?-Al2O3催化剂中Ag和?-Al2O3分别作为( )
A.主催化剂和助催化剂 B.主催化剂和载体 C.载体和主催化剂 D.助催化剂和主催化剂
5.合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3中对各组分作用描述正确的是( ) A.Fe是主催化剂,K2O是电子助催化剂,Al2O3是结构助催化剂 B.Fe与K2O是主催化剂, Al2O3是结构助催化剂 C.Fe是主催化剂,K2O是结构助催化剂,Al2O3是电子助催化剂 D.K2O是主催化剂,Fe是电子助催化剂,Al2O3是结构助催化剂 6. Pt/Al2O3重整催化剂中各组分所起的催化作用是( )
A.Pt起脱氢催化作用,Al2O3起酸催化与载体作用 B.Pt起氧化催化作用,Al2O3起酸催化与载体作用