Section: SMC, S5 TD, Série2 Pour étudier les interactions entre un catalyseur solide et son environnement réactionnel, nous avons choisi le cas de l’oxydation.

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1 Section: SMC, S5 TD, Série2 Pour étudier les interactions entre un catalyseur solide et son environnement réactionnel, nous avons choisi le cas de l’oxydation du propène sur oxyde de cuivre (CuO). a) La mesure de l’aire spécifique de ce catalyseur par adsorption de Krypton à 77K a donné un volume de gaz pour la monocouche VB=0,8cm3 pour une masse de 90mg, la section d’encombrement du Krypton est de 14Å2. Calculez l’air spécifique de ce catalyseur. b) A la température ambiante nous avons envoyé un mélange d’hélium, d’oxygène et de propène à des teneurs bien définies. Nous avons ensuite appliqué un programme de croissance linéaire de la température (4°C/min). Les courbes représentant les variations en fonction du temps des différents consommations, production et de la température, sont sur la figure ci-dessous.  1) Quel est le rôle de l’hélium ? 2) Commentez la variation de la température. 3) Le CuO peut-il subir des modifications ? Si oui, de quel genre ?

2 3)En supposant la sélectivité vis-à-vis de l’acroléine (C3H4O) définie comme suit :
𝑆= 𝑅 𝑎𝑐𝑟𝑜 𝑅 𝑎𝑐𝑟𝑜 + 1/3𝑅 𝐶𝑂2 x100 4)Calculez S à T=300°C, T=400°C, T=420°C 5) Comment varie la sélectivité? 6) Soit la réaction A B+C sur un catalyseur. Donnez le mécanisme de cette réaction, en supposant que l’adsorption et la réaction ne constitue qu’un seul acte.

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4 Corrigé Série 2 A= 3,34.105cm2/g A= 33,4m2/g
a) Calcul de l’air spécifique: VB=0,8cm3, m=90mg, σ=14Å2. 𝑨= 𝑽𝒃×𝑵×σ 𝟐𝟐𝟒𝟎𝟎×𝒎 𝑨= 𝟎,𝟖×𝟔,𝟎𝟐. 𝟏𝟎 𝟐𝟑 ×14. 𝟏𝟎 −𝟏𝟔 𝟐𝟐𝟒𝟎𝟎×𝟗𝟎 .𝟏𝟎 −𝟑 A= 3,34.105cm2/g A= 33,4m2/g

5 1) l’hélium sert à réguler et diluer les différentes concentrations voulues, pour l’oxygène et le propène. 2) Nous constatons que la température augmente linéairement suivant une croissance de de 4°C/min jusqu’à environ 300°C, Ensuite subit une accélération légère au début puis brutale, et la température monte jusqu’à environ 435°C sans redescendre au-delà. Cela est probablement dû au fait que la réaction dégage de la chaleur (exothermique) 3) Le CuO est un catalyseur de la réaction d’oxydation du propène et normalement ne devrait pas subir de transformation. Mais la présence de propène et en cas de consommation de l’oxygène du mélange gazeux pourrait provoquer une réduction du CuO par ce propène. (Expérimentalement cela a été observé),

6 Calcul de la Sélectivité à T=300°C, T=400°C, T=420°C
315 410 430 Sacro (%) 15,5 0,14 1,75 𝑆= 𝑅 𝑎𝑐𝑟𝑜 𝑅 𝑎𝑐𝑟𝑜 + 1/3𝑅 𝐶𝑂2 x100 𝑺𝟑𝟎𝟎=15,5% 𝑆315= 0,6.10 −6 0,5.10 − ,1.10 −4 x100 410°C (maximum de production de CO2 𝑆410= 1,6.10 −7 1,6.10 − ,5.10 −4 x100 𝑺𝟒𝟏𝟎=0,14% Il y a une décroissance de la sélectivité

7 6) Soit la réaction A B+C sur un catalyseur
6) Soit la réaction A B+C sur un catalyseur. Donnez le mécanisme de cette réaction, en supposant que l’adsorption et la réaction ne constitue qu’un seul acte. A Aads B+C