Modele de subiecte de colocviu la disciplina PROCESE CATALITICE

Modele de subiecte de colocviu la disciplina PROCESE CATALITICE

CHIMIE

1. Schema din figura reprezinta variatia cu temperatura a constanei k_r din ecuatia lui Arrhenius. Se cere:

scrierea ecuatiei lui Arrhenius, in formele exponentiala si logaritmica, inclusiv precizarea semnificatiei marimilor;

precizarea care curba corespunde unei reactii catalitice si care unei reactii necatalitice;

calculati raportul constantelor de viteza de reactie intre reactia catalitica si cea necatalitica la temperatura de 80^oC.

2. Pe schema din figura de mai jos, precizati semnificatiile lui X, Y si Z si natura efectului termic al reactiei si scrieti etapele reactiei catalitice, identificand intermediarii cu notatiile de pe schema. Notati pe schema si precizati semnificatiile segmentelor marcate prin sageti.

3. Schitati mecanismul de transformare a 1-butenei prin metateza intermoleculara. Precizati produsii rezultati si natura catalizatorului.
4. Mentionati doua diferente intre procesele catalitice omogene si cele enzimatice.
5. Mentionati 3 dezavantaje ale proceselor catalitice omogene.
6. Mentionati 3 avantaje ale proceselor catalitice omogene.
7. Mentionati 3 avantaje ale proceselor catalitice eterogene fata de cele omogene.
8. Mentionati 3 dezavantaje ale proceselor catalitice omogene in raport cu principiile "chimiei verzi".
9. Mentionati 3 avantaje ale proceselor catalitice omogene in raport cu principiile "chimiei verzi".
10. Mentionati 3 avantaje ale proceselor catalitice eterogene in raport cu principiile "chimiei verzi".
11. Mentionati 3 dezavantaje ale proceselor catalitice enzimatice in raport cu principiile "chimiei verzi".
12. Mentionati 3 avantaje ale proceselor catalitice omogene in raport cu principiile "chimiei verzi".
13. Alegeti si comentati trei principii ale "chimiei verzi" in legatura cu procesele catalitice.
14. Proprietatile termice ale catalizatorilor. Comentati importanta lor.
15. Stabilitatea si regenerabilitatea catalizatorilor. Comentati.
16. Reproductibilitatea catalizatorilor. Comentati importanta acestei calitati a lor.
17. Difuzia Knudsen. Comentati valorile coeficientilor de difuzie (10^-5 - 10^-1 cm²/s)in relatie cu drumul liber mediu al moleculelor adsorbite.
18. Difuzia configurationala. Comentati valorile coeficientilor de difuzie (10^-14 - 10^-5 cm²/s) in relatie cu drumul liber mediu al moleculelor adsorbite.
19. Mentionati doua asemanari si doua deosebiri intre adsorbtie fizica si chemosorbtie.
20. Completati schema de mai jos (diagrama de energie potentiala Lennard-Jones), indicand care curba corespunde fizisorbtiei si care chemosorbtiei. Comentati diferentele intre ele.

11. Explicati forma curbei de adsorbtie a oxidului de carbon pe paladiu la diferite temperaturi, conform figurii alaturate. Completati figura, la nevoie.

12. Explicati motivele similitudinilor intre formele izotermelor de adsorbtie de tip II si IV si ale aparitiei histerezisului pe izoterma de tip IV (vezi figura de alaturi). Exista vreun model matematic adecvat acestui tip de izoterma? Daca da, precizati ipotezele simplificatoare si deduceti ecuatia.

13. Explicati ce fenomene au loc la obtinerea izotermei de tip I. Exista vreun model matematic adecvat acestui tip de izoterma? Daca da, precizati ipotezele simplificatoare si deduceti ecuatia.

14. Ecuatia izotermei Langmuir in termeni de grade de acoperire are expresia:

q = bp / (1 + bp)

Precizati semnificatiile marimilor si deduceti din forma liniarizata (inclusiv graficul) a ecuatiei expresia suprafetei specifice.

15. Adsorbtia competitiva in ipoteza Langmuir. Deduceti expresia ecuatiei pentru adsorbtia a doua specii, mentionand si ipotezele simplificatoare care stau la baza modelului. Precizati clar semnificatiile marimilor.

16. In cazul unei reactii monomoleculare care decurge in cataliza eterogena, in care reactia chimica este determinanta de viteza, decuceti expresia vitezei de reactie si particularizati-o      pentru cazurile cand adsorbtia produsului este foarte puternica, slaba sau nula. Comentati efectul produsului asupra vitezei de reactie.

17. In ipoteza adsorbtiei competitive dupa modelul Langmuir a trei specii A si B, reactanti, si C, produs de reactie, deduceti expresiile ecuatiilor de viteza pentru mecanismele Langmuir-Hinshelwood si Eley-Rideal. Se da ecuatia Langmuir pentru adsorbtia competitiva a speciei "i" dintr-un amestec policomponent de adsorbati:

18. Definiti si eventual schitati manifestarea selectivitatii de forma pentru accesul reactantilor in pori, inclusiv reactia-test.      

19. Definiti si eventual schitati manifestarea selectivitatii de forma pentru eliminarea produsilor din pori, inclusiv reactia-test.     

20. Definiti si eventual schitati manifestarea selectivitatii de forma la starea de tranzitie, inclusiv reactia-test.

21. Definiti manifestarea selectivitatii de forma prin controlul traficului molecular. Precizati conditiile indeplinite de solidul pe care se manifesta fenomenul, dati un exemplu de reactie-test si explicati motivele pentru care distributia produsilor de reactie difera de cea prezisa de datele termodinamice ale reactiei.

22. Comparati, in cateva fraze, diferentele dintre metodele precipitare/coprecipitare si sinteza hidrotermala, din perspective complexitatii lor si a calitatii produselor solide rezultate.

23. Exemplificati cum este posibila schimbarea aciditatii si/sau bazicitatii unui catalizator solid prin schimb ionic.

24. Ce strategie, din cele prezentate pe schema din curs la impregnare, ati alege pentru a prepara un catalizator continand 1% platina distribuita uniform in porii ZSM-5 (sistem dual de pori intersectabili, drepti de sectiune aproximativ circulara 5,4 x 5,6 si sinusoidali cu sectiunea de 5,2 x 5,8 ). Raza ionica a platinei este de 0,625 , cea in legaturi covalente de 1,3 , iar raza atomica este de 1,83 .

25. Ce strategie, din cele prezentate pe schema din curs la impregnare, ati alege pentru a prepara un catalizator continand 3% platina distribuita uniform in porii mordenitului (doua sisteme de canale, unele eliptice mari (6,7 x 7 ), altele eliptice mici (2,9 x 5,7 )). Raza ionica a platinei este de 0,625 , cea in legaturi covalente de 1,3 , iar raza atomica este de 1,83 .

26. Ce strategie, din cele prezentate pe schema din curs la impregnare, ati alege pentru a prepara un catalizator continand 3% platina distribuita uniform pe alumina amorfa. Raza ionica a platinei este de 0,625 , cea in legaturi covalente de 1,3 , iar raza atomica este de 1,83 .

27. Ce strategie, din cele prezentate pe schema din curs la impregnare, ati alege pentru a prepara un catalizator continand 5% platina distribuita uniform in porii faujazitului (contine un sistem de canale directionate dupa directiile unui tetraedru, cu diamtrul liber de 7,4 ). Raza ionica a platinei este de 0,625 , cea in legaturi covalente de 1,3 , iar raza atomica este de 1,83 .

28. Transformarea 2-metil-3-butin-2-olului pe un catalizator solid a condus la un amestec de reactie continand 0,001 moli 3-metil-3-buten-2-ona, 0,05 moli acetilena, acetona si urme dintr-un produs neidentificat. Evaluati acido-bazicitatea acestui catalizator.

29. Transformarea 2-metil-3-butin-2-olului pe un catalizator solid microporos a condus la un amestec de reactie continand moli acetilena, acetona si cantitati mici de 3-metil-2-buten-1-al. Dupa tratarea catalizatorului cu piridina, amestecul mai contine doar acetilena, acetona si urme de 3-hidroxi-3-metil-2-butanona. Evaluati acido-bazicitatea acestui catalizator si restrictiile de tip selectivitate de forma.

30. Comentati caracterul acido-bazic al catalizatorilor Cat 1- Cat 4, pe seama rezultatelor din tabelul urmator. Produsii de reactie mentionati rezulta prin transformarea ciclohexanolului.

31. In figura de mai jos este prezentata distributia produsilor la cracarea alcanilor liniari C22 si C23 pe zeolitul erionit, in care exista spatii libere (pori) cu dimensiunile de 15,1x6,3 . Sugerati, pe un grafic asemanator, cum ar trebui sa se prezinte distributia produsilor la cracarea n-tetradecanului (C₁₄H₃₀).

32. Pe baza figurii de mai jos si comparand structurile spatiale si gabaritul reactantilor cu ale substantelor prezentate in figura, alegeti tipurile de solid pe care pot avea loc urmatoarele reactii:

alchilarea toluenului cu propena si izopropanol; interconversia xilenilor prin izomerizare; izomerizarea n-octanului la 2,2,3,3-dimetilbutan (izooctan). Indicatii: puteti scrie reactie posibila - reactie probabila - reactie imposibila. Explicati SUCCINT alegerea facuta din perspectiva selectivitatii de forma, mentionand si tipul de selectivitate pe care le-ati considerat.

33. Enumerati principalele otravuri pentru catalizatori de tip metale nobile. Explicati succint motivele pentru care se produce otravirea, precizand cum are loc procesul.

34. Enumerati principalele otravuri pentru catalizatori de tip acido-bazic. Explicati succint motivele pentru care se produce otravirea, precizand cum are loc procesul.

35. Dezactivarea catalizatorilor prin cocsare. Cauze, mecanism, etape, efecte.

36. Dezactivarea catalizatorilor prin sinterizare. Cauze/conditii, mecanism, etape, efecte.

37. Dezactivarea catalizatorilor prin volatilizarea componentelor active si prin reactii intre solidele constituente ale catalizatorilor. Cauze/conditii, efecte, exemple.

38. Regenerarea catalizatorilor uzati. Scurte comentarii despre tipurile de dezactivare care permit regenerarea si procedurile aplicate.

39. Explicati importanta monotirizarii si reducerii emisiilor de oxizi de azot in atmosfera, prin prisma efectelor lor fiziologice. Scrieti ecuatiile reactiilor chimice care stau la baza SCR a acestora.

40. Tratarea gazelor de esapament de la autovehicule. Tipuri de emisii poluante pentru motoarele Otto si Diesel.

41. Tratarea gazelor de esapament de la autovehicule. Completati si explicati schema de mai jos.

42. Tratarea gazelor de esapament de la autovehicule. Reactii chimice implicate.

43. Tratarea gazelor de esapament de la autovehicule. Completati desenul si comentati fereastra de operare.

44. Catalizatori de generatia a doua pentru vehicule echipate cu motoare Otto. Compozitie, componente active, comentarii despre necesitatea formulei alese.

45. Conditionarea catalizatorilor pentru tratarea gazelor de esapament. Suporturi catalitice - compozitie, geometrie, preparare, regenerare (succint).

46. Filtre catalitice pentru gazele de esapament de la motoarele Diesel. Functionare, regenerare.

47. Aplicatii practice ale reactiilor catalitice eterogene. Interconversia aromatelor C7, C8, C9.

48. Conversia metanolului la olefine. Mecanism, produsi de reactie, catalizatori.

49. Conversia metanolului la olefine. Natura produsilor de reactie, catalizatori pentru obtinerea selectiva de fractii C2-C3.

50. Autocondensarea acetonei pe catalizatori bazici. Mecanism, catalizatori, produsi de reactie.

51. Alegeti trei procese catalitice de mare tonaj care decurg pe care catalitica si precizati tipurile de catalizatori adecvate.

52. Alegeti un exemplu de proces catalitic implicat in sinteza fina, care decurge pe care catalitica si precizati ce fel de catalizator se pot folosi. Comparati eficienta catalizatorilor solizi in raport cu cei omogeni.

53. Senzori chimici care functioneaza pe baza de reactii catalitice. Reactii, explicatii privind functionarea, avantaje.