4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
Katalyse
4052KATAL
Uitwerkingen oude tentamens
Pagina 1 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
Inhoudsopgave
Inhoudsopgave 2
2020 Hertentamen 3
2020 Tentamen 7
2019 Tentamen 11
2018 Tentamen 15
2017 Hertentamen 19
2017 Tentamen 24
2016 Hertentamen 29
2016 Tentamen 32
2015 Tentamen 36
2014 Hertentamen 39
2014 Tentamen 43
2013 Tentamen 46
Pagina 2 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
2020 Hertentamen
Opdracht 1
A.
Heterogene katalyse Elektrokatalyse Biokatalyse
Biokatalyse
Heterogene katalyse
Elektrokatalyse
Heterogene katalyse
Heterogene katalyse Biokatalyse
Heterogene katalyse
Biokatalyse
B.
De heterogene katalyse is het meest geschikt voor een continu proces. Je werkt hierbij
namelijk in verschillende fasen (katalysator is vaak vast en je reactanten zijn vaak gassen)
waardoor je de katalysator niet van het product hoeft te scheiden.
C.
D.
Deze curve heet een volcanoplot. De curve heeft
deze vorm omdat bij de meest optimale
bindingssterkte het molecuul niet te hard en niet
te zacht gebonden moet zijn. Bij een te sterke
binding komt het product niet los van de
katalysator waardoor katalysatorvergifitging
optreedt. Bij een te zwakke bindingssterkte bindt
de reactant niet aan het oppervlak waardoor de
katalysator niks uitvoert. De meest optimale
bindingssterkte ligt dus in het midden.
E.
IJzer wordt hiervoor gebruikt omdat ijzer een relatief gemiddelde bindingssterkte heeft en
niet te duur is. Er zijn materialen die beter binden maar deze zijn veel te duur. De
promotor die hierop geplaatst wordt is kalium. Deze toevoeging werkt doordat kalium een
dipool creëert aan het oppervlak. Dit zorgt ervoor dat de orbitalen van het Fe dalen ten
Pagina 3 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
opzichte van die van N2 waardoor er meer backbonding plaats kan vinden en de interne
N2-binding dus verzwakt wordt.
F.
Bij het Haber-Boschproces wordt de driedubbele binding in de N2 verbroken terwijl hier
gekozen voor een H-assisted manier. Er wordt hier een H+ aan het stikstof toegevoegd.
Het mechanisme dat ik als uitgangspunt zou nemen voor de elektrokatalytische reductie
is het mechanisme zoals hier is aangegeven, omdat er in een elektrolyt ook sprake kan
zijn van H+ en niet de enorm stabiele drievoudige binding direct verbroken hoeft te
worden.
G.
Hier wordt vooral H2 gevormd omdat de vorming van H2 gunstiger is omdat er minder
elektronen overgedragen hoeven te worden dan bij de vorming van NH3. Het overdragen
van minder elektronen betekent dat er minder intermediairen zijn, die gestabiliseerd
kunnen worden. Het is lastig om selectief N2 om te zetten in NH3 omdat voor deze reactie
er meer elektronen en dus meer intermediairen zijn. Deze intermediairen binden
gedeeltelijk ook nog op dezelfde manier aan het metaal. Dan kan je de bindingssterkte
van het intermediair aan het oppervlak dus niet los bepalen. Je past immers ook
ongewenst de bindingssterkten van alle andere intermediairen die op dezelfde manier
binden aan. Dit is een zogenaamde schalingsrelatie. Doordat je de intermediairen niet los
van elkaar kunt stabiliseren kan je de reactie niet goed katalyseren.
H.
De Brønsted-Evans-Polanyi relatie stelt: ∆ Eadsorbtie = α ∆ Ereactie . Deze relatie is van belang bij
het voorspellen van katalytische activiteit omdat het makkelijk is om de adsorptie-energie
te meten in tegenstelling tot de reactie-energie. Om de reactie-energie te bepalen zou je
de vrije energie van de overgangstoestand moeten bepalen. Dit is niet mogelijk omdat de
overgangstoestand oneindig kort bestaat in tegenstelling tot een intermediair dat, soms
met moeite, geanalyseerd kan worden.
Opdracht 2
A. B.
Pagina 4 van 48
Katalyse
4052KATAL
Uitwerkingen oude tentamens
Pagina 1 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
Inhoudsopgave
Inhoudsopgave 2
2020 Hertentamen 3
2020 Tentamen 7
2019 Tentamen 11
2018 Tentamen 15
2017 Hertentamen 19
2017 Tentamen 24
2016 Hertentamen 29
2016 Tentamen 32
2015 Tentamen 36
2014 Hertentamen 39
2014 Tentamen 43
2013 Tentamen 46
Pagina 2 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
2020 Hertentamen
Opdracht 1
A.
Heterogene katalyse Elektrokatalyse Biokatalyse
Biokatalyse
Heterogene katalyse
Elektrokatalyse
Heterogene katalyse
Heterogene katalyse Biokatalyse
Heterogene katalyse
Biokatalyse
B.
De heterogene katalyse is het meest geschikt voor een continu proces. Je werkt hierbij
namelijk in verschillende fasen (katalysator is vaak vast en je reactanten zijn vaak gassen)
waardoor je de katalysator niet van het product hoeft te scheiden.
C.
D.
Deze curve heet een volcanoplot. De curve heeft
deze vorm omdat bij de meest optimale
bindingssterkte het molecuul niet te hard en niet
te zacht gebonden moet zijn. Bij een te sterke
binding komt het product niet los van de
katalysator waardoor katalysatorvergifitging
optreedt. Bij een te zwakke bindingssterkte bindt
de reactant niet aan het oppervlak waardoor de
katalysator niks uitvoert. De meest optimale
bindingssterkte ligt dus in het midden.
E.
IJzer wordt hiervoor gebruikt omdat ijzer een relatief gemiddelde bindingssterkte heeft en
niet te duur is. Er zijn materialen die beter binden maar deze zijn veel te duur. De
promotor die hierop geplaatst wordt is kalium. Deze toevoeging werkt doordat kalium een
dipool creëert aan het oppervlak. Dit zorgt ervoor dat de orbitalen van het Fe dalen ten
Pagina 3 van 48
, 4052KATAL UITWERKINGEN OUDE TENTAMENS
opzichte van die van N2 waardoor er meer backbonding plaats kan vinden en de interne
N2-binding dus verzwakt wordt.
F.
Bij het Haber-Boschproces wordt de driedubbele binding in de N2 verbroken terwijl hier
gekozen voor een H-assisted manier. Er wordt hier een H+ aan het stikstof toegevoegd.
Het mechanisme dat ik als uitgangspunt zou nemen voor de elektrokatalytische reductie
is het mechanisme zoals hier is aangegeven, omdat er in een elektrolyt ook sprake kan
zijn van H+ en niet de enorm stabiele drievoudige binding direct verbroken hoeft te
worden.
G.
Hier wordt vooral H2 gevormd omdat de vorming van H2 gunstiger is omdat er minder
elektronen overgedragen hoeven te worden dan bij de vorming van NH3. Het overdragen
van minder elektronen betekent dat er minder intermediairen zijn, die gestabiliseerd
kunnen worden. Het is lastig om selectief N2 om te zetten in NH3 omdat voor deze reactie
er meer elektronen en dus meer intermediairen zijn. Deze intermediairen binden
gedeeltelijk ook nog op dezelfde manier aan het metaal. Dan kan je de bindingssterkte
van het intermediair aan het oppervlak dus niet los bepalen. Je past immers ook
ongewenst de bindingssterkten van alle andere intermediairen die op dezelfde manier
binden aan. Dit is een zogenaamde schalingsrelatie. Doordat je de intermediairen niet los
van elkaar kunt stabiliseren kan je de reactie niet goed katalyseren.
H.
De Brønsted-Evans-Polanyi relatie stelt: ∆ Eadsorbtie = α ∆ Ereactie . Deze relatie is van belang bij
het voorspellen van katalytische activiteit omdat het makkelijk is om de adsorptie-energie
te meten in tegenstelling tot de reactie-energie. Om de reactie-energie te bepalen zou je
de vrije energie van de overgangstoestand moeten bepalen. Dit is niet mogelijk omdat de
overgangstoestand oneindig kort bestaat in tegenstelling tot een intermediair dat, soms
met moeite, geanalyseerd kan worden.
Opdracht 2
A. B.
Pagina 4 van 48
