催化化学习题及答案(3)

2020-04-17 20:54

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。 参考答案:

1.四级结构(可以用语言叙述)

2. (1)反应物择形催化 (2) 产物的择形催化 (3)过渡态限制的选择性(4)分子交通控制的择形催化

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。

参考答案:

由计算可以看出乙烯在Ni-Ni间距离为0.35lnm上吸附较难,形成的键造成分子内的张力较大,是一种弱吸附。在Ni-Ni间距离为0.2489nm时乙烯吸附较容易,是一种强吸附。在多相催化反应中,只有吸附热较小,吸附速度快,并且能使反应分子得到活化的化学吸附,才显示出较高的催化活性。所以,(110)>(100)>(111)。

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。

参考答案:

1. 过渡金属氧化物催化剂在催化烃类氧化反应中,反应产物中的氧常常不是直接来自气相中氧,而是来自金属氧化物中的晶格氧,气相中的氧只是用来补充催化剂在

反应中消耗的晶格氧。

2. 在催化剂表面上氧的吸附形式有:电中性的氧分子物种(O2)ad,和带负电荷的氧离子物种(O2-,O-,O2-)。在催化氧化过程中,氧化物表面吸附的氧分子接受固体中的电子形成富电子的氧物种,O2-和O-,并在较高温度下气/固界面的O-可以第二次得到电子形成O2-离子而结合到氧化物的表面中。

3. 强亲电性的O2-和O-物种进攻有机分子中电子密度最高的部分进行亲电加成形成过氧或环氧化合物,并且进一步发生断裂而使烃分子降解。起始,烯烃形成饱和醛,而芳烃形成相应的酸酐;但在高温时,高反应性的饱和醛迅速发生全氧化。晶格氧离子O2-是亲核试剂,它没有氧化性质。但它们可以通过亲核加成插入到烃类分子缺电子的位置上,导致选择性氧化,这种方式生成的含氧化合物的类型取决于碳氢化台物活化的途径,即反应物分子与催化剂表面活性中心之间形成的中间态结构。

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。

参考答案:

九. 写出理想吸附模型-Langmuir模型的假设条件,并写出(1)简单的Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式;(2)解离式Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式;(3)竞争吸附的Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式。

1. 1)吸附剂的表面是均匀的,各吸附中心的能量相同。2)吸附粒子间的相互作用可以忽略。3)吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附,吸附是单层的。 2.(1)简单的Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式;

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(2)解离式Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式;

V(?P)1/2???1/222V1?(?P)mra?kaP(1??) rd?kd?

(3)竞争吸附的Langmuir吸附脱附速率方程和吸附等温式。

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