工業(yè)催化復(fù)習(xí)資料-問(wèn)答題

1、1.什么是催化劑？根據(jù)IUPAC于1981年提出的定義，催化劑)是一種物質(zhì)，它能夠改變反應(yīng)的速率而不改變?cè)摲磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由焓變化2.催化作用的四個(gè)基本特征是什么？催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上無(wú)法進(jìn)行的反應(yīng)； 催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡的位置(平衡常數(shù))，且催化劑可同時(shí)加速正逆反應(yīng)； 催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性，當(dāng)反應(yīng)有一個(gè)以上生成多種產(chǎn)物的方向時(shí)，催化劑僅加速其中的一種。 催化劑由正常運(yùn)轉(zhuǎn)到更換所延續(xù)時(shí)間（壽命）。3.什么是助催化劑？分為哪幾種？催化劑中加入的另一種或者多種物質(zhì)，本身不具活性或活性很小的物質(zhì)，但能改變催化劑的部分性質(zhì)，如化學(xué)組成、

2、離子價(jià)態(tài)、酸堿性、表面結(jié)構(gòu)、晶粒大小等，從而使催化劑的活性、選擇性、抗毒性或穩(wěn)定性得以改善。 結(jié)構(gòu)型和電子型兩類4.請(qǐng)說(shuō)明理想的催化劑載體應(yīng)具備的條件。具有能適合反應(yīng)過(guò)程的形狀和大??； 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受反應(yīng)過(guò)程中機(jī)械或熱的沖擊；有足夠的抗拉強(qiáng)度，以抵抗催化劑使用過(guò)程中逐漸沉積在細(xì)孔里的副反應(yīng)產(chǎn)物(如積碳)或污物而引起的破裂作用； 有足夠的比表面，合適的孔結(jié)構(gòu)和吸水率，以便在其表面能均勻地負(fù)載活性組分和助催化劑，滿足催化反應(yīng)的需要； 有足夠的穩(wěn)定性以抵抗活性組分、反應(yīng)物及產(chǎn)物的化學(xué)侵蝕，并能經(jīng)受催化劑的再生處理； 能耐熱，并具有合適的導(dǎo)熱系數(shù)； 不含可使催化劑中毒或副反應(yīng)增加的物質(zhì)； 原

3、料易得，制備方便，在制備載體以及制備成催化劑時(shí)不會(huì)造成環(huán)境污染； 能與活性組分發(fā)生有益的化學(xué)作用；能阻止催化劑失活5多相催化反應(yīng)的一般步驟？物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程分別是哪幾步？反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散。反應(yīng)物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附。吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑內(nèi)表面脫附。反應(yīng)產(chǎn)物在孔內(nèi)擴(kuò)散到反應(yīng)氣流中去擴(kuò)散為物理過(guò)程；為化學(xué)過(guò)程6物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn)？物理吸附是借助分子間力，吸附力弱，吸附熱小(820kJ/mol)，接近于氣體的液化熱，且是可逆的，無(wú)選擇性，分子量越大越容易發(fā)生，吸附穩(wěn)定性不高，吸附與解吸速率都很快，可單

4、分子層或多分子層吸附，不需要活化能?；瘜W(xué)吸附與一般的化學(xué)反應(yīng)相似，是借助于化學(xué)鍵力，遵從化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的傳統(tǒng)定律，具有選擇性特征，吸附熱大(40800kJ/mol)，吸附很穩(wěn)定，一般是不可逆的，尤其是飽和烴分子的解離吸附更是如此，吸附是單分子層的，具有飽和性。 7.如何推導(dǎo)簡(jiǎn)單的Langmiur吸附等溫式？以及重要的假設(shè)是什么?兩個(gè)重要假設(shè)： (1) 吸附是單分子層的；(2) 固體表面是均勻的，被吸附分子之間無(wú)相互作用8.CO分子的化學(xué)吸附都有哪幾種可能的吸附態(tài)？為什么會(huì)存在多種吸附態(tài)？吸附態(tài)：直線型、橋型、多重型、孿生型CO分子的化學(xué)吸附，既有電子參加，又有孤對(duì)電子參加，所以它可以有

5、多種吸附態(tài)；可以線形吸附在金屬表面，也可以橋式與表面上的兩個(gè)金屬原子橋聯(lián)，在足夠高的溫度下，還可以解離成碳原子和氧原子吸附。9. ZnO和NiO在受熱分別會(huì)變成什么類型的半導(dǎo)體？為什么？ZnO受熱變成n-型半導(dǎo)體。ZnO受熱失去氧，陽(yáng)離子氧化數(shù)降低，直至變成原子態(tài)。導(dǎo)電是靠與Zn結(jié)合的帶負(fù)電的電子。NiO受熱變成p-型半導(dǎo)體。NiO受熱獲得氧，陽(yáng)離子的氧化數(shù)升高，導(dǎo)致晶格中O2-增加，從而產(chǎn)生正離子的缺位，稱作正空穴。半導(dǎo)體依靠正空穴傳遞而導(dǎo)電。10. 布朗斯特(Brönsted)酸、堿和路易斯(Lewis)酸、堿的定義是什么？B酸：能夠給出質(zhì)子的都是酸。B堿：能夠接受質(zhì)子的都是堿。

6、L酸：能夠接受電子對(duì)的都是酸。L堿：能夠給出電子對(duì)的都是堿。11. 什么是B酸強(qiáng)度和L酸強(qiáng)度？B酸強(qiáng)度，是指給出質(zhì)子的能力；L酸強(qiáng)度是指接受電子對(duì)的能力。12. 為什么TiO2占主要組分的TiO2-SiO2和SiO2占主要組分的SiO2-TiO2都是酸性催化劑？SiO2-TiO2復(fù)合氧化物中，TiO2為主要成分時(shí)，正電荷過(guò)剩時(shí)，為L(zhǎng)酸；SiO2為主要成分時(shí)，負(fù)電荷過(guò)剩，為B酸。13. 什么是超強(qiáng)酸? 固體酸的強(qiáng)度若超過(guò)100%硫酸的強(qiáng)度，則稱之為超強(qiáng)酸。（因?yàn)?00%硫酸的酸強(qiáng)度用Hammett酸強(qiáng)度函數(shù)表示時(shí)為H0 = 11.9，故固體酸強(qiáng)度H0 < 11.9者謂之固體超強(qiáng)酸或超酸。）

7、14. 什么是分子篩？其化學(xué)組如何表示？分子篩是結(jié)晶型的硅鋁酸鹽，具有均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。分子篩中含有大量的結(jié)晶水，加熱時(shí)可汽化除去，故又稱沸石。自然界存在的常稱沸石，人工合成的稱為分子篩。它們的化學(xué)組成可表示為Mx/n(AlO2)x(SiO2)y ZH2O15. 分子篩的結(jié)構(gòu)構(gòu)型三種層次是什么？基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體(SiO4)和鋁氧四面體(AlO4)。 硅氧四面體和鋁氧四面體可通過(guò)氧原子(氧橋)聯(lián)結(jié)起來(lái)形成環(huán)。由四個(gè)四面體形成一個(gè)環(huán)就叫四元氧環(huán)。以此類推有五元氧環(huán)、六元氧環(huán)，八元氧環(huán)，十元氧環(huán)和十二元氧環(huán)等。窗口氧環(huán)的孔口對(duì)通過(guò)的分子起篩分作用。 各種不同的環(huán)通過(guò)氧橋相互聯(lián)接又可形成三維空間

8、的多面體。各種各樣的多面體構(gòu)成中空的籠，籠進(jìn)一步相互聯(lián)接形成分子篩。16. 分子篩擇形催化有哪幾種形式？反應(yīng)物擇形催化 （ 當(dāng)反應(yīng)混合物中某些能反應(yīng)的分子因太大而不能擴(kuò)散進(jìn)入催化劑孔腔內(nèi)，只有那些直徑小于內(nèi)孔徑的分子才能進(jìn)入內(nèi)孔，在催化活性部分進(jìn)行反應(yīng)。）產(chǎn)物的擇形催化（當(dāng)產(chǎn)物混合物中某些分子太大，難于從分子篩催化劑的內(nèi)孔窗口擴(kuò)散出來(lái), 就形成了產(chǎn)物的擇形選擇性。） 過(guò)渡態(tài)限制的選擇性（有些反應(yīng)，其反應(yīng)物分子和產(chǎn)物分子都不受催化劑窗口孔徑擴(kuò)散的限制，只是由于需要內(nèi)孔或籠腔有較大的空間，才能形成相應(yīng)的過(guò)渡態(tài)，不然就受到限制使該反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；相反，有些反應(yīng)只需要較小空間的過(guò)渡態(tài)就不受這種限制，這就

9、構(gòu)成了限制過(guò)渡態(tài)的擇形催化。） 分子交通控制的擇形催化（在具有兩種不同形狀和大小和孔道分子篩中，反應(yīng)物分子可以很容易地通過(guò)一種孔道進(jìn)入到催化劑的活性部位，進(jìn)行催化反應(yīng)，而產(chǎn)物分子則從另一孔道擴(kuò)散出去，盡可能地減少逆擴(kuò)散，從而增加反應(yīng)速率。這種分子交通控制的催化反應(yīng)，是一種特殊形式的擇形選擇性，稱分子交通控制擇形催化。）17.金屬催化劑包括哪幾種類型？塊狀催化劑（如電解銀催化劑、融鐵催化劑、鉑網(wǎng)催化劑等）。 分散或者負(fù)載型的金屬催化劑（如Pt-Re/Al2O3重整催化劑, Ni/Al2O3加氫催化劑等）。 金屬互化物催化劑（如LaNi5可催化合成氣轉(zhuǎn)化為烴）。 合金催化劑（如Cu-Ni合金加氫催

10、化劑）。 金屬簇狀物催化劑（如烯烴氫醛化制羰基化合物的多核Fe3(CO)12催化劑）18.什么是金屬晶體的費(fèi)米(Fermi)能級(jí)？電子占用的最高能級(jí)稱為費(fèi)米(Fermi)能級(jí)(金屬的費(fèi)米能級(jí))19.金屬價(jià)鍵模型中的 d 特性百分?jǐn)?shù)是什么意思？用什么符號(hào)表示？雜化軌道中d原子軌道所占的百分?jǐn)?shù)稱為d特性百分?jǐn)?shù)，用符號(hào)d%表示。20. 什么是溢流現(xiàn)象？其發(fā)生的條件是什么？所謂溢流現(xiàn)象，是指固體催化劑表面的活性中心(原有的活性中心)經(jīng)吸附產(chǎn)生出一種離子或者自由基的活性物種，它們遷移到別的活性中心處(次級(jí)活性中心)的現(xiàn)象。條件：溢流物種發(fā)生的主源；接受新物種的受體，它是次級(jí)活性中心。21.造成催化反應(yīng)結(jié)

11、構(gòu)非敏感性的原因有哪幾種？表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)掩蓋了，造成結(jié)構(gòu)非敏感。這種原因稱之為表面再構(gòu)。 活性組分晶粒分散度低的（扁平的面）較之高的（頂與棱）更活潑。 活性部位不是位于表面上的金屬原子，而是金屬原子與基質(zhì)相互作用形成的金屬烷基物種。22.雙金屬系中作為合金催化劑主要有哪幾類？第一類為第VIII族和IB族元素所組成的雙金屬系，如Ni-Cu、Pd-Au等；第二類為兩種第IB族元素所組成的，如Au-Ag、Cu-Au等；第三類為兩種第VIII族元素所組成的，如Pt-Ir、Pt-Fe等。23.半導(dǎo)體主要分為哪幾類？本征半導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。24.氧化物表面M=O鍵的成鍵方式有哪幾種？金屬Co的

12、eg軌道（即dx2-y2與dz2）與O2的孤對(duì)電子形成鍵；金屬Co的eg軌道與O2的分子軌道形成鍵；金屬Co的t2g軌道（dxy，dxz，dyz）與O2的*分子軌道形成鍵。25.請(qǐng)說(shuō)明正常的尖晶石結(jié)構(gòu)？正常的尖晶石結(jié)構(gòu)，A原子占據(jù)正四面體位，B原子占據(jù)正八面體位。26.什么是絡(luò)合催化劑？絡(luò)合催化的重要特征是什么？ 絡(luò)合催化劑，是指催化劑在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)物起絡(luò)合作用，并且使之在配位空間進(jìn)行催化的過(guò)程。重要特征：是在反應(yīng)過(guò)程中催化劑活性中心與反應(yīng)體系，始終保持著化學(xué)結(jié)合(配位絡(luò)合)。能夠通過(guò)在配位空間內(nèi)的空間效應(yīng)和電子因素以及其他因素對(duì)其過(guò)程、速率和產(chǎn)物分布等，起選擇性調(diào)變作用。27.CO是如何

13、配位活化的？通過(guò)-鍵配位活化。經(jīng)-鍵合相互作用后, 總的結(jié)果可以看成為配位體的孤對(duì)電子,電子(基態(tài))通過(guò)金屬向配位體自身空*軌道躍遷(激發(fā)態(tài))，分子得到活化。28.什么是三效催化劑？三效催化劑普遍采用Pt、Rh、Pd貴金屬做活性組分，各組分間有相互協(xié)同作用，總體起催化促進(jìn)作用。在操作條件下可同時(shí)將尾氣中的CO、HC、NOx凈化處理，達(dá)到環(huán)保要求的限制標(biāo)準(zhǔn)，其構(gòu)成主要由載體涂層和活性組分所組成，置于汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器中。29.什么是燃料電池？燃料電池是一種能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，是將燃料的化學(xué)能連續(xù)不斷的直接轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)裝置，又稱為電化學(xué)發(fā)電器。30.酶催化有什么特點(diǎn)？酶催化效率極高，是非酶催化的1

14、06 1019倍。生物酶催化具有高度的專一性：絕對(duì)專一性和相對(duì)專一性。一種酶只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)，稱為絕對(duì)專一性；一種酶能夠催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)，稱為相對(duì)專一性。酶催化的條件較溫和，可在常溫常壓和酸堿度（pH值為58，一般在7左右）下進(jìn)行，可以減少不必要的副反應(yīng)，如分解、異構(gòu)、消旋、重排等。31.沉淀法制備催化劑的基本原理和一般步驟是什么？沉淀法的基本原理是在含金屬鹽類的水溶液中，加進(jìn)沉淀劑，以便生成水合氧化物、碳酸鹽的結(jié)晶或凝膠。將生成的沉淀物分離、洗滌、干燥、焙燒、成型后，即得催化劑。32.如何選擇沉淀劑？盡可能使用易分解并含易揮發(fā)成分的沉淀劑。常用的有NH

15、3、NH3H2O、CO2、CO(NH2)2、(NH4)2CO3 形成的沉淀物必須便于過(guò)濾和洗滌。鹽類沉淀劑原則上可以形成晶形沉淀，而堿類沉淀劑都會(huì)生成非晶形沉淀； 沉淀劑的溶解度要大一些； 形成的沉淀的溶解度要小，沉淀較完全； 沉淀劑不應(yīng)造成環(huán)境污染。 33.晶形沉淀的形成條件是什么？開始沉淀時(shí)，沉淀劑在不斷攪拌下均勻而緩慢的加入，以免發(fā)生局部過(guò)濃同時(shí)也能維持一定的過(guò)飽和度。沉淀應(yīng)在適當(dāng)稀的熱溶液中進(jìn)行。沉淀完畢待老化、冷卻后過(guò)濾洗滌；沉淀應(yīng)放置老化。沉淀在其形成之后發(fā)生的一切不可逆變化稱之為老化。這些變化主要是結(jié)構(gòu)變化和組成變化。老化過(guò)程中，細(xì)小晶體會(huì)溶解并沉積在粗晶體上，從而可以得到顆粒大

16、小較為均勻的粗晶體，同時(shí)也導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)和表面積的變化。還可以去除雜質(zhì)。此外剛形成的沉淀不一定具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，還應(yīng)放置一段時(shí)間。34.焙燒在催化劑制備過(guò)程中的作用是什么？通過(guò)熱分解除去水和揮發(fā)性物質(zhì)，使催化劑轉(zhuǎn)換成所需的化學(xué)成分和化學(xué)形態(tài)； 借助固態(tài)反應(yīng)、互溶和再結(jié)晶獲得一定的晶型、孔徑和比表面積等；使微晶燒結(jié)，提高機(jī)械強(qiáng)度，獲得較大孔隙率。35.什么是催化劑的活化？其目的是什么？催化劑在制備好以后，往往還要活化；需較高溫度的熱處理，就是焙燒或在進(jìn)一步還原、氧化、硫化、羥基化等處理使催化劑轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姂B(tài)。使鈍態(tài)催化劑轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姂B(tài)催化劑的過(guò)程就是催化劑的活化。 活化的目的在于使催化劑，特別是催化劑表

17、面形成催化反應(yīng)所需要的活性結(jié)構(gòu)。36.浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是什么？可用已成型的載體（如氧化鋁，氧化硅，活性炭，浮石，活性白土等）負(fù)載組份利用率高，用量少（如貴金屬）37.大多數(shù)固體催化劑由哪三部分組成？活性組分、助劑和載體。38.催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)的四要素是什么？活性、選擇性、穩(wěn)定性/壽命、再生性。39.對(duì)許多涉及氧的反應(yīng)，氧化物催化劑的活性順序?yàn)?？p型半導(dǎo)體氧化物最活潑，絕緣體次之，n型半導(dǎo)體氧化物最差。40.載體為什么能延長(zhǎng)催化劑的壽命？提高耐熱性：一般用耐火材料作為載體。燒結(jié)：一定溫度下活性組分顆粒接觸面上的原子或分子會(huì)發(fā)生作用，使粒子增大。金屬在載體上的分散提高了金屬燒結(jié)的溫度。提高耐毒性：使活性

18、組分高分散；載體可以吸附部分毒物，甚至可以分解部分毒物。提高傳熱系數(shù)：可以防止催化劑床層的過(guò)熱而導(dǎo)致催化劑活性下降。催化劑活性組分的穩(wěn)定化：降低某些易升華活性組分如MoO3、Re2O7、P2O5、Te的損失，延長(zhǎng)催化劑的壽命。41.什么是空速、堆密度和比孔體積(孔容)？停留時(shí)間的倒數(shù)稱為空速；氣體空速按反應(yīng)物氣體流量速率計(jì)算；液體空速按液體流量速率計(jì)算；重量空速按反應(yīng)物質(zhì)量流速除以催化劑重量所得比值計(jì)算；空速可以用作催化劑活性的指示；體積進(jìn)料速率，通常基于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或反應(yīng)器入口條件進(jìn)行計(jì)算。堆密度堆:用量筒測(cè)量催化劑體積V堆=V隙+V孔+V真比孔體積(孔容)：每克催化劑顆粒內(nèi)所有孔的體積總和； 42.如何消除外擴(kuò)散限制？為了消除內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響而降低粒徑時(shí)，會(huì)導(dǎo)致溫度差升高。同樣溫度差隨反應(yīng)器直徑的增大而迅速升高，所以需要確定適宜的催化劑粒徑和反應(yīng)管直徑。應(yīng)用流動(dòng)法測(cè)定催化劑的活性時(shí)，為了避免外擴(kuò)散的影響，應(yīng)當(dāng)使氣流處于湍流條件，因?yàn)閷恿鲿?huì)影響外擴(kuò)散速率。43.什么情況下可以認(rèn)為已經(jīng)消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響？當(dāng)催化劑活性與催化劑粒徑大小無(wú)關(guān)時(shí)，可以認(rèn)為已經(jīng)消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響。44.對(duì)催化劑抗毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法有哪幾種？在原料中加入毒物使催化劑中毒后改用純凈原料