工业化学复习题

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1、第三章、硫酸工业1. 阐述硫铁矿为原料制取硫酸的主要工序及焙烧原理，并写出主要化学反应式。（10分）接触法硫酸生产过程选矿：原料破碎、筛分、配料或干燥；硫铁矿焙烧；炉气净化；SO2催化氧化；炉气干燥和SO3吸收；尾气回收SO2和污水处理。焙烧原理第一步是硫铁矿中的有效成分FeS2受热分解（高于400）成FeS和单体硫。这一步是吸热反应，温度越高对FeS2分解反应越有利。2FeS2=2FeSS2第二步是分解出的单体硫与空气燃烧，生成SO2S22O2=2SO2硫铁矿在释出硫磺后，剩下的硫化铁在氧分压为3.04 kPa以上时，生成红棕色的Fe2O3FeS7O2=2Fe2O34SO2当氧含量在1左右时

2、，则生成棕黑色的Fe3O43FeS5O2=Fe3O43SO2主要反应总反应方程式：4FeS211O2=8SO22Fe2O33FeS28O2=6SO2Fe3O4副反应：2FeS27O2=Fe2(SO4)3SO2硫铁矿中所含Cu、Pb、Zn、Co、Cd、As、Se等的硫化物，在焙烧后一部分成为氧化物2. SO2催化氧化工艺条件如何确定？（20分）一、温度 放热反应，降低温度，平衡转化率提高。反应速率随温度升高而迅速增大。催化剂有极限温度（起燃温度）和耐热极限温度（活性温度），范围在420600。确定SO2转化反应温度的原则：在催化剂活性温度范围内，催化剂床层温度应尽量沿着最佳温度线变化，此时达到同

3、样转化率所需催化剂量最少。这就要求原料气需预热至催化剂的起燃温度，然后随着反应的进行，适当移走多于的反应热，使床层温度尽可能地沿着最佳值变化。特别在反应后期，为了达到高的SO2转化率，反应必须在较低温度下进行。因此SO2转化反应及工业上多数可逆放热反应过程，总是与换热过程联系在一起。二、SO2原始浓度 随着SO2浓度增加，O2浓度相应地下降，这两个因素都会使反应速率下降，则达到一定转化率时所需的催化剂用量将增加；另一方面，炉气中SO2浓度高，则生产每吨硫酸所需的原料气量少，对同样设备，系统阻力较小，动力消耗较低，或对同一生产能力的装置，所需设备和管道等的尺寸较小，投资较少，设备折旧费降低。根据

4、硫酸生产总费用最低的原则，可以得到以硫铁矿为原料时，进入SO2转化器的最佳浓度为77.5。三、压力 加压可提高SO2的平衡转化率，还可以减少设备尺寸，提高SO3的吸收速率。但加压增加动力消耗，腐蚀压缩机，对设备结构和操作的要求提高。而在较适宜的条件下，常压操作也可取得很高的转化率，因而目前SO2转化仍以常压操作为主。四、最终转化率 提高最终转化率可以减少尾气中SO2含量，减轻对大气的污染，同时也可提高硫的利用率；但最终转化率的增加，将导致催化剂用量和流体阻力增加，设备尺寸增大。最终转化率的最佳值与所采用的工艺流程、设备和操作条件有关。3. 如何从热力学和动力学角度确定SO2催化氧化温度条件？（

5、10分）SO2+1/2 O2 SO3+Q 反应特点：体积缩小 , Q0 可逆放热反应SO2转化反应是一个可逆反应，在SO2转化反应中，同时进行着SO2的氧化和SO3的分解反应，当两个反应的速率相等时，反应达到化学平衡状态。SO2转化反应是一个放热反应，降低反应温度会使平衡转化率提高。反应速率随温度的升高而迅速增大；但催化剂有起燃温度，为了保证催化剂的正常使用，应该选择合适的温度；在选择温度指标时，不但要考虑有较高的转化率，还要考虑有较高的反应速率。在工业生产中，可通过分段转化，控制不同的转化温度来实现较高的转化率和较快的反应速率。反应初期宜使气体在较高的温度下转化；反应的后期，宜使气体在较低的

6、温度下转化。4. 在制取硫酸过程中，常易形成酸雾，试解释酸雾形成的原因，以及酸雾怎样清除之。（15分）酸雾的形成在炉气湿法净化过程中，由于炉气被洗涤冷却，大量的水蒸气进入气相，于是炉气中的SO3(g)在气相中发生反应，生成了硫酸蒸气SO3(g)H2O(g)=H2SO4(g)当气相中硫酸蒸气压大于洗涤液液面上的饱和蒸气压时，硫酸蒸气就会冷凝。硫酸蒸气在气相中快速冷凝时就会形成酸雾。炉气在洗涤时，冷却速度是很快的，因而必然会生成酸雾液滴。如果存在凝结中心(如杂质微粒)，则生成酸雾粒子就大。所以，伴随着炉气的洗涤、降温过程，矿尘、砷、硒和氟等杂质不断地从气相中被除去，同时产生了酸雾。气相中残余的细小

7、尘粒和砷、硒氧化物悬浮微粒亦成为酸雾的冷凝中心。初形成酸雾雾粒较大，由于气体中悬浮有各种气溶胶粒子，硫酸蒸汽就在它们表面发生冷凝形成直径较大雾粒。用特殊方法清除从分离的角度看，雾不能用普通方法除掉，这是因为细小的微粒(滴)倾向于跟随流体的流线运动，难以通过撞击方式捕捉，使之与气体分离；雾粒直径比分子直径大得多，故不能通过扩散的方式使之进入液相，即不能被体吸收。因而酸雾必须用特殊的方法清除。酸雾的清除在湿法净化中，当炉气温度快速降至100 以下时，炉气中的硫酸蒸气几乎全部变成酸雾。酸雾中较大的粒子（大于2m）由电除雾器、文氏管、冲挡式洗涤器等装置可除去，其中电除雾器最为可靠。对于粒径小于2 m的

8、雾粒，提出了对炉气增湿，使炉气中较小的酸雾液滴长大后再清除的方法，即先增大雾粒的直径，再用相应的设备除之。以上讨论的只是消极的方法，更积极的方法是控制炉气中SO3含量，减少“原生酸雾”量。5. 画出四段间接换热式转化器中SO2转化的t-x图，阐述转化器的工艺过程。（15分）这种形式的转化器是将催化剂床分成35段，反应过程与换热过程分开，通过设置在转化器内部或外部的换热器进行间接换热，一方面降低反应气体的温度，同时又使进入转化器的原料气升温。一次绝热反应过程称为一段，段间进行换热。经预热的原料气由上部进入转化器，在第一段催化床中进行绝热反应，温度升高。一段反应气自篦子板向下，进入列管式换热器的管

9、程，与流经壳程的冷原料气间接换热，冷却后的一段反应气向下进入二段催化床继续反应。如此类推，气体经第四段催化剂床反应后排出转化器，在器外再进行冷却。冷原料气则自下而上通过器内各换热器的壳程，加热至催化剂起燃温度(430 左右)进入第一段催化床。转化器中气体温度t和SO2转化率x的变化如图所示，图中1为平衡线，2为最适宜温度线，3为绝热线。图中AB线为第一段绝热反应线。随着SO2转化率的增加，温度升高，大体呈直线关系，直线斜率为绝热温升系数。在B点，已接近该条件下平衡转化率，反应速度下降，此时反应气体离开第一段催化剂床层，进入段间热交换器间接冷却。冷却过程中，仅温度降低而气体成份不变，故冷却线BC

10、为水平线。在C点，由于温度比B点低很多，转化率与该温度下的平衡转化率之差增大，反应推动力增加，反应速率得到提高。如此进行第二、三、四段的反应，最终达到图中H点，此时SO2气体已具有较高的转化率，亦即达到最终转化率。6. 阐述制取硫酸中，烟气净化的目的及净化的原则（10分）炉气组成：N2、O2、SO2、As2O3、SeO2、HF、SO3、H2O及矿尘。其中：As2O3、SeO2、HF、SO3、H2O、矿尘必须除去。目的：炉气含尘若不除净，进入后制酸系统，则会堵塞设备和管道，且使催化剂失活或中毒炉气的净化原则 炉气的杂质主要以气态、液态、固态三种形态同时存在,颗粒大小,密度轻重不同（11000m）

11、。a悬浮微粒，分布很大，大小相差很大，应先大后小，先易后难进行分级处理 b悬浮颗粒气固液三态共存，质量相差很大。先重后轻即先固、液，后气(汽)体 c不同大小的粒子，选择配套有效的分离设备第四章、合成氨工业1. 试简述温度、压力及情性气体含量对氨合成反应中平衡氨含量及工艺条件的影响？（12分）氨合成是物质的量减小的放热可逆反应。N2H2=NH3；46.22 kJmol1 化学平衡常数Kp可表示为Kp温度越高，平衡常数越小。提高压力，Kp值有所增加。显然，提高压力、降低温度有利于氨的生成。对氨合成反应中工艺条件的影响一、压力 从化学平衡和化学反应速率的角度看，提高操作压力是有利的。合成装置的生产能

12、力随压力提高而增加，而且压力高，氨分离流程可以简化。但是，压力高时对设备材质、加工制造的要求均高。同时，高压下反应温度一般较高，催化剂使用寿命较短。生产上选择操作压力的主要依据是能量消耗以及包括能量消耗、原料费用、设备投资在内的所谓综合费用。根据实际情况，我国中小型氨厂大多采用20 MPa32 MPa。二、温度 氨合成反应温度一般控制在350 550 。将气体先预热到高于催化剂的活性温度下限后，送入催化剂床层，在绝热条件下进行反应，随着反应进行，温度逐渐升高，当接近最适温度后，再采取冷却措施，使反应温度尽量接近于最适宜温度曲线。三、进口气体组成 惰性气体(CH4和Ar)由新鲜气带入，由于不参加

13、反应而在氨合成系统中积累。惰性气体的存在，无论从热力学还是动力学上考虑都使不利的，循环回路中适当进行排放（放空）是消除惰性气体积累的有效方法。但是，维持过低的惰性气体含量又需大量排放循环气，导致氢氮气的损失。为此，入塔气体将保持一定的惰性气体含量。一般新鲜气中惰性气体含量为0.99%1.4%，入塔气体的适宜惰性气体含量约为1015。生产中放空气量约为新鲜气量的10%，放空气中含有氢气，应加以回收利用。2. 试比较氨合成中CO变换与硫酸工业制气中SO2氧化两个反应过程的异同或特点。（20分）CO变换反应过程的特点一、该应为等物质的量的可逆放热反应，须借助催化剂进行（气固相催化）。可逆放热反应存在

14、最适温度线，若催化床温度按照最适宜温度线分布，则反应速率最快或者说保持同样的生产能力所需的催化量最少。工业上采用多段冷却。（与SO2最相似）二、可分为中(高)温度变换和低温变换 催化剂以Fe2O3为主体，Cr2O3、MgO等为助催化剂，操作温度为350 550 ，出口CO尚含3；催化剂以CuO为主体，添加ZnO、Cr2O3等为助催化剂，操作温度为350 550 ，出口CO含量可降至0.3左右。（SO2没有）三、水蒸气过量比例一般为35(H2O/CO)。为了尽可能地提高CO的变换率，防止副反应的发生，工业上是在水蒸气过量下进行反应的。因此，应该充分利用变换的反应热，宜接回收蒸气，以降低水蒸气消耗

15、。（SO2是7%7.5%）四、压力对化学平衡基本无影响。工业上一般都在加压下操作，这是因为加压下反应速度快，催化剂用量少。由于反应物之一是大量的水蒸气，因而加压下进行变换反应可节省合成氨总的压缩功耗。（SO2有影响，但是常压、最差异）五、变换反应前对催化剂进行还原（钝化操作）。对中变催化剂需将Fe2O3还原成Fe3O4才具有活性；对于低变，金属铜才有活性。催化剂还原时可用含有CO、H2的工艺气体缓慢进行。在还原过程中，催化剂中的其他组分一般不会被还原。SO2氧化催化与工艺条件一、催化剂 目前广泛使用的是钒催化剂。以V2O5作为主要活性组分，以碱金属(主要是钾)的硫酸盐作为助催化剂(促进剂)，以

16、硅胶、硅藻土、硅酸铝等作载体。二、温度 确定SO2转化反应温度的原则：在催化剂活性温度范围内，催化剂床层温度应尽量沿着最佳温度线变化，此时达到同样转化率所需催化剂量最少。这就要求原料气需预热至催化剂的起燃温度，然后随着反应的进行，适当移走多于的反应热，使床层温度尽可能地沿着最佳值变化。特别在反应后期，为了达到高的SO2转化率，反应必须在较低温度下进行。因此SO2转化反应及工业上多数可逆放热反应过程，总是与换热过程联系在一起。三、SO2原始浓度 随着SO2浓度增加，O2浓度相应地下降，这两个因素都会使反应速率下降，则达到一定转化率时所需的催化剂用量将增加；另一方面，炉气中SO2浓度高，则生产每吨

17、硫酸所需的原料气量少，对同样设备，系统阻力较小，动力消耗较低，或对同一生产能力的装置，所需设备和管道等的尺寸较小，投资较少，设备折旧费降低。根据硫酸生产总费用最低的原则，可以得到以硫铁矿为原料时，进入SO2转化器的最佳浓度为77.5。四、压力 加压可提高SO2的平衡转化率，还可以减少设备尺寸，提高SO3的吸收速率。但加压对设备结构和操作的要求提高。而在较适宜的条件下，常压操作也可取得很高的转化率，因而目前SO2转化仍以常压操作为主。五、最终转化率 提高最终转化率可以减少尾气中SO2含量，减轻对大气的污染，同时也可提高硫的利用率；但最终转化率的增加，将导致催化剂用量和流体阻力增加，设备尺寸增大。

18、最终转化率的最佳值与所采用的工艺流程、设备和操作条件有关。3. 工业上以煤矿为原料间歇法制取半水煤气的工作循环可分为哪几个阶段？各个阶段起什么作用？（10分）间歇式汽化时，自当前开始送入空气至下一次欲送入空气止，称为一个工作循环。为了保持炉温的稳定及操作安全，每个工作循环一般包括五个阶段。一、吹风阶段 自下而上地通入空气，提高燃料层温度，使耐热砖蓄热，再经废热锅炉回收热量，由烟囱放空。二、一次上吹制气阶段 自下而上通入水蒸气进行汽化反应，燃料层温度逐渐降低，尤其下层燃料的温度下降较多。为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分空气进行汽化。既有利于炉温的稳定，又可增加水煤气中的含氮量。配入的空气称为

19、“加氮空气”。回收余热后，经洗气箱洗涤塔后进入气柜。三、下吹制气阶段 水蒸气与加氮空气从上而下进行汽化反应，使燃料层温度趋于均衡。直接用洗气箱经洗涤塔进入气柜。四、二次上吹制气阶段 水蒸气再次自下而上吹入，目的是将炉底的煤气排净，为吹入空气做准备。否则炉底剩余煤气与下次吹入空气相遇会发生爆炸。五、空气吹净阶段 空气自下而上吹入燃料层，此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。间歇式制气中各阶段气体的流向不尽相同，需用自动控制机控制各阀门，使之在规定的时间内开启或关闭，以保证汽化过程的正常进行。4、实现氨合成和氨分离，包括哪五个基本流程环节？试简述两级氨分离流程（10分）五个基本环节 1

20、新鲜气的压缩并补入循环系统 2循环气的预热与氨的合成 3反应热的回收与氨的分离 4未反应气循环使用 5循环气部分放空以维持系统中适宜惰性气体含量。合成塔出口气体中含氨为14%-18%，压力约为30MPa，经排管式水冷却器冷却至常温，气体中部分氨被冷凝，在氨分离器中将液氨分离。为降低系统中惰性气体含量，少量循环气体在氨分离后放空，大部分循环气体由循环压缩机加压至32MPa后进入滤油器，在此处加入新鲜的H2和N2。然后混合气体进入冷凝塔的上部的换热器，与第二次分离后的低温循环气换热，再进入氨冷凝器中的蛇管。管外用液氨蒸发作为冷源，使蛇管中循环气温度降至-80，气体中的大部数氨在此冷凝，并在冷凝器下

21、部进行气、液分离，气体中残余氨含量约为3%。分离出液氨的气体进入冷凝塔上部经换热，温度上升至1030后进入氨合成塔，从而完成H2和N2的循环过程。作为冷冻剂的液氨气化后回冷冻系统，经氨压缩机加压，水冷后又成为液氨，循环使用。5. 试简述尿素合成原理及主要工艺条件。（10分）尿素合成原理尿素是在高温高压下合成的，其总反应式为2NH3CO2=CO(NH2)2H2O这是一个可逆放热反应，因受化学平衡的限制，NH3和CO2只能部分转化为尿素。第一步，液氨与CO2反应生成液态氨基甲酸铵，其反应为2NH3(l)CO2(g)= H2NCOONH4(l)119.2 kJmol1这是一个快速、强放热的可逆过程，

22、如果具有足够的冷却条件，不断地把反应热移走，并保持反应进行过程的温度低到足以使甲铵冷凝成为液体，则该反应较容易达到化学平衡，而且平衡条件下CO2转化为甲铵的程度很高。在常压下该反应的速度很慢，加压下则很快。第二步，甲铵脱水反应，生成尿素H2NCOONH4(l)=CO(NH2)2(l)H2O(l)28.49 kJmol1这是一个温和吸热反应，反应速度较慢，要很长时间才能达到一定的平衡值，其转化率一般为5070，它是合成尿素过程中的控制反应。此外，反应必须在液相中进行，若在固相中进行，则反应速度极其缓慢。尿素合成的主要工艺条件一、温度 甲铵的熔融温度为152 154 ，为使反应在液相中进行，尿素生

23、产应高于此温度。尿素平衡产率开始时随温度升高而增大。若继续升温，平衡产率逐渐下降，存在最大值。尿素合成的最佳操作温度，应选择略高于最高平衡转化率时的温度，但温度过高，加剧甲铵分解，尿素水解和腐蚀等副作用，故尿素合成塔上部温度大致为185 200 。提高温度不相应提高系统压力，甲铵会大量分解为氨气和二氧化碳，使转化率降低。二、压力 系统反应的压力应高于操作温度下甲铵的蒸气压。尿素是在液相中生成的，但在高温下甲铵易分解，并进入气相，使尿素的转化率降低，所以工业上生产尿素的合成压力一般应高于平衡压力（高13Mpa），使其保持液相以提高转化率。实际操作压力一般要高于合成塔顶物料组成和相应温度下的平衡压

24、力，一般为18 MPa25 MPa。三、氨碳比 NH3/CO2摩尔比提高，尿素的平衡转化率亦提高。过量氨与脱出水结合，移去部分产物，促使平衡向尿素生成方向移动，且可抑制缩二脲的副反应，并减轻尿素异构化对设备的腐蚀，氨碳比提高还有利于调节操作的热平衡，但高氨碳比，物系饱和蒸气压升高，则维系液相所需合成压力升高。且虽提高CO2转化率，但NH3转化率下降，增大未反应NH3的循环量，增大泵的负荷，减小合成塔的生产能力，故工业上大多数采用NH3过量50150操作，即氨碳比在35的范围内。四、水碳比 水量增加，不利于尿素生成，且返回合成塔的水量增加，尿素转化率下降，会造成恶性循环，生产中一般原料中H2O/

25、CO2为0.51。五、原料纯度 CO2的纯度对转化率影响较大，一般要求CO2纯度应大于98.5。6、写出制半水煤气的煤气化反应，如何解决气体组成与热量平衡的矛盾？（10分）1） 以空气或富氧空气为气化剂 放热反应: C+O2=CO2 +393KJ/mol2C+O2=2CO+220KJ/mol C+CO2=2CO C+1/2O2=2CO2） 以水蒸气为气化剂 吸热反应：C+H2O(g)CO+H2 -131.19KJ/molC+2H2O（g）CO2+H2 CO+H2O（g）CO2+H2 C+2H2CH4如果空气与水蒸气同时进行气化反应时，如不提供外部热流，仅靠自身热平衡，则气化产物中不能满足合成氨

26、原料气要求（H2+CO）/N2=1.43）。在满足气体组成要求时(H2/N2=3)，系统将不能维持自热运行，要提供外部热源。为解决气体组成与热量平衡的矛盾 工业上用富氧空气气化法和蓄热法；富氧空气气化法：用富氧空气（O2含量的mol分数为50%左右）或纯氧和水蒸气作为气化剂同时进行煤气化反应，以调整煤气中氮的含量。由于富氧空气中含氮量较少，故在保证系统自热运行的同时，也满足合成氨原料气的要求。此法的关键是要有廉价的富氧空气来源。蓄热法 主要是将空气和水蒸气分别送入煤层。先通入空气使煤层燃烧提高煤层温度并蓄热，生成的其气体经热量回收后大部分放空；再通入水蒸气进行煤气化反应，此时反应吸热，煤层温度

27、逐渐下降，所得水煤气中混入部分吹风气即成半水煤气；通入空气提高煤层温度、在通入水蒸气进行气化反应，如此重复交替进行。 补充题：何为清洁生产？清洁生产包含的主要内容是什么？（10分）清洁生产是指既可以满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的使用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最小的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于其产生过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。清洁生产是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的污染性。 清洁生产的内容一、清洁能源 包

28、括对现有能源和常规能源的清洁利用，可再生能源的利用，新能源的开发，各种节能技术的推广应用等。二、清洁原料 尽量少用或不用有毒有害的原材料，尽可能采用可再生资源。三、清洁的生产过程 开发高选择性的催化剂和相关助剂，采用少废或无废的新工艺和高效设备，强化生产操作和控制技术，提高物料的回收利用和循环利用率，以最大限度减少生产过程的“三废”排放量。四、清洁的产品 产品设计应考虑节约原材料和能源，使之达到高质量、低消耗、少污染。产品在使用过程中及使用后不对人体健康和生态环境产生不良影响。同时产品的包装安全、合理，在使用后易于回收、重复使用和再生。第七章 工业催化论述题1. 试明确固体酸、碱的正确定义，并

29、解释固体酸、碱催化反应作用特点。（15分）固体酸 能够给出质子或者接受电子对的固体谓之固体酸。固体碱 能够接受质子或者给出电子对的固体谓之固体碱。给出质子时叫质子酸(B酸)，接受质子时叫质子碱(B碱)。接受电子对时叫非质子酸(L酸)，给出电子对时叫非质子碱(L碱)。固体酸碱催化反应特点一、酸位的性质与催化作用的关系酸催化反应与酸位性质和强度密切相关。(一)大多数的酸催化反应是在B酸位上进行的。单独的L酸位不显活性。有B酸位的存在才起催化作用。同时，催化反应速率与B酸位的浓度之间存在良好关联。(二)各种有机物的乙酰化反应，要用L酸位催化。(三)有的反应要求非常强的B酸。有的反应随所用催化剂酸强度

30、不同，发生不同的转化。(四)催化反应对固体酸催化剂酸位的依赖关系很复杂，有反应要求L酸位和B酸位在催化剂表面临近处共存时才进行。L酸位和B酸位共存，有的是协同效应，有的是增强B酸位的强度，同时也就增加了它的催化活性。有的反应虽不为酸所催化，但酸的存在会影响反应的选择性和速率。二、酸强度与催化活性和选择性的关系固体酸催化剂表面，不同酸强度的部位有一定分布。不同酸强度部位可能有不同的催化活性。同时固体酸催化剂表面上存在一种以上的活性部位，是其选择性特性的体现。三、酸量(酸浓度)与催化活性的关系固体酸催化剂表面上的酸强度在一定范围内时，催化活性与酸量之间或呈线性关系或呈非线性关系。2. 分子筛催化剂

31、择形催化定义，并解释其催化作用的四种不同形式（14分）分子筛结构中有均匀的小内孔，当反应物和产物的分子线度与晶内孔径相接近时，催化反应的选择性常取决于分子与孔径的大小，这种选择性称之为择形催化。择形催化分为四种不同形式。一、反应物择形催化：反应物分子直径小于分子筛催化剂孔腔内径的物质才能在催化剂活性部位进行催化反应。二、产物择形催化：当产物混合物中的某些分子太大，难于从分子筛催化剂的内孔窗口扩散出来，成为可观测到的产物，就形成了产物择形选择性。三、过渡状态限制的择形催化：有些催化反应，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状

32、态，不然孔受到限制，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。四、分子交通控制的择形催化：在具有两种不同形状和大小的孔道分子筛中，反应物分子和产物分子可通过不同形状和大小的孔腔通道各自进入或扩散，进行催化反应。3、试阐述相转移催化剂的性能及反应机理（12分）相转移催化是指能使分别处于互不相溶的两种溶剂中的反应物发生反应或加速其反应速度。相转移催化的作用是在多相反应中，由于相界面的存在，极大阻碍了反应物的接触，使化学反应几乎不能进行，因此常需添加少量的特殊表面活性剂。表面活性剂既有亲水性，又有亲油性。在水相和油相中都有一定溶解度，它能

33、富集于相界面上，减少界面张力，使系统稳定。作为相转移催化剂，它不但具有表面活性剂一切性质还能穿过两相界面将起反应的负离子从水相转移到有机相，使它与有机相中的底物作用，并把反应中的另一种负离子带回水相。本身没有损耗，只是起到了重复转送负离子的作用。性能：（1）催化剂分子中含有能与反应物中阴离子形成离子对的阳离子成分或者具有与反应物形成的复合离子，它们与阳离子形成复合物并与起反应的阴离子起溶于有机溶剂。（2）应具有一定的亲脂性即具有亲油性。有足够的碳原子使形成的离子对具有亲有机溶剂性。（3）R基团的位阻尽可能小，一般含有直链R。（4）催化剂在反应中应是稳定的，可循环回收利用。 相转移催化反应机理

34、以两相(水-有机物)为例，当催化剂为鎓盐(QX)时，主要有两个阶段，即萃取和反应。催化剂在水相与溶于水相的反应物MNu作用，形成能进入有机相的离子对QNu。由于Nu在有机相中溶剂化程度大为减少，具有很高的活性，与有机相的反应物RX反应，生成产物RNu和QX，而QX再转入水相，可循环使用。整个催化过程示意如下：如果所用的催化剂亲脂性很强，它的阳离子在水相浓度很小，大部分在有机相，则与水相反应物阴离子的交换只能是在界面进行。中性条件下相转移催化机理示意如下：鎓盐为表面活性剂，一定条件下可形成胶束。催化剂形成胶束，反应速度与催化剂浓度的高次方成正比。相转移催化反应是在有机相进行的。碱性条件下，在界面

35、发生亲核交换反应。反应物首先在界面去质子，生成的负碳离子由于水相Na的作用被锚合在界面附近。如相转移卡宾反应。催化剂的作用是与生成的负碳离子形成离子对，使离开界面，将负碳离子脱出的基团转移到水相。该反应虽在有机相完成，如果没有催化剂，被锚在界面附近，难以发生进一步的反应，可能在界面发生水解。4. 试阐述工业催化剂失活原因与化学失活机理模型。（10分）催化剂的失活是指催化剂的化学组成和物理结构的改变而使催化剂活性降低，甚至完全失去催化作用的现象。催化剂失活主要有：中毒失活、结焦失活、化学失活、烧结失活等。化学失活模型分类：化学失活是指由于在化学反应过程中，单位面积的活性中心数目减少而失活。一、催

36、化剂体相或表面相由于最初分散的晶体的烧结、晶体平面的重构、表面金属原子的蒸发，金属载体的相互作用、合金化等而造成结构的改变。二、反应物、产物或者杂质在活性中心上的强化学吸附即中毒。三、残余物质的沉积，即积炭或堵塞。固态化学模型分类：一、催化剂组成不改变：相转移；固体间化学反应。二、催化剂组成变化：催化剂与反应物质发生反应，引起氧化、还原、碳化物形成；催化剂组分的流失；沉积杂质的生成。5试简述酶催化反应的特点及其影响因素（14分）特点A.催化专一性(选择性高）（区域选择性和手征选择性）：每种酶专门负责催化一种反应或一类相似反应。只适用于特定的反应类型和特定结构的产物，并只得到特定产物、B.催化效

37、率高 酶催化反应的速率是相应非酶催化反应1061014倍。如过氧化氢酶在400C时，每分钟可催化107个过氧化氢分子分解；C、应用广谱性 酶可应用于多种反应，每一种类型的有机反应都有相对应的酶催化反应。D、反应条件温和 酶催化反应常在室温、常压下反应。在2535 0C酶具有最大反应活性，大部分的酶在5560 0C下被破坏。所以酶反应常在中性、室温下进行。E.催化易受外界作用影响 酶对外部介质的各种因素的作用敏感。在温度和介质pH值发生剧烈变化、渗透压、基质浓度过高、代谢产物积累、酶本身的浓度过高等情况下，酶的反应活性都会降低。外来物质也会影响酶活性。影响因素 A 反应物（底物）的浓度 一般在反

38、应物浓度低时，酶反应速度与反应物的浓度成正比，而当反应物的浓度增大到一定限度后，反应速度将保持为某最大值，不再随反应物浓度增大，这一最大值取决于酶的浓度。B 温度 当温度低于 C，将使酶反应的速度增加一倍。超过 C以上一般的酶就会被损坏变质(蛋白质变性)，反应速度迅速下降。少数酶具有抗热性，可以在6575C下仍发挥作用。C PH值 酶是一种两性化合物，其结构中包括有COOH和NH3两类基团，它们在不同的pH值时有不同的电离状态，小的PH值改变将会影响它们的解离状态，从而改变了酶的空间构象，造成酶活性的降低。过高或过低的PH值会改变酶活性中心的构象，甚至改变整个酶分子的结构使其变性失活，影响酶的

39、催化作用。因此不同酶发挥最大作用的pH值也不相同。每种酶都有其发挥作用的最适pH值。pH值低于3或大于10时，一般的酶将变质而失去作用，少数酶具有较强的抗酸性。D其他因素 1、激活剂：许多物质可加强酶的作用，提高酶的活性，促进反应进行或促使无活性的酶蛋白转变为有活性的酶，都称为激活剂或活化剂，如无机离子。2、抑制剂：许多物质可减弱，抑制甚至破坏酶的作用，这些物质称为酶的抑制剂，如重金属离子。6 用公式定量解释如下概念：选择性；转化率；收率（9分）选择性 （S） 通常催化反应都伴随着副反应，一般希望一种催化剂在一定条件下只对其中一个反应起加速作用，这种专门对某种化学反应起加速作用的性能称为催化剂

40、的选择性。 S=生产目的物消耗的原料量/原料总的转化量*100%它有两方面的含义：1、不同类型的反应需要选择不同的催化剂；2、对于同样的反应物，如果选择不同催化剂，可以得到不同产物。 转化率 在一定反应条件（一定温度，压力和空速）下，单位时间通过单位体积催化剂的（标准状态下）原料气积量，即原料转化百分率来表示活性，简称转化率。转化率（x）=反应物被转化了的物质的量/进入反应器的某反应物的总量*100%收率 即给定反应产物的生成量和原料中某一组分加入量之比，常以百分数表示。收率=目的产物的量/进入反应器的物质量*100% 收率=选择性*转化率第八章、石油炼制与石油化工1. 何为催化裂化？催化裂化

41、主要有哪几类反应？并举例写出化学反应式。（14分）在催化剂的作用和一定的温度下（500），使沸点较高的原料油（重质油）在（酸性）催化剂作用下，经过一系列化学反应裂化为轻质油、气体、焦炭的加工工艺叫做催化裂化。一、分解反应 此反应为催化裂化的主要反应，基本上各种烃类都能进行。分解反应是烃类分子中CC键发生断裂的过程，分子越大越易断裂。烷烃分解为较小分子的烷烃和烯烃异构烷烃分解时多发生断裂烯烃在键发生断裂，分裂为两个小分子烯烃环烷烃可从环上断开生成异构烯烃如果环烷烃所带侧链较长时，则可能发生侧链断裂芳环很稳定不易开裂，但烷基芳烃很容易断侧链，生成较小的芳烃和烯烃二、异构化反应 相对分子质量不变只改

42、变分子结构的反应称为异构化反应。催化裂化过程中的异构化反应较多。(一)骨架异构 分子的碳链发生重新排列(二)双键移位异构 双键位置从一端移向中间(三)几何异构 分子空间结构变化三、氢转移反应 某些烃类分子上的氢脱下来加到另一烯烃分子上使之饱和。在氢转移过程中，是活泼氢原子快速转移，烷烃供氢变为烯烃，环烷烃供氢变为环烯烃，进一步变为芳环。四、芳构化反应 烯烃环化并脱氢生成芳环。五、叠合反应 烯烃与烯烃结合成较大分子的烯烃，深度叠合有可能生成焦炭。六、烷基化反应 烯烃与芳烃或烷烃的加成反应。在催化裂化中烯烃主要加成到双环或稠环芳烃上，又进一步脱氢环化，生成焦炭。2. 何为催化重整？催化重整有哪几类

43、反应？并举例写出化学反应式。（14分）催化重整是指在催化剂作用下，烃类分子结构重新排列转变为相同碳原子数的芳烃，成为新化合物的工艺过程。能为化纤、橡胶、塑料和精细化工行业提供重要原料(苯、甲苯、二甲苯)，为交通运输行业提供高辛烷值汽油，为化工提供重要的溶剂油以及大量廉价的副产高纯氢。一、芳构化反应(一)六元环烷烃脱氢生成芳烃 反应特点是吸热、体积增大，生成芳烃并产生氢气，反应是可逆反应。是催化重整中最主要的反应，反应进行得很快、很完全。(二)五元环烷烃脱氢异构 该反应亦为吸热、体积增大的可逆反应，生成芳烃并副产氢气，是催化重整中的主要反应。反应速度较快，仅次于六元环烷烃脱氢。(三)烷烃脱氢环化

44、生成芳烃 该反应也有吸热、体积增大的特点。在此反应中，只有六个碳以上的烷烃才有可能发生环化生成环烷烃，并经异构化或直接生成六元环，然后脱氢生成芳环。环烷烃脱氢环化反应比环烷烃芳构化更难进行，达到热力学可能收率所需温度比环烷烃高得多，随着碳链的增长，平衡常数增大。二、异构化反应 烃类在催化剂活性表面能发生异构化反应。正构烷烃异构化后不尽可以提高汽油的辛烷值，而且异构烷烃比正构烷烃更容易进行脱氢环化而生成芳烃。三、加氢裂化反应 由于氢气的存在，在催化重整条件下，烃类都能发生加氢裂化反应，从而可以认为加氢、裂化和异构化三者是并行的反应。这类反应为不可逆放热反应，反应产物中会有许多较小的分子和异构烃，

45、因而虽有利于提高汽油的辛烷值，但会产生气态烃使汽油收率下降3. 原油蒸馏塔有哪些工艺特征？为何要采用减压蒸馏？（15分）原油蒸馏塔的工艺特征一、复合塔结构 原油通过常压蒸馏可得到汽油、煤油、轻柴油、重柴油等产品及常压重油，根据多元精馏原理，需n14个塔，才能将原油分割成N个组分，这是对产品纯度要求较高时，必须的方案。故把几个塔合成一个塔，采用侧线采出方法得到多个产品。具有占地面积小、投资少、能耗低的优点。二、限定的最高进料温度和基本固定的供热量 原油主要是各种烃类的混合物，高于350 时就有可能发生热分解而影响产品质量，因此进料温度需限制在一定的范围内。（常压塔进料温度控制在360370，减压

46、塔进料温度限制在390420）原油蒸馏塔的供热并不像一般精馏塔依靠塔底再沸器提供，而是靠原料在加热炉中加热到一定的温度获得。这就意味着原油蒸馏塔的供热量大体是稳定在一个范围内，在生产中调节余地较小。三、设有汽提段和汽提塔 侧线产品是以液相状态从精馏段抽出，必然会带有相当数量的低沸点组分（轻馏分），这不仅影响产品质量，而且会降低上部汽油等产品的收率，因此在常压塔三个侧线产品都设有气提塔。在汽提塔底部吹入少量过热水蒸气，降低侧线产品的油分压，使混入其中轻组分气化，返回蒸馏塔。四、适当的过汽化率 常压蒸馏塔的回流比由全塔热平衡决定，变化余地不大，进料气化率至少应等于塔顶产品和各侧线产品的产率之和。以

47、过量的汽化部分是为了保证蒸馏塔最低侧线以下的板上有液相回流。五、原油蒸馏塔的回流方式 采用一些特殊的回流方式，如塔顶油气二级冷凝冷却方式。此外原油蒸馏塔经常采用中段循环回流。六、恒摩尔流假定不适用 石油中的组分复杂，各组分间性质相差很大，汽化热也相差很远，故不适用。减压蒸馏工艺如果在常压下蒸馏需加热到400 500 以上，导致常压重油中的不安定组分（如润滑油，催化裂化原料）发生严重分解或缩合等反应，这不仅造成产品质量下降而且会加剧设备结焦而缩短生产周期。为此，将常压塔底重油放在减压条件下进行蒸馏，温度条件限制在420 以下。4. 常减压蒸馏装置分为原油预汽化、常压蒸馏、减压蒸馏三个部分、原油在

48、每一部分都经历一次加热汽化冷凝，故称之为“三段汽化”，采用预汽化塔具有哪些优点？一、原油中轻质馏分(180 )含量较高时，在加热升温过程中会逐渐汽化使系统管路中的流动阻力增大，从而增加动力消耗和设备泄漏。因此一般认为轻质馏分含量高于20时就应考虑设置预汽化塔。二、可防止因脱盐脱水不完全时由于水分汽化而造成的压力降及系统操作不稳。而且水分汽化发生盐析也会附在器壁和管壁上，影响传热效果。因此，预汽化塔的脱水作用对稳定常压塔及整个系统操作都会产生重要作用。三、对含硫、含盐高的原油，增设预汽化塔可使常减压塔顶和冷凝系统的腐蚀减到最小。四、设置预汽化塔可使催化重整原料的含砷量减小，有利于保护催化重整的生

49、产的催化剂。五、可减少常压塔顶回流罐轻质汽油的损失，并可提高装置的稳定性和操作适应性。5. 催化重整工艺过程包括哪几个主要部分？试阐述催化重整原料的预处理过程及工艺特点？（10分）催化重整工艺流程重整生产过程包括原料预处理、重整、芳烃抽提、芳烃精馏四个主要部分。催化重整原料的预处理一、重整原料的选择 对重整原料的选择主要有三个方面的要求，即馏分组成、族组成、毒物及杂质含量。二、预分馏 预分馏的作用是根据重整产品的要求将原料切割为一定沸点范围的馏分。预分馏的切割方式有以下三种：原料油的终馏点适宜而初馏点过低，取预分馏塔的塔底油作重整原料；原料油的初馏点适宜而终馏点过高，取预分馏塔的塔顶油作重整原

50、料；原料油的初馏点过低而终馏点过高，均不符合要求，则取预分馏塔的侧线产品作为重整原料。三、预脱砷 砷是重整原料的严重毒物。目前工业上使用的预脱砷的方法有吸附脱砷、氧化脱砷和加氢脱砷三种。四、预加氢 预加氢精制的主要目的是在钼酸钴或钼酸镍等催化剂和氢压条件下，使原料油中的含硫、含氮、含氧化合物进行加氢反应而分解，生成H2S、NH3和H2O。原料中的烯烃生成饱和烃，原料中的含As、Pb、Cu、Hg、Na等化合物在加氢条件下分解。以保护催化剂。五、重整原料的脱水 铂铼重整催化剂要求原料中含水量小于5106，需采用蒸馏脱水。6裂解气净化分离采取哪些方法？各利用什么原理？裂解气净化分离 裂解产物主要有：

51、气态产物，如氢、甲烷、乙烯、丙烯、丁烯等；液态产物，如芳烃和碳五以上部分；其他无用组份，如H2S、N2、CO2等裂解气净化分离，首先通过碱洗除去H2S、CO2 等酸性气体，再进行各组分分离分离方法有：深冷分离法，吸收精馏法深冷分离法 冷冻温度低于-100，其实质就是冷凝精馏过程。分离原理：利用各种烃类相对挥发度不同，在低温和高压下除氢气和甲烷外其余冷冻为液体，再按顺序进入C2、C3、C4等精馏塔进行分离。吸收精馏法 用C3、C4作吸收剂；亦称为中冷油吸收精馏法，冷冻温度提高到-70。比乙烯重的组分能吸收，而氢、甲烷不能被吸收。被吸收的组分再按顺序进入C2、C3、C4等精馏塔进行分离。其实质是中

52、冷吸收代替深冷脱甲烷和氢气过程。7 催化裂化装置由哪三大系统组成？简述各系统的主要作用（16分）三大系统 反应-再生系统 分馏系统 吸收稳定系统反应-再生系统 新鲜原料气经换热后于炼油混合进加热炉预热至200400后，由喷嘴喷入提升管反应器底部与高温再生催化剂接触，随即汽化并反应。经快速分离器分出的积有焦炭的催化剂由沉降器下部落入气提段，底部吹入过热水蒸气置换出待生催化剂上吸附的少量油气，再经过待生管一切线方式进入再生器。烧焦后含C量下降至0.2%一下的再生催化剂经溢流管进入提升管反应器，构成催化剂循环。分馏系统 将进入分馏塔的气体分割成几个中间产品：塔顶为汽油和催化富气，侧线有轻柴油、重柴油

53、和回炼油，塔底为油浆。轻柴油和重柴油分别经气提、换热后出装置，塔底油浆可循环回反应器进行回炼，也可以直接出装置。催化裂化分馏塔有它的特点：在塔的下段设有脱过热段为了将过热油气冷却到饱和状态并洗出夹带的催化剂；设有四个循环回流取热，由于中段循环回流和回流油浆的取热比较大，使塔的下部负荷比上部负荷大，所以塔的上部采用缩径；塔顶部采用循环回流而不用冷回流，主要由于进入分馏塔的油气中有相当数量的惰性气体和不凝气体，会影响塔顶冷凝的效果。吸收稳定系统 从分馏塔顶分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则含有C3、C4。吸收稳定系统是用吸收和精馏的方法，将富气和粗汽油分离成干气、液化气（C3 C4）和蒸

54、气压合格的稳定汽油。8简述含油废水和含硫废水的治理方法？含油废水：重力分离法 气浮法： 粗粒化法： 生物氧化法：含硫废水：空气氧化法 蒸汽汽提法：见书305-308页。第十章、精细化学工业1 阐述表面活性剂的特点及选择乳化剂的应用方法？表面活性剂的特点一、双亲媒性结构 即具有亲水性和亲油性。二、界面吸附 即达到平衡时，表面活性剂溶质在界面上的浓度要大于溶液中的浓度。三、界面定向 表面活性剂溶质分子在界面上会定向排列成分子层。四、生成胶束 达到临界胶束浓度时，会形成胶束。五、多功能性 如清洗、发泡、乳化、分散等作用功能(如洗衣粉)。乳化剂选择方法根据HLB值选择乳化剂。HLB是指乳化剂分子结构中

55、亲水疏水(亲油)平衡值。Griffis公式HLB20Mh/M式中，MH为亲水基部分的相对分子质量，M为总相对分子质量。此式适用于非离子型的乳化剂的HLB。对于多元醇的脂肪酸类乳化剂：HLB20(1-S/A)式中，S为乳化剂的皂化值，A为脂肪酸值。对于只含有OCH2CH2n亲水基的乳化剂：HLB式中，E为乳化剂环氧乙烷质量百分数。对于离子型乳化剂：HLB20Mh/MCHLB具有加和性，A、B两种乳化剂混合后HLB值可以按下式计算HLB(Wa*HLBa+Wb*HLBb)/(Wa+Wb)式中，wA、wB分别A、B的质量百分比。不同的乳化对象，具有不同的HLB值，当选择乳化剂时，应选择乳化对象与乳化剂

56、HLB值相近的原则进行乳化。HLB值和其他方法相结合的选择方法：一、一般阴离子乳化剂与乳液粒子带同种电荷相互排质，易于获得稳定的乳化液。二、乳化剂的憎水基团与被乳化结构相似时乳化效果比较好。(相似相容原理)三、乳化剂在被乳化物中易于溶解的，乳化效果较好。四、被乳化物的憎水性强，若使用亲水性强、HLB过大的乳化剂，由于乳化剂与被乳化物缺乏亲和力，乳化剂易溶于水，乳化效果不好，此时要选用部分HLB值小的乳化剂进行调节。2. 试简述下列表面活性剂的分类与中文命名，并写出其生产的合成反应（LAS、FAS，OP、AEO）。（20分）表面活性剂分类：从亲水基团的离子性和非离子性分为两性离子表面活性剂，阴（

57、阳）离子表面活性剂和非离子表面活性剂。其中，LAS、FAS为阴离子表面活性剂，AEO、OP为非离子表面活性剂。一、LAS(烷基苯磺酸钠)二、FAS(脂肪醇硫酸钠)三、OP(烷基酚聚氧乙烯醚)四、AEO(脂肪醇聚氧乙烯醚)五、烷基二甲基甜菜碱3. 试阐述增塑剂和光稳定剂作用的基本原理（10分）增塑剂作用的基本原理当增塑剂添加到聚合物中，增塑剂的分子就插入聚合物的分子间，减弱了聚合物分子链相互间的作用力，降低了分子链的结晶度，从而增加了分子链互相移动的可能性而使聚合物的塑性增加了。增塑剂的作用形式内作用(与聚合物反应)、外作用(插在聚合物分子链间)光稳定剂作用机理1、对紫外线屏蔽和吸收（炭黑，水杨

58、酸）2、氢过氧化物的非自由基分解（受组胺光稳定剂）3、捕获自由基（受组胺光稳定剂）4、阻止光引发5、切断链增长4、美白化妆品的作用机理是什么？（8分）黑色素决定着皮肤的色调，从代谢的过程本身来看，控制、抑制黑色素的生化合成就能使皮肤变浅。美白物质有四种作用（所有美白物质作用对象，都针对色素母细胞及其所分泌的黑色素）：1 还原作用 直接在黑色素上改变，黑色素同母细胞分泌后呈现氧化状态物质称为氧化性黑色素，它具有明显的黑色 ，如果将它还原，则变为无色的还原性色素。2凝结作用 酪氨酸酵素本身就是一种蛋白质，酵素蛋白质凝结的结果促使酵素失去催化活性，如对苯二 酚就是这一作用，主要是抑制或降低皮肤色素中

59、间体黑色素的产生。3 嵌合作用 很多酵素往往都要有金属离子作为辅酶，例如果酸的整合作用，即增加角质细胞黑色素粒子的降解，失活表皮及时剥落等。4破坏作用 一破坏自由基，导致黑色素小体结构的改变而造成黑色素细胞破坏。5、试阐述卤系和磷-氮系的阻燃机理1、卤系阻燃机理：卤系阻燃剂在燃烧温度下可分解生成卤化氢，卤化氢具有捕获HO自由基并使之转化为低能量X自由基和水的能力，X自由基可通过与烃类的反应再生成HX，如此循环起到了终止链锁反应的作用。产生HX为难燃性气体，不仅稀释空气中的O2，更重要的是它们密度比空气大，可形成保护层。2、磷-氮系阻燃机理：磷系阻燃剂大多是含有磷元素的有机或无机化合物，它分解时

60、产物的脱水作用使有机物碳化，当有机磷化物暴露于火焰中，会发生如下分解：有机磷化物磷酸偏磷酸聚偏磷酸。最终生成的聚偏磷酸是非常强的脱水剂，能促使有机化合物碳化，所生成的炭黑皮膜起了阻燃作用。第十一章 新型功能材料一、试简述生态环境材料的特点及研究的主要内容。（10分）生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高。生态环境材料是人类主动考虑材料对生态环境的影响而开发的材料，是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前提下提出的新概念，这一概念符合人与自然和谐发展的基本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。生态环境材

61、料是由日本学者山本良一教授于20世纪90年代初提出的一个新的概念，它代表了21世纪材料科学的一个新的发展方向。生态环境材料研究的主要方向有： 减少人均材料流量，减少材料集约化程度 ； 减少寿命周期中的环境负荷，使用生态化的生产工艺 ；开发天然能源，使用藏量丰富的矿物和天然材料； 避免使用有害物质，使用“清洁”材料 ；使用长寿命材料，强化再生利用，强化生物降解性；修复环境，强调生态效率(性能一环境负荷比)；环境负荷小的高分子合金设计；可再生循环高分子材料的设计；完全降解高分子材料设计；高分子材料加工和使用过程中产生的有害物质无害化处理技术。二、 何为梯度功能材料？与通用材料相比，它具有什么显著的

62、特点？（10分）集各种组分、结构.。见书394页、表10-9三、纳米材料的四种效应是什么？试举例说明并解释其中两种效应最基本的特性。（10分具有特殊的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。一、小尺寸效应纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等物理特征相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电、磁、热、力学等特性出现改变而导致新的特性出现的现象，叫纳米材料的小尺寸效应。例如，纳米材料的光吸收明显加大，非导电材料的导电性出现；磁有序态向磁无序态转化，金属熔点的明显降低， 特殊的力学性质：陶

63、瓷由脆性可变为塑性等等。特殊的热学性质：被小尺寸限制的金属原子熔点被大大降低到同种固体金属材料的熔点之下。例如，平均粒径40nm纳米铜粒子的熔点由1053降低到750；块状的金的熔点为1064，2nm时变为327，这些特性的发现，使人们可利用它来改变以往的金属冶炼工艺，特殊的光学性质：当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，会失去原有的光泽而呈黑色。实际上，所有超微粒子均为黑色，尺寸越小，色彩越黑。通过改变颗粒大小控制材料吸收波长的位移，以制得具有一定吸收频宽的纳米吸波材料，用于电磁波屏蔽、防射线辐射、隐形飞机等领域。 二、表面效应随着微粒子粒径变小，其表面所占粒子数目呈几何级数增加。例如：微粒子粒径从100nm减小至1nm，其表面原子占粒子中原子总数从20%增加到99%。单位质