能源与催化化学homework

2、催化反应的转化率，选择性和产率的定义

3、在用1.5mmol的金属锰配合物催化16.32g 25%双氧水氧化8.2g环己烯的环氧化反应中, 假设在反应４h后, 双氧水转化了90 %, 可生成7.35g环氧环己烷（C6H10O）、0.98g环己烯醇（C6H10O）和0.24g环己烯酮（C6H8O）三种氧化产物。试计算反应后剩余的环己烯量、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则消耗二分子双氧水）

1、多相催化反应一般包括哪几个步骤? 其中哪几个步骤属于化学过程?

2、物理吸附、化学吸附的差别为何?

1、请讲述烯烃在酸催化剂作用下可能发生的反应？

2、请讲述固体碱催化反应机理

1、请简述工业催化剂制备的步骤。

2、催化剂煅烧的作用有哪些作用

3、负载型催化剂的优点有哪些

1、酸、碱的质子论的定义

2、酸、碱的电子论的定义

3、为什么起配位络合催化作用的催化剂主要是过渡金属络合物呢

4、络合催化可能产生哪四种“效应”

5、用18电子规则预测Co2(CO)8的可能结构

6、用18电子规则预测Fe(C5H5)2的结构？

7、用18电子规则解释V(CO)6-的成因

1、说明均相催化剂与多相催化剂的特点

2、举例说明均相催化剂多相化的方法及特点

3、何为反应控制相转移催化剂

1、简述酶催化反应的特点。

2、酶的可逆抑制作用有哪些？举例说明其一

1、举例说明绿色化学的12个原则

2、什么是原子经济性？举例说明

3、举例说明如何实现绿色催化

1、生物资源综合利用的意义？

2、如何利用生物资源？

催化作用定义:

催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化，催化剂改变了中间反应途径,为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径,加速化学反应趋于热力学平衡点。

催化作用的特点：

（1）催化剂只能加速热力学上可行的反应，不能加速热力学上无法进行的反应（2）催化作用不能改变化学平衡，只能加速反应趋于平衡

（3）催化作用通过改变反应历程而改变反应速度

（4）催化剂对反应具有选择性

2、催化反应的转化率，选择性和产率的定义

（1）转化率（Conversion) % = (发生了反应的反应物量 / 起始的反应物量 )*100%

（2）选择性 Selectivity (%) = （转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量）*100％

（3）产率 Yield (%) = Conversion*selectivity

Or = （生成的目的产物量／某反应物的初始量）*100％

3、在用1.5mmol的金属锰配合物催化16.32g 25%双氧水氧化8.2g环己烯的环氧化反应中, 假设在反应４h后, 双氧水转化了90 %, 可生成7.35g环氧环己烷（C6H10O）、0.98g环己烯醇（C6H10O）和0.24g环己烯酮（C6H8O）三种氧化产物。试计算反应后剩余的环己烯量、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则消耗二分子双氧水）

1、多相催化反应一般包括哪几个步骤? 其中哪几个步骤属于化学过程?

多相催化反应包括：

(1)反应物分子经过层流边界层的外扩散;

(2)在催化剂孔隙中的内扩散;

(3)在催化剂表面的化学吸附;

(4)表面化学反应;

(5)产物在催化剂表面脱附;

(6)产物在催化剂孔隙中的内扩散;

(7)在层流边界层中的外扩散.

其中反应物和产物的内外扩散为物理过程．属催化反应工程学范畴;

反应物分子在催化剂表面的化学吸附，表面化学反应以及产物的脱附，属于化学过程．

2、物理吸附、化学吸附的差别为何?

（1）作用力不同

物理吸附: 反应分子靠范德华引力吸附在催化剂表面上，类似于蒸气的凝聚

和气体的液化．

化学吸附: 则类似于化学反应，在反应物分子与催化剂表面原子间形成吸附化学键．

（2）吸附热:

物理吸附热与气体的凝聚热差不多，一般为几百卡／克分子至2—3千卡／克分子；

化学吸附热接近化学反应的热效应，一般为20一120干卡／克分子．

（3）吸附温度

物理吸附类似于凝聚作用，所以只有在靠近或低于被吸附物质的沸点时才能发生;

化学吸附的温度一般比同种气体物理吸附的温度高．

（4）吸附的选择性

物理吸附无选择性；

化学吸附则具有选择性．

（5）吸附层数

化学吸附是单层的，

物理吸附可以是单层或多层的

（6）吸附态光谱和光电子能谱

物理吸附只能使原吸附分子的特征吸收带产生某些位移，或使原吸收带的强度有所改变，而光电子能谱一般没有变化;

化学吸附在紫外、可见及红外光谱区出现新的特征吸收带，或吸附前、后分子的光电子能谱发生明显的变化

1、请讲述烯烃在酸催化剂作用下可能发生的反应？

顺-反异构化双键异构化骨架异构化烯烃的聚合补充例子day3

2、请讲述固体碱催化反应机理

碱催化反应中，烷烃、烯烃的活化是通过与碱催化剂作用形成负碳离子。碱催化反应的碱中心能够供给电子对，把C-H中的H+脱去。

例如，碱金属-烃类-载体催化剂：碱金属(B)的一个价电子，易给予某种有机分子(R)，形成B+R-。而R-是不稳定的品种，它容易将电子给予另一种烃类分子或夺去后者的H+，形成新的负碳离于，进行新的碱催化反应。

1、请简述工业催化剂制备的步骤。

(1) 选择原料及原料溶液配制。选择原料必须考虑原料纯度(尤其是毒物的最高限量)及催化剂制备过程中原料互相起化学作用后的副产物(正、负离子)的分离或蒸发去除的难易。

(2) 通过诸如沉淀、共沉淀、浸溃、离子交换、化学交联中的一种或几种方法，将原料转变为微粒大小、孔结构、相结构、化学组成合乎要求的基体材科。(3) 通过物理方法(诸如洗涤、过滤、干燥、再结晶、研磨、成型)及化学方法(诸如分子间缩合、离子交换、加热分解、氧化还原)把基体材料中的杂质去除，并转变为宏观结构、微观结构以及表面化学状态都符合要求的成品。

2、催化剂煅烧的作用有哪些作用

（1）通过这些基体物料的热分解反应，除去化学结合水和挥发性杂质(如NO，CO2，NH3等)，使之转化为所需的化学成分和化学价态。

（2）通过控制一定温度，使基体物料向一定晶相或固溶体转变。

（3）在一定的气氛和温度条件下，通过再结晶过程与烧结过程，控制微晶粒数目与晶粒大小，从而影响了孔结构与比表面。

3、负载型催化剂的优点有哪些

(1) 可按催化剂物化性能的要求，选择合适孔结构和表面积的载体，增强催化剂的机械性能和耐热、传热性能；

(2) 对于贵金属催化剂，由于将金属均匀分散在大表面积上，可节省催化剂贵金属用量，从而降低催化剂的成本；

(3) 易采用多组分同时负载，或利用载体的某种功能(例如酸中心，或配位结构的导向，或电子迁移)，制备多功能催化剂；

(4) 可以利用载体表面功能团成交联剂，进行均相催化剂的多相化；

(5) 省去催化剂成型工段，制备方法比较简便．

1、酸、碱的质子论的定义

凡能给出质子（H+）的任何含氢原子或离子皆为酸，凡能接受质子的分子或离子都是碱。上述定义可用简式表示为

2、酸、碱的电子论的定义

Lewis 认为凡能接受电子对的分子、原子团或离子称为酸；凡能给出电子对的分子、基团或离子称为碱．前者如H+、Cu2+、AlCl3, BF3等；后者如OH-，NH3，C5H5N等。

3、为什么起配位络合催化作用的催化剂主要是过渡金属络合物呢

（1）电子组态从d0到d10的中心金属离子或原子有较多的轨道可用来形成化学键;

（2）中心金属离子的配位数和价态容易改变;

（3）中心金属离子的前沿d轨道具有合适的对称性和能级，可通过反馈电子到反应基团的相应反健轨道，以活化其σ键或π键;

（4）通过电子效应(如对位效应)、空间效应，或不参加催化反应的配位体的对映体选择性诱导效应，提供了调节甚至精细调节催化活性和选样性的更多可能性．

4、络合催化可能产生哪四种“效应”

（1）对反应基团的活化效应、活化方式是通过缔合式络合，或离解式络合，或提供较低能垒的反应途径；

（2）对反应方向和产物结构的选择性效应；

（3）在双中心氧化还原反应情况下，提供电子传递途径的效应；

（4）提供电子和能量偶联传递途径的效应．

5、用18电子规则预测Co2(CO)8的可能结构:

6、用18电子规则预测Fe(C5H5)2的结构？

7、用18电子规则解释V(CO)6-的成因

V(CO)6为17e ，与Cr （CO ）6相比不稳定，70℃分解，也可考虑二聚，但6个CO 位阻大，易于形成阴离子:

1、说明均相催化剂与多相催化剂的特点

多相催化剂 均相催化剂

通常为不同的固相 作为反应介质的同一相

轻易分离 时常很难分离

轻易再生和回收 很难回收或回收成本高

速度一般较均相催化剂慢 速度一般很快

可能扩散受限 扩散不受控制

对毒很敏感 受毒的影响小

选择性低 选择性高

寿命长 寿命短

多用于高能过程 经常发生在温和条件下

一般较难理解 一般较易理解

2、举例说明均相催化剂多相化的方法及特点

均相金属salen 配合物多相化

（1）浸渍法 作用力是物理吸附。

（2）离子交换法 用化学方法使配合物带上能和载体进行离子交换的同号离子进行负载。

（3）封装 利用沸石分子筛的三维孔结构，将配合物封装在有沸石分子筛刚性骨架形成的笼腔内。这种方法利用的是分子筛一定大小的刚性笼腔的“限阈”效应，对大小匹配的配合物分子进行多相化负载的。

（4）通过配位键合进行负载 由于金属salen 配合物通常具有轴向配位空位，将无机载体表面用具有配位能力的反应性基团进行修饰，再通过表面配体和金属salen 配合物的金属离子发生轴向配位进行负载

（5）化学接枝法 化学接枝法是直接对无机载体材料进行改性，再和配合物或配体上反应基团进行反应进行嫁接

（6）溶胶凝胶技术 采用有机基团官能化硅烷偶联剂(Silane Coupling Agent)直接与烷氧基硅醇等水解聚合形成无定形杂化载体。

3、何为反应控制相转移催化剂

此催化剂本身不溶于反应介质中，但在反应物之一的作用下形成可溶于反应介质中的活性物种，进而与另一反应物作用，选择性地生成目标产物。当前一种反应物被消耗完，催化剂又恢复到起始的结构而从反应体系中析出，可方便地回收及循环使用。

1、简述酶催化反应的特点。

高催化效率 ＋Na +V(CO)6Na +[V(CO)6]－Fe

R

R'

高专一性

酶活性受一些化合物调控

2、酶的可逆抑制作用有哪些？举例说明其一

竞争性抑制

反竞争性抑制

非竞争性抑制

混合型抑制

部分抑制

底物抑制

产物抑制

变构抑制

竞争性抑制举例：丙二酸(CO2-?CH2?CO2-)是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂:

丙二酸与琥珀酸结构非常相似，都具有两个羧基，因而可以占据酶分子上底物的结合位点. 但由于丙二酸在两个羧基之间只有一个碳原子，不会形成双键，因而不会发生后续反应.

1、举例说明绿色化学的12个原则

（1）预防 抗抑郁药物---曲舍林的重新设计

（2）原子经济性 布络芬的合成

（3）无毒的化学合成 聚碳酸酯的合成

（4）设计更安全的化学品 多杀菌素的生物合成

（5）更安全的溶剂和辅助剂 水做有机反应溶剂: 苯胺的氧化羰化

（6）设计提高能量利用率

（7）可再生资源的利用 己二酸合成

（8）降低派生物 硼酸催化的羧酸的直接酰氨化

（9）催化 亚胺基二乙酸二钠的合成 (DSIDA)

（10）降解品的设计 聚乳酸(PLA) 的制备

（11）污染物的实时分析 离子指纹图谱检测 (IFD) 软件

（12）预防事故的安全化学过程

2、什么是原子经济性？举例说明

绿色化学的“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中。

布络芬的传统合成方法：包含了6个化学计量合成步骤，原子利用率<40%。而催化合成布络芬只包含3个催化步骤；原子利用率可达到80%(99%醋酸可以回收)

3、举例说明如何实现绿色催化

借助催化方法实现亚胺基二乙酸二钠的合成 (DSIDA)的合成

滤出催化剂，无需附加的分离过程，取代Strecker 过程，从而避免用到NH3, CH2O, HCN, HCl 等物质，很好的实现了绿色催化。

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CO CH CH CO CO CH CH CO 琥珀酸脱氢酶

1、生物资源综合利用的意义？

生物资源具有再生机能，如利用合理，并进行科学的抚育管理，不仅能生长不已，而且能按人类意志，进行繁殖更生；若不合理利用，不仅会引起其数量和质量下降，甚至可能导致灭种。合理综合利用生物资源是人类赖以生存的重要保障，是经济和社会可持续性发展的重要前提，是人类文明的重要标志之一。

2、如何利用生物资源？

在生物资源的利用往往与生物资源的保护存在着矛盾。一些年来, 人类因利用过度而破坏生物资源的情况日趋严重, 也存在着利用不足造成资源浪费的现象，所以应在保护生物资源的前提下合理利用生物资源。在保护中持续利用生物资源，鼓励生物的资源利用方式的多样化。

By华中科技大学化学与化工学院应化1003班cmt