工業(yè)催化復習題

1、1什么是催化劑？催化劑作用的特征是什么？催化劑定義：凡能加速化學反應趨向平衡，而在反應前后其化學組成和數(shù)量不發(fā)生變化的物質(zhì)。 特征不能改變化學平衡通過改變化學反應歷程而改變反應速度對加速化學反應具有選 擇性2工業(yè)催化劑的基本指標是什么？工業(yè)催化劑的性能要求有哪些？ 基本指標：活性、選擇性、壽命、經(jīng)濟性。性能要求： 活性、選擇性、生產(chǎn)能力、穩(wěn)定性、壽命、機械強度、導熱性能、形貌和粒度、 再生性。3什么是催化劑的穩(wěn)定性？什么是催化劑的壽命？催化劑的穩(wěn)定性是指催化劑在使用條件下具有穩(wěn)定活性的時間。 催化劑的壽命是指從開始使用到活性下降到生產(chǎn)不能再用時所經(jīng)歷的時間。4什么是催化劑失活？導致催化劑失活的

2、主要原因有哪些？定義：在恒定反應條件下進行的催化反應的轉(zhuǎn)化率隨時間增長而下降的的現(xiàn)象叫催化劑失活。 原因：中毒、生焦、燒結(jié)、活性組分流失5如何計算催化劑的活性（轉(zhuǎn)化率 X、轉(zhuǎn)換數(shù)TON轉(zhuǎn)換頻率TOF ？ （ P12） 反應速率表示法、反應速率常數(shù)表示法、轉(zhuǎn)化率表示法。轉(zhuǎn)化率X:反應物A的總量/流經(jīng)催化床層進料中反應物 A的總量轉(zhuǎn)換數(shù)TON催化劑上每個活性位通過催化循環(huán)使總反應發(fā)生的次數(shù) 轉(zhuǎn)換頻率TOF每個活性位每秒時間內(nèi)完成的催化循環(huán)的次數(shù)Pt-Sn/AI 2Q 催化劑6固體催化劑的組成有幾部分？說明合成氨催化劑各部分的作用？說明 各部分的作用？ 組成：活性組分（主催化劑和共催化劑）、載體、助

3、催化劑。 各部分作用：Fe為活性組分；AI2O3為載體；K20為助催化劑。Pt活性組分，Sn助催化劑，AI2O3酸功能性載體。7. 固體催化劑載體的作用是什么？常用的載體有哪幾種？ 作用：分散作用、穩(wěn)定化作用、支撐作用、傳熱和稀釋作用、助催化作用。 常用載體：低比表面（剛玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉、耐火磚）；高比表面（氧化鋁、 SiO2/Al2O3、鐵磯土、白土、氧化鎂、硅膠、活性炭）。8. 多相催化反應的步驟有哪些？（課本 P14）外擴散-內(nèi)擴散-化學吸附-表面反應-脫附-內(nèi)擴散-外擴散物理過程7化學過程I物理過程9、什么是擴散控制、動力學控制？提高宏觀反應速率措施？ 擴散控制：最慢步驟

4、是物理過程-擴散動力學控制：最慢步驟是化學過程-吸附、脫附、表面反應 措施：外擴散控制：提高氣流速率。內(nèi)擴散控制：擴大孔徑，減少顆粒直徑。 動力學控制：則提高溫度，改變催化劑活性組份。如何消除內(nèi)、外擴散的影響？外擴散：按比例同時改變空速及床層填充高度；控制合適的反應溫度。 內(nèi)擴散：選擇的催化劑的顆粒及顆?？讖揭笮『线m。擴散控制是指反應速度由反應體系的擴散速率決定, 動力學控制是指反應速度由該反應的速率決定。確定過程控制步驟-針對性地采取措施，提高過程宏觀速率。擴散控制措施：改變操作條件或改善催化劑的顆粒大小和微孔構(gòu)造。動力學控制：改善催化劑組成和微觀結(jié)構(gòu)，改善反應操作條件(特別是反應溫度和壓

5、力)?？刂撇襟E不是一成不變，可以通過改變操作條件，使系統(tǒng)從一種控制過程過渡到另一種控制11. 多孔催化劑的效率因子=?物理意義是什么？多孔催化劑的效率因子n = 觀測反應速度/本征反應速率 1 多孔催化劑的效率因子n =K多孔/K消除內(nèi)擴散二內(nèi)表面利用率EP，吸附質(zhì)在表面自由轉(zhuǎn)換。3. 說明敘述吸附與催化的關(guān)系。 催化活性與催化劑對反應物化學吸附能力有關(guān)。 許多催化反應在遠遠高于物理吸附能夠發(fā)生的溫度下進行。 物理吸附力遠遠小于化學鍵合涉及的力。4. 說明火山型曲線原理。在單分子反應中，如果吸附質(zhì)吸附較弱，則催化活性與反應物吸附強度成正相關(guān)關(guān)系；如果吸附質(zhì)吸附足夠強，達到了很高的表面覆蓋率，則

6、催化活性與反應物吸附強度成反相關(guān)關(guān)系。1. B酸、堿，L酸、堿的概念。B酸：給出質(zhì)子；L酸：接受電子。B堿：接受質(zhì)子；L堿：給出電子。2. 固體酸強度H0概念。給出質(zhì)子或接受電子的能力。3. 固體酸性質(zhì)包括幾個方面？酸中心的類型、酸中心的強度、酸中心的濃度。（酸類型、酸強度、酸（度）量）4. 如何用紅外光譜法區(qū)分測定 B酸（1540cm1 ）、L酸（1610cm1）？NH3做探針考察（gAI2O3）。5. 列舉測定固體酸度與酸強度的方法。Hammett指示劑的胺滴定法、氣相堿性物質(zhì)吸附法（堿吸附量熱法、堿脫附-TPD法、吸附堿的紅外光譜（IR）法）。6. 什么是超強酸？超強酸：H0小于-11.

7、97. 什么是分子篩的一級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)，三級結(jié)構(gòu)？分子篩的孔道是如何形成的？ 一級結(jié)構(gòu)：以 Si 或 Al 原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)單元逐級堆砌而成； 二級結(jié)構(gòu)：硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋形成的多元環(huán)； 三級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)通過氧橋相互聯(lián)結(jié)，形成三維空間的多面體結(jié)構(gòu)。 分子篩的孔道由空間元環(huán)組成BETA分子篩的結(jié)構(gòu)特征。4?。8. A型分子篩、八面沸石、絲光沸石、ZSM分子篩、6.6 ?。A型分子篩：八個P籠圍成8元環(huán)，主孔道直徑約為 八面沸石： 1 2元環(huán)，主孔道直徑約為 8-9?。 絲光沸石：主孔道為一維的 12 元環(huán)孔道，平均直徑ZSM分子篩：10元環(huán)組成，直通孔道和Z形孔道立體交叉

8、相通，孔道直徑 5.1-5.6?。BETA分子篩：具有三維12元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)、孔道直徑8-9 ?。9. 分子篩催化理論有哪些？（固體酸，靜電場，擇形催化） 反應物擇型催化 ： 反應物分子直徑小于孔徑的分子進入晶孔反應 。產(chǎn)物擇型催化 ：產(chǎn)物中分子臨界直徑小于孔口的可以從孔中擴散出來 。 過渡狀態(tài)限制擇形催化劑： 產(chǎn)物、反應物不受催化劑窗口的孔徑限制， 需內(nèi)孔和孔腔有適宜的 空間，便于過渡態(tài)生成 . 。分子交通控制的擇形催化： 催化劑有大小不同的孔道， 反應物通過一種孔道進入活性部位， 產(chǎn) 物從另一通道擴散出來 。1 .過渡金屬能帶理論的基本內(nèi)容是什么？ 金屬能帶理論 - 分子軌道理論N個原子形成

9、分子，其分子軌道是：N/2成鍵軌道，N/2反鍵軌道。 對金屬而言，N個金屬原 子形成的分子就是整塊金屬，故金屬分子（即整塊金屬）其原子數(shù)N非常大成鍵軌道間能級差 非常小，以至構(gòu)成能帶-滿帶； 反鍵軌道間能級差也非常小-空帶。 能帶間的能級差為禁 帶。金屬形成晶格時， 原子按一定的規(guī)律緊密排列， 金屬原子核對外層價電子束縛較弱， 其電子在 整個晶體內(nèi)自由運動離域共價鍵（金屬鍵）2. d 空穴概念？為什么過渡金屬 d 空穴值與原子價電子結(jié)構(gòu)不一致？金屬的d帶中某些能級未被充滿，可看作d帶中的空穴，稱為“ d帶空穴”。價電子是指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學鍵的電子。 空穴是由能帶重疊產(chǎn)

10、生 的，能帶與價電子結(jié)構(gòu)不一致，從而空穴值與價電子結(jié)構(gòu)不一致。3. 過渡金屬價鍵理論的基本內(nèi)容是什么？ d百分概念？基本內(nèi)容： Pauling 價鍵理論： 金屬晶體是由原子通過價電子形成共價鍵 （金屬鍵） 結(jié)合而成。 共價鍵是由nd、（n+1）s、和（n+1）p軌道參與的雜化軌道。金屬的電子分成兩類：成鍵電子： 填充雜化軌道、形成金屬鍵；原子電子：未結(jié)合電子，在原子軌道中。d%： d 軌道在成鍵軌道中的分數(shù)。4. 什么是電子逸出功？什么是電離勢？金屬催化劑的電子逸出功:金屬表面電子移到外界所需的最小功（最低能量）； 反應物粒子的電離勢 I ：反應物電子移到外界所需的最小功（難易程度）。5. 金

11、屬催化劑組分選擇應關(guān)注的因素有哪些？ d 空穴，電子逸出功、晶體結(jié)構(gòu)。6. 金屬組分的分散度D?什么是結(jié)構(gòu)敏感反應？ 分散度 ：表面原子數(shù) /總原子數(shù)結(jié)構(gòu)敏感反應：反應速率對金屬表面細微結(jié)構(gòu)變化敏感的反應?？捎肈與TOF的關(guān)系來表征。7. 多位催化理論的基本內(nèi)容是什么 ?（活性中心與反應物發(fā)生中等強度吸附，活性中心與反應 基團間有一定的結(jié)構(gòu)對應性，使反應物分子適當扭曲而活化。）1. 什么是本征半導體，n型半導體，P型半導體？ 本征半導體：通過電子激發(fā)，既有電子導電，又有空穴導電，在禁帶中沒有雜質(zhì)能級。N型半導體：靠自由電子導電。P 型半導體：靠空穴導電。2. 什么是雜質(zhì)能級？什么是施主雜質(zhì)、施

12、主能級？什么是受主雜質(zhì)、受主能級？ 半導體材料中的雜質(zhì)使嚴格的周期性勢場受到破壞，從而有可能產(chǎn)生能量在帶隙中的局域化電子態(tài)，稱為雜質(zhì)能級。在半導體禁帶中出現(xiàn)。 對于N型半導體來說，一個V族雜質(zhì)原子（如磷P,砷As,銻Sb等）可以向半導體硅提供 一個自由電子而本身成為帶正電的離子，把這種雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。被施主雜質(zhì)束縛的電子的能量狀態(tài)，叫做施主能級，靠近半導體導帶下部。 對于P型半導體來說，一個III族雜質(zhì)原子（如硼B(yǎng),鋁Al，鎵Ga銦In等）可以向半 導體提供一個空穴，而本身接受一個電子成為帶負電的離子，把這種雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì) 被受主雜質(zhì)束縛的空穴的能量狀態(tài)，叫做受主能級，靠近滿帶上部。3.

13、為什么 n 型或 P 型半導體比本征半導體更易導電？因為雜質(zhì)能級 （施主能級和受主能級） 處于禁帶中間， 電子躍遷所需的能量較本征半導體中電 子躍遷需能小，故N型或P型半導體較本征半導體更易導電。4. 費米能級Ef、電子逸出功定義？費米能級Ef :絕對零度下電子的最高能級。電子逸出功:金屬表面電子移到外界所需的最小功（最低能量）。5. 雜質(zhì)對半導體特性的影響是什么。助催化劑的作用原理是什么？影響：施主雜質(zhì)（給電子）：Ef，導帶電子T,從而 N型導電性T, P型導電性J；受主雜質(zhì)（得電子）：EfJ,T，導帶電子J,從而 N型導電性J, P型導電性T。常用添加少量助催化劑（雜質(zhì)）以調(diào)變主催化劑的E

14、f、，從而達到改善催化劑活性和選擇性的目的。對于P型催化劑：加入低價態(tài)離子，使空穴增加，催化活性T； 對于N型催化劑：加入高價態(tài)的離子，使自由電子增加，催化活性T。6. 什么情況下宜用 P-cat ，什么情況下宜用 n-cat ？P-cat ：氣體化學吸附后所帶電荷的性質(zhì)只與氣體的本性有關(guān)，與催化劑類型無關(guān)。如丙烯在N或P型催化劑上吸附都帶正電。n-cat ：半導體類型不同，供給被吸附分子電子或空穴方式不同。如丙烯在P型半導體上吸附時，丙烯電子轉(zhuǎn)移到滿帶的空穴中；在N型半導體上吸附時， 丙烯電子轉(zhuǎn)移到導帶中。O的I大，總是負離子化；CO的I小，總是正離子化。 O2在P型氧化物上（低價態(tài)）的吸

15、附量遠大于在 N 型氧化物（高價態(tài)）上的吸附量，所生成的 O2- 常常是氧化反應的活性物種。對于烴類選擇性氧化，為減少深度氧化，必須控制吸附 O2- 的量，故常用 n 型氧化物 催化劑，如 V2O5。 對于烴類完全燃燒，則宜用 P 型氧化物7. 過渡金屬硫化物催化劑的特性和主要應用有哪些？ 特性：半導體性、酸堿性、氧化還原性、加氫活性，可作雙功能及單功能催化劑。耐高溫、抗 毒性極強。 CoMoS/Al2O3、NiWS/ Al2O3主要應用：石油催化加氫處理：石油煉制工業(yè)中，催化加氫處理是在臨氫條件下，把石油餾分 油原料催化轉(zhuǎn)化，為下游工序準備原料或改進產(chǎn)品性質(zhì)。 加氫處理可分為以下幾類：加氫裂

16、化、 加氫精制、HD加氫脫硫、HD加氫脫氮、HD加氫脫氧應用：主要用作氧化還原反應 女口：選擇性氧化、氨氧化、氧化脫氫、脫氫、加氫脫硫、聚 合 特性：主要是W B毗B、I BU B多組分催化劑，與電子性質(zhì)有關(guān)，這些氧化物具有半導體性質(zhì)。1. 什么是配位絡(luò)合催化？均相絡(luò)合催化的特點？配位絡(luò)合催化：反應物與過渡金屬絡(luò)和物（催化劑）在液相發(fā)生配位而活化的催化過程 優(yōu)點：活性中心均勻，選擇性高；反應條件溫和；反應機理研究深入 缺點：催化劑與反應產(chǎn)物分離困難；腐蝕設(shè)備；穩(wěn)定性差；催化劑成本高2. 什么是晶體場穩(wěn)定化能？為什么會出現(xiàn)強場低自旋，旋弱場高自旋？若d軌道不是處在全滿或全空時，d電子分裂軌道后的

17、總能量低于分裂前軌道的總能量。這個 總能量的降低值，稱為晶體場穩(wěn)定化能。（CFES在強的配位場作用下，較大P,則電子盡量充滿低能軌道，成對排列，低自旋（強場低自旋）。 在弱的配位場中，較小VP,則電子盡可能分占不同軌道，高自旋（弱場高自旋）。3. 配位絡(luò)合催化劑中配體的作用有哪些？（1）提供絡(luò)合空位：在催化過程中，配體解離造成絡(luò)合空位，使反應物配位活化。（2） 調(diào)變作用：配體的電子調(diào)變作用：強電子給予體（S給予體）：PPh3 NH3強電子受體（n接受體）：CO烯烴、炔烴4. 配位絡(luò)合催化循環(huán)。Ml.nRMLn S 反應櫥配位加戚疏IR代交換配位活化反應、在配位體內(nèi)生廣產(chǎn)物*催化過程MLf W

18、P5. 配位絡(luò)合催化劑固載的方法有哪些？（一）浸漬法（二）化學鍵合法（包括離子交換、配位絡(luò)合）1工業(yè)上固體催化劑的制備方法有哪些？沉淀、浸漬、離子交換、共混2催化劑常用的活化方法有哪些？.焙燒的作用有哪些？方法高溫：分解、加氫還原、硫化作用：焙燒是對催化劑的熱處理過程；也是催化劑的活化過程，晶粒分配或成長過程；增強機 械強度，造孔作用；脫出晶格中大量水（分子篩）3. 沉淀法制備催化劑應如何選擇原料？.沉淀過程中應控制哪些因素？選擇：沉淀物便于洗滌和過濾 、沉淀劑溶解度要大、形成的沉淀溶解度要小、沉淀劑必須 無毒、盡可能使用易于分解揮發(fā)的沉淀劑。因素：濃度、pH值、加料順序。4. 浸漬法制備負載型催化劑的操作方法有哪些？ 過量浸漬法、等體積浸漬法、浸漬測定法、多次浸漬法、噴灑浸漬法、蒸氣浸漬法。5. 浸漬法制備負載型催化劑時活性組分分布有哪幾種類型？ 蛋殼型、蛋白型、蛋黃型