催化化學(xué)習(xí)題

1、一、基本概念題1. 催化劑的比活性：催化劑的比活性是相對(duì)于催化劑某一特定性質(zhì)而言的活性。例如：催化劑每m2的活性。2. 催化劑的選擇性：催化劑有效地加速平行反應(yīng)或串聯(lián)反應(yīng)中的某一個(gè)反應(yīng)的性能。3. 催化劑的機(jī)械強(qiáng)度：固體催化劑顆粒抵抗摩擦、沖擊和本身的質(zhì)量以及由于溫變、相變而產(chǎn)生的應(yīng)力的能力，統(tǒng)稱為催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。4. 催化劑的密度：實(shí)際催化劑是多孔體，成型的催化劑粒團(tuán)體積包括顆粒與顆粒之間的空隙V隙、顆粒內(nèi)部實(shí)際的孔所占的體積V孔和催化劑骨架所具有的體積V真，即V堆V隙+V孔+V真。（a）堆密度；（量筒）（b）顆粒密度；（壓汞法）（c）真密度（氦氣法）5. 催化劑的比表面：通常以1g催化劑

2、所具有的總表面積m2/g6. 催化劑的比孔容：1g多孔性固體催化劑顆粒內(nèi)部所有孔道的總體積。ml/g7. 催化劑的孔隙率：多孔性固體催化劑顆粒內(nèi)部所有孔道的總體積占催化劑顆粒體積的百分?jǐn)?shù)。8. 催化劑的孔分布：除了分子篩之外，一般催化劑中的孔道直徑大小不一。不同大小的孔道占總孔道的百分?jǐn)?shù)稱為孔分布。不同范圍的孔徑(r200nm稱大孔，r10nm微孔，r為10200nm過渡孔) 有不同的測(cè)定方法。9. 催化劑的平均孔半徑：一般固體催化劑(分子篩除外)中孔道的粗細(xì)、長短和形狀都是不均勻的，為了簡化計(jì)算，可以把所有的孔道都看成是圓柱形的孔，并假定其平均長度為L，平均半徑為r。10. 催化劑中毒：催化

3、劑在使用過程中，如果其活性的衰退是由于反應(yīng)介質(zhì)中存在少量雜質(zhì)，或是由于催化劑在制備時(shí)夾雜有少量雜質(zhì)而引起的，則稱為催化劑的中毒。11. 催化劑的壽命：催化劑在實(shí)際反應(yīng)條件下，可以保持活性和選擇性的時(shí)間稱為催化劑的壽命。12. 催化劑的活化：催化劑在投入實(shí)際使用之前，經(jīng)過一定方法的處理使之變?yōu)榉磻?yīng)所需的活化態(tài)的過程。13. 轉(zhuǎn)化數(shù)：單位活性中心在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的反應(yīng)分子數(shù)14. 轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)物在給定的反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和副產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù)15. 產(chǎn)率：反應(yīng)產(chǎn)物的量相對(duì)于起始反應(yīng)物總量的百分?jǐn)?shù) 產(chǎn)率、選擇性和轉(zhuǎn)化率三者的關(guān)系為：產(chǎn)率選擇性*轉(zhuǎn)化率16. 時(shí)空產(chǎn)率：催化反應(yīng)中，反應(yīng)物在單位時(shí)間內(nèi)通

4、過單位體積的催化劑所得某一產(chǎn)物的量。17. 空速：單位時(shí)間內(nèi)通過單位體積(或質(zhì)量)催化劑的反應(yīng)物體積(或質(zhì)量)。單位：時(shí)間-1 （GHSV）18. 化學(xué)吸附：在吸附劑(催化劑)與吸附物(反應(yīng)物)之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的吸附。19. 覆蓋率：催化劑表面被反應(yīng)物分子吸附后。固體表面被覆蓋的百分?jǐn)?shù)。 20. 轉(zhuǎn)換頻率：(TOF）每個(gè)表面原子在單位時(shí)間內(nèi)的活性。21. 催化裂化：催化裂化是指石油的高沸點(diǎn)餾份（重質(zhì)油）在催化劑存在下裂化為汽油、柴油和裂化氣的過程。22. 催化重整：催化重整是指在催化劑存在下使原油蒸餾所得的輕質(zhì)油餾份轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓紵N的高辛烷值汽油并副產(chǎn)液化石油氣和氫氣的過程，這過程包括異構(gòu)化

5、、環(huán)化脫氫等反應(yīng)。23. 加氫處理：加氫處理是加氫除去石油餾份中的S，N和O的過程，主要應(yīng)用于催化重整和催化裂化的原料的脫硫和脫氫以利進(jìn)一步加工。二、填空題1. 在評(píng)價(jià)一個(gè)催化劑時(shí)，通常認(rèn)為有四個(gè)最重要的因素，它們分別是： ， ， 與價(jià)格。2在多組分固體催化劑中，各種組分起作不同的作用，大體分為三類，它們是 、 和 。3. 實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器按操作方法可分為兩大類，一類是 ，一類是 。4. 催化劑的壽命曲線一般可分三個(gè)部分： ， ， 。5根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)的作用力不同，將吸附分為 和 兩類，化學(xué)吸附按活化能大小又可分為 和 。6. 催化劑經(jīng)過一定處理又恢復(fù)了活性，這一過程稱為催化劑的 。7. CO的

6、幾種吸附狀態(tài)： 、 、 和 吸附狀態(tài)。8. 根據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑之間的電子云分配不同，吸附鍵可分為 ， 和， 。9. 影響不同晶面暴露的比例的因素有二：一是 ，另一是 10. 物理吸附的作用力是 ，化學(xué)吸附作用力是 。11. 影響吸附質(zhì)與吸附劑之間化學(xué)作用力主要因素有 和 。12. 在用于固定床的較大顆粒催化劑的機(jī)械性能測(cè)試中，通常需要測(cè)定它的 和 。13. 催化劑失活的化學(xué)原因主要有 、 和 。14. 催化劑的常用制備方法有 、 、 、 、 、 及其他方法。15. 分子篩催化劑的擇形催化作用有 擇形催化、 擇形催化、 擇形催化和 擇形催化。三、是非題1. 催化劑存在下，k正的增加倍數(shù)大于k逆。

7、2. 加速反應(yīng)但不參加反應(yīng)者非催化劑。3. 凡是多相催化過程，至少有一個(gè)反應(yīng)物在催化劑表面吸附。 4. 物理吸附部是放熱的，化學(xué)吸附總是吸熱的。5. 載體使催化劑增大了活潑表面，降低了它對(duì)毒物的敏感性。6. 物理吸附熱通常比化學(xué)吸附熱大。7. 化學(xué)吸附具有選擇性。8. 反應(yīng)前后，鍵能和由大變小則吸熱，由小變大則放熱。9. 氧總是以負(fù)離子的形式化學(xué)吸附。10. 化學(xué)吸附是單層吸附。11. 表征一個(gè)催化劑的活性是指在給定的條件下，定量地測(cè)定一個(gè)催化劑促進(jìn)某種化學(xué)轉(zhuǎn)化的能力。12. 載體的最重要功能是分散活性組分，使活性組分保持大的表面積。13. 催化劑煅燒時(shí)會(huì)使平均孔徑增大。14. 均相催化中，質(zhì)

8、量傳遞過程在動(dòng)力學(xué)上占重要地位。15. BET方程是基于多分子層吸附理論模型。16. 離子交換法比沉淀法可制得更高含量的金屬負(fù)載型催化劑。17. 吸附等溫線是在恒定溫度下飽和吸附量與被吸附氣體壓力的關(guān)系曲線。18. 氮吸附法適用于半徑為1.520nm的孔徑測(cè)定。19. 在沉淀法制備催化劑時(shí)以尿素代替常用的堿是為了得到顆粒大小寬分布的催化劑。20. 合成氨反應(yīng)中，硫化氫對(duì)鐵催化劑的中毒是可逆中毒。三、簡答題1. 簡述為了說明吸附熱隨遮蓋率而下降的原因：答:（1）表面不均勻性；（2）吸附種之間的相互作用；（3）使用固體中不同的電子能級(jí)。2. 助催化劑的作用： 3. 簡述吸附等溫線概念： 4. 請(qǐng)簡

9、述Raney鎳催化劑的制備方法其過程5. 簡述載體的作用： 四、問答題一、下圖是合成氨反應(yīng)的催化過程，請(qǐng)畫圖表示出N2分子在Fe表面的吸附過程？并指出什么代表化學(xué)吸附活化能，解吸活化能，物理吸附熱，化學(xué)吸附(反應(yīng))熱，N2的離解能？二、如圖解釋W(xué)O3氫還原行為中的溢流現(xiàn)象，并說明什么是給體相，什么是受體相？并解釋在SnO2-Sb2O4催化劑上異丁烯氧化反應(yīng)中氧的溢流作用。三、請(qǐng)列舉幾種常用固體催化劑表面酸堿性的分析方法，如酸堿指示劑法、程序升溫脫附法和紅外光譜法，并指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。四、列舉出三種以上的催化劑制備方法，并說明其制備過程與特點(diǎn)。五、闡述分子篩的四級(jí)結(jié)構(gòu)單元，并詳細(xì)說明分子篩的擇型

10、催化作用。（10分）六、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ni的三種晶面的乙烯加氫活性是：（1 1 0）（1 0 0）（1 1 1）。請(qǐng)用巴士金多位理論（幾何對(duì)應(yīng)理論）來解釋說明。七、請(qǐng)如圖說明過渡金屬氧化物催化劑在催化烴類氧化反應(yīng)中的氧化還原機(jī)理，并說明在氧化物表面上各種氧物種之間平衡關(guān)系，以及它們中的親電氧物種和親核氧物種在催化氧化中的作用。八、請(qǐng)寫出RhCl(PPh3)3催化Wilkinson 氫化反應(yīng) ( hydrogenation)過程的反應(yīng)方程式，并如圖詳細(xì)說明每步的催化反應(yīng)機(jī)理與類型。（10分）五、計(jì)算題1、請(qǐng)寫出B.E.T.方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并計(jì)算下面硅膠樣品的比表面積（用液氮來測(cè)硅膠的比表面，通過利用

11、對(duì)P/P0作圖測(cè)得斜率=13.8510-3cm-3，截距=0.15 10-3 cm-3，硅膠樣品量為0.83g，Am = 0.162 nm2）。參考答案：1. BET方程為 V吸附量；p吸附時(shí)的平衡壓力；p0吸附氣體在給定溫度下的飽和蒸氣壓；Vm表面形成單分子層所需要的氣體體積；c為與吸附熱有關(guān)的常數(shù)。2. 用實(shí)驗(yàn)測(cè)出不同的相對(duì)壓力p/p0（0.050.35）下所對(duì)應(yīng)的一組平衡吸附體積V；由作圖法得直線方程，截距為1/Vmc，斜率為(c - 1)/Vmc。Vm=1/(斜率+截距)。 Ag=(71/22400) 6.02 1023 16.2 10-20/0.83=373m2.g-12. 在用0.

12、5mmol的金屬錳配合物催化8.16g 25%雙氧水氧化4.1g環(huán)己烯的環(huán)氧化反應(yīng)中, 假設(shè)在反應(yīng)3h后, 雙氧水轉(zhuǎn)化了90 %, 可生成3.675g環(huán)氧環(huán)己烷（C6H10O）、0.49g環(huán)己烯醇（C6H10O）和0.12g環(huán)己烯酮（C6H8O）三種氧化產(chǎn)物。在忽略環(huán)己烯聚合和揮發(fā)損失的情況下，試計(jì)算反應(yīng)后殘余的環(huán)己烯量、環(huán)己烯的摩爾轉(zhuǎn)化率、催化劑基于環(huán)己烯的轉(zhuǎn)化頻率（單位h-1）、環(huán)氧環(huán)己烷的選擇性和雙氧水的有效利用率（設(shè)生成一分子環(huán)氧環(huán)己烷或環(huán)己烯醇均消耗一分子雙氧水；而生成一分子環(huán)己烯酮消耗二分子雙氧水）？參考答案：(1) 環(huán)己烯剩余量=環(huán)己烯的加入量-環(huán)己烯的消耗量= (4.1/ 82

13、 3.675 / 98 - 0.49 / 98 - 0.12 / 96) = 0.00625 mol = 6.25 mmol。 (2) 環(huán)己烯的摩爾轉(zhuǎn)化率(%) = (環(huán)己烯加入量-環(huán)己烯剩余量) / 環(huán)己烯加入量 100% = (4.1 / 82 0.00625) / (4.1/ 82)100% = 87.5 %。 (3)轉(zhuǎn)換頻率 =環(huán)己烯消耗量(mmol)/(催化劑錳含量(mmol)反應(yīng)時(shí)間(h) = (50-6.25)/(0.53)=29.17 h-1。(4) 環(huán)氧環(huán)己烷的選擇性(%) = 環(huán)氧環(huán)己烷的生成量(mmol) / 環(huán)己烯消耗量(mmol) 100% = (3.675 / 98

14、)/( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 0.12 / 96)100% = (37.5/43.75) 100% =85.71% (5) 雙氧水的有效利用率(%) = 雙氧水有效消耗量/ 雙氧水的實(shí)際消耗量100% = (環(huán)氧環(huán)己烷 + 環(huán)己烯醇 + 2環(huán)己烯酮) /(8.1625%)/34 90%100% = ( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 2(0.12 / 96)/0.108 100%=(45.00/54.00)100%=83.3%3. 用Hg-He法測(cè)某催化劑重量W = 4g時(shí), 若已知容器容積V = 60.00cm3, 測(cè)定充He和充汞體積分別為VHe

15、= 59.5cm3和VHg = 59cm3。求該催化劑的骨架密度r骨架、顆粒密度r顆粒、孔容V孔、比孔容Vp和孔隙率q?參考答案： (1) 由 r骨架 = W / (V-VHe) = 4/(60.00-59.5) = 8 g / cm3 （2） r顆粒 = W / (V-VHg) = 4/ (60.00-59.00) = 4 g / cm3 (3) V孔 = VHe- VHg = 59.50-59.00 =0.50 cm3(4) Vp = (VHe- VHg)/ W = (59.5-59.00)/4 =0.125 cm3 / g (5) q = (VHe- VHg) / (V-VHg) = (

16、59.50-59. 00)/ (60.00-59.00) = 0.5 六、選擇題1關(guān)于催化劑描述不正確的是 ( ) A催化劑量與化學(xué)計(jì)量方程式無關(guān)B反應(yīng)速度通常與催化劑量成正比C加速反應(yīng)但不參加反應(yīng)者也是催化劑D參加反應(yīng)后催化劑會(huì)有變化但很微小2.g-Al2O3是( )A酸性載體B兩性載體C中性載體D堿性載體3.正丁烯異構(gòu)為異丁烯選用的催化劑是( )A過渡金屬催化劑B過渡金屬氧化物催化劑C酸性催化劑D堿性氧化物催化劑4.工業(yè)上用于空氣氧化乙烯制環(huán)氧乙烷的Ag/a-Al2O3催化劑中Ag和a-Al2O3分別作為( )A主催化劑和助催化劑B主催化劑和載體C載體和主催化劑 D助催化劑和主催化劑5.合

17、成氨催化劑Fe-K2O-Al2O3中對(duì)各組分作用描述正確的是( ) AFe是主催化劑，K2O是電子助催化劑，Al2O3是結(jié)構(gòu)助催化劑BFe與K2O是主催化劑， Al2O3是結(jié)構(gòu)助催化劑CFe是主催化劑，K2O是結(jié)構(gòu)助催化劑，Al2O3是電子助催化劑DK2O是主催化劑，F(xiàn)e是電子助催化劑，Al2O3是結(jié)構(gòu)助催化劑6. Pt/Al2O3重整催化劑中各組分所起的催化作用是( )APt起脫氫催化作用，Al2O3起酸催化與載體作用BPt起氧化催化作用，Al2O3起酸催化與載體作用CPt起脫氫催化作用，Al2O3只作為載體而沒有催化作用DPt起脫氫催化作用，Al2O3只起酸催化作用7.苯加氫變環(huán)己烷反應(yīng)所

18、使用的催化劑是 ( )AAl2O3BV2O5 CNi/Al2O3DCuO8.MgO載體是( )A酸性載體B兩性載體C中性載體D堿性載體9.下列選項(xiàng)中關(guān)于物理吸附的描述正確的是：（ ）A物理吸附前后分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 B. 物理吸附涉及的是價(jià)鍵力C. 物理吸附熱一般較小 D. 物理吸附總是吸熱的。10.載體不可用于 ( ) A改進(jìn)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度 B改變由于溫度變化引起的各種應(yīng)力的能力C改變由于溫度相變引起的各種應(yīng)力的能力 D改變催化劑的活性組分11.關(guān)于吸附描述不正確的是 ( )A在不同溫度下，可能不同的化學(xué)吸附機(jī)理占優(yōu)勢(shì)B盡管溫度不同，吸附層的活動(dòng)性相同C吸附根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)的作用力不同可分

19、為化學(xué)吸附和物理吸附D催化與化學(xué)吸附直接相關(guān)12.對(duì)氮?dú)庥谢瘜W(xué)吸附作用的金屬是( )AAgBNaCMnDFe13.在過渡金屬中，下列哪種物質(zhì)的化學(xué)吸附最弱( )A乙烷B乙烯C乙炔D苯14. 下列選項(xiàng)中不屬于影響CO不同吸附態(tài)因素的是（ ）A 金屬的類別 B遮蓋率 C 溫度和壓力 D 濃度15. 下述方法不是將氧化物分散于大表面積載體的方法：（ ）A 沉淀 B 干燥 C 離子交換 D浸漬16. 孔半徑范圍在1.515nm的孔現(xiàn)在稱為（ ）A 微孔 B中間孔 C中大孔 D大孔17.根椐吸附與催化的“火山形原理”，下列說法哪一種是正確的( ) A吸附越強(qiáng)，反應(yīng)活性越好B吸附越弱，反應(yīng)活性越好C中等吸

20、附強(qiáng)度，反應(yīng)活性最好D中等吸附強(qiáng)度，反應(yīng)活性最差18.下列哪一種物質(zhì)最不易被過渡金屬活化( )A甲烷B乙烯C乙炔D苯19.下列催化劑制備方法中，只能制備低含量金屬負(fù)載型催化劑的是( ) A沉淀法B機(jī)械混合法C離子交換法D浸漬法20. BET方程式的導(dǎo)出是基于( )A化學(xué)吸附的多分子層理論，借用Langmuir的理想表面吸附模型推導(dǎo)出來的B物理吸附的多分子層理論，借用Langmuir的理想表面吸附模型推導(dǎo)出來的C物理吸附的單分子層理論，借用Langmuir的理想表面吸附模型推導(dǎo)出來的D物理吸附的多分子層理論，借用Freundlich的非理想表面吸附模型推導(dǎo)出來的21.在g-Al2O3中加入少量S

21、iO2或者ZrO2的目的是( )A增加g-Al2O3比表面B降低g-Al2O3的比表面C增加g-Al2O3的熱穩(wěn)定性D降低g-Al2O3的熱穩(wěn)定性22.乙烯氧化制環(huán)氧乙烷所用銀催化劑的適宜載體是( )Ag-Al2O3BSiO2CSiO2-Al2O3Da-Al2O323.在Pt-Re/ g-Al2O3重整催化劑中( )APt為助催化劑，Re為主催化劑， g-Al2O3作載體；BPt為主催化劑，Re為助催化劑， g-Al2O3作載體；CPt和Re均為主催化劑， g-Al2O3作載體；DPt和Re均為主催化劑， g-Al2O3作助催化劑24.下列選項(xiàng)中關(guān)于物理吸附描述正確的是( )A物理吸附前后分子

22、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化B物理吸附涉及的是價(jià)鍵力C物理吸附熱一般較小D物理吸附總是吸熱的25.下列哪種金屬不與O2發(fā)生化學(xué)吸附( )APtBNiCAuDAg26.兩種反應(yīng)物參加的多相催化反應(yīng)中( )A兩種反應(yīng)物都必須發(fā)生化學(xué)吸咐B至少一種反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)吸附C至少一種反應(yīng)物發(fā)生物理吸附D以上都可以27.在大多數(shù)金屬上最容易發(fā)生化學(xué)吸附的是( )A氮?dú)釨氫氣C氧氣D二氧化碳28.在催化劑的煅燒過程中，下列哪種說法不正確( )A失去化學(xué)鍵合的水或二氧化碳B不改變孔徑分布C形成活性相D穩(wěn)定機(jī)械性質(zhì)29.催化裂化過程中，造成分子篩催化劑失活的主要原因是( )A活性組分的流失 B催化劑晶相結(jié)構(gòu)受到大的破壞C催化劑顆粒破裂 D催化劑酸中心上發(fā)生嚴(yán)重積炭30.合成氨反應(yīng)混合氣中，水蒸汽與硫化氫會(huì)使鐵催化劑的中毒，其中( ) A水蒸汽是可逆中毒，硫化氫是不可逆中毒B水蒸汽是不可逆中毒，硫化氫是可逆中毒C兩者皆為可逆中毒D兩者皆為不可逆中毒31.下列哪一種物質(zhì)在過渡金屬上的化學(xué)吸附最強(qiáng)( )A炔烴B直鏈烷烴C烯烴D環(huán)烷