生活中的催化剂都有那些,各有什么作用?
金属催化剂 20世纪初,在英国和德国建立了以镍为催化剂的油脂加氢制取硬化油的工厂,1913年,德国巴登苯胺纯碱公司用磁铁矿为原料,经热熔法并加入助剂以生产铁系氨合成催化剂。1923年F.费歇尔以钴为催化剂,从一氧化碳加氢制烃取得成功。1925年,美国M.雷尼获得制造骨架镍催化剂的专利并投入生产。这是一种从Ni-Si合金用碱浸去硅而得的骨架镍。1926年,法本公司用铁、锡、钼等金属为催化剂,从煤和焦油经高压加氢液化生产液体燃料,这种方法称柏吉斯法。该阶段奠定了制造金属催化剂的基础技术,包括过渡金属氧化物、盐类的还原技术和合金的部分萃取技术等,催化剂的材质也从铂扩大到铁、钴、镍等较便宜的金属。
氧化物催化剂 鉴于19世纪开发的二氧化硫氧化用的铂催化剂易被原料气中的砷所毒化,出现了两种催化剂配合使用的工艺。德国曼海姆装置中第一段采用活性较低的氧化铁为催化剂,剩余的二氧化硫再用铂催化剂进行第二段转化。这一阶段,开发了抗毒能力高的负载型钒氧化物催化剂,并于1913年在德国巴登苯胺纯碱公司用于新型接触法硫酸厂,其寿命可达几年至十年之久。20年代以后,钒氧化物催化剂迅速取代原有的铂催化剂,并成为大宗的商品催化剂。制硫酸催化剂的这一变革,为氧化物催化剂开辟了广阔前景。
液态催化剂 1919年美国新泽西标准油公司开发以硫酸为催化剂从丙烯水合制异丙醇的工业过程,1920年建厂,至1930年,美国联合碳化物公司又建成乙烯水合制乙醇的工厂。这类液态催化剂均为简单的化学品。
生物催化剂 酶是生物催化剂,是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的有机物(绝大多数的蛋白质。但少量RNA也具有生物催化功能),旧称酵素。生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行。酶的催化作用同样具有选择性。例如,淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖,蛋白酶催化蛋白质水解成肽等。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命。大约在37℃的温度中(人体的温度),酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效。酶在生理学、医学、农业、工业等方面,都有重大意义。目前,酶制剂的应用日益广泛。
燃煤催化剂 一般选择最廉价的原料——废弃 物。试验证明, 许多废弃物具有明显的催化燃烧作用, 且具有环境保护的 效能。常用燃煤催化剂的废气物有: 第一,煤灰。煤灰是煤中灰分在燃烧过 程形成的剩余物。煤中的灰分是内在的催化剂。灰分过多不利于燃烧, 过 少也很难着火。第二, 造纸黑液。造纸厂排放的碱性黑液含有大量 K2CO3, Na2CO3, KOH, NaOH 和 Ca( OH) 2 等, 它是效果较好的燃煤催化剂。将干燥 的造纸黑液适量加入煤中, 可使煤的着火温度降低 30 ℃~50 ℃, 促使煤 完全燃尽。另外, 它还有脱硫作用, 脱硫率可达到 35%~58% , 这对环境保 护是有利的。第三, 碱厂废液。碱厂废液中含有大量 CaCO3 和少量 CaCl2, 适当加入这种废液有利于煤着火燃烧, 同时也具有脱硫作用, 脱硫率可 达到 44%以上。第四, 铁矿石粉, 铁矿开采过程中产生的铁矿石粉, 其中 富含 Fe2O3, 是较好的燃煤催化剂原料。有的铁矿石山不具备开采价值, 经多年的风化, 山坡多积存大量的铁矿石粉末, 可以收集使用。第五, 草 木灰。草木灰中含有 KOH , 冲水过滤后可以得到溶液, 晒干后便可从溶 液中提取用作燃煤催化剂的粗品 KOH。第六, 石灰。生石灰和熟石灰均 可作为燃煤催化剂原料, 其中要特别强调的是 Ca2+明显具有脱硫的作 用。除上述几种之外, 其他可用作燃煤催化剂的废弃物还有很多, 例如废 弃的白泥、炼铁炉炉渣、电石废渣以及某些化工厂的废液等等。
还有半导体和光催化剂 从物理意义上说半导体是介于导体与绝缘体之间的材料,光催化是在一定波长光照条件下,半导体材料发生光生载流子的分离,然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生产具有氧化性或还原性的活性自由基,这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水,在反应过程中这种半导体材料也就是光催化剂本身不发生变化。一般用于做光催化剂进行光催化反应的材料都是半导体材料或具有半导体特性的物质。
(1)Zn的原子序数为30,注意3d轨道写在4s轨道的前面,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2,
故答案为:1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2;
(2)依据等电子原理,可知CO与N2为等电子体,N2分子的结构式为:N≡N,互为等电子体分子的结构相似,可写出CO的结构式为C≡O,故答案为:C≡O;
(3)①甲醇分子之间形成了分子间氢键,甲醛分子间只是分子间作用力,而没有形成氢键,故甲醇的沸点高,甲醛分子中含有碳氧双键,故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化,故答案为:甲醇分子之间形成氢键;sp2杂化;
②甲醛为sp2杂化,不含孤电子对,分子的空间构型为平面三角形;1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键,1mol碳氧δ键,故含有δ键的物质的量为3mol,数目为3NA个;
故答案为:平面三角形;3NA;
③依据晶胞示意图可以看出Cu原子处于晶胞内部,所包含的Cu原子数目为4,故答案为:4;
(4)由晶胞可知Cu原子位于晶胞内部,含有4个Cu,Cl位于顶点和面心,共含有8×
| 1 |
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| 1 |
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则反应的化学方程式为CuCl+2HCl=H2CuCl3.
故答案为:CuCl;CuCl+2HCl=H2CuCl3.
| (1)L层电子数与最外层电子数之比为4:1,L层不是最外层电子数为8,那么最外层电子数为2.d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5:1,说明d轨道中的电子数为10.该元素位于第四周期可知该元素为Zn,故答案为:Zn;1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 或[Ar]3d 10 . (2)依据等电子原理,可知CO与N 2 为等电子体,N 2 分子的结构式为N≡N,互为等电子体分子的结构相似,则CO的结构式为C≡O,故答案为:C≡O; (3)①甲醇分子之间形成了分子间氢键,甲醛分子间只是分子间作用力,而没有形成氢键,故甲醇的沸点高;故答案为:甲醇分子之间形成氢键; ②甲醛分子中含有碳氧双键,共有3个σ键,则碳原子轨道的杂化类型为sp 2 杂化;因甲醛中碳原子采取sp 2 杂化,则分子的空间构型为平面三角形;1mol甲醛分子中含有2mol碳氢σ键,1mol碳氧σ键,故含有σ键的数目为3N A ; 故答案为:sp 2 杂化;平面三角形;3N A ; (4)A.氧原子并不都是sp3杂化,该结构中的氧原子部分饱和,部分不饱和,杂化方式不同.从现代物质结构理论出发,硫酸根离子中S和非羟基O之间除了形成1个σ键之外,还形成了反馈π键.形成π键的电子不能处于杂化轨道上,O必须保留未经杂化的p轨道,就不可能是sp3杂化,故A错误; B.在上述结构示意图中,存在O→Cu配位键,H-O、S-O共价键和Cu、O离子键,故B正确; C.胆矾是五水硫酸铜,胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的,属于离子晶体,故C错误; D.由于胆矾晶体中水两类,一类是形成配体的水分子,一类是形成氢键的水分子,结合上有着不同,因此受热时也会因温度不同而得到不同的产物,故D正确. 故选BD. |
解析:
煤直接加氢液化就是在高温作用下以及在高压氢气、催化剂(溶剂精炼煤有时不用)和溶剂的存在下进行分解及加氢等反应,直接将煤转化为分子量较小的燃料油和化工原料。
催化剂在加氢液化过程中的主要作用是使反应物活化,同时还应有选择性(指能促进有利反应,抑制热缩聚等不利反应)。从实用看,催化剂多为锡、氯和铝的化合物,其中以AL2O3。作为载体较为普遍。
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