工業(yè)催化復(fù)習(xí)資料-問答題

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？⑴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)上無法進(jìn)行的反應(yīng)；⑵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)；⑶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。⑷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、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)說明理想的催化劑載體應(yīng)具備的條件。⑴具有能適合反應(yīng)過程的形狀和大小；⑵有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受反應(yīng)過程中機(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；⑶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；⑷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；⑸能耐熱，并具有合適的導(dǎo)熱系數(shù)；⑹不含可使催化劑中毒或副反應(yīng)增加的物質(zhì)；⑺原料易得，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；⑻能與活性組分發(fā)生有益的化學(xué)作用；⑼能阻止催化劑失活5多相催化反應(yīng)的一般步驟？物理過程和化學(xué)過程分別是哪幾步？⑴反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散。⑵反應(yīng)物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附。⑶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)。⑷反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑內(nèi)表面脫附。⑸反應(yīng)產(chǎn)物在孔內(nèi)擴(kuò)散到反應(yīng)氣流中去⑴⑸擴(kuò)散為物理過程；⑵⑶⑷為化學(xué)過程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(8～20kJ/mol)，接近于氣體的液化熱，且是可逆的，無選擇性，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，可單分子層或多分子層吸附，不需要活化能。化學(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(40～800kJ/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π電子參加，又有孤對(duì)電子參加，所以它可以有多種吸附態(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(Br?nsted)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。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)，正電荷過剩時(shí)，為L(zhǎng)酸；SiO2為主要成分時(shí)，負(fù)電荷過剩，為B酸。13.什么是超強(qiáng)酸?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？⑴盡可能使用易分解并含易揮發(fā)成分的沉淀劑。常用的有NH3、NH3?H2O、CO2、CO(NH2)2、(NH4)2CO3⑵形成的沉淀物必須便于過濾和洗滌。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；⑶沉淀劑的溶解度要大一些；⑷形成的沉淀的溶解度要小，沉淀較完全；⑸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？⑴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)生局部過濃同時(shí)也能維持一定的過飽和度。沉淀應(yīng)在適當(dāng)稀的熱溶液中進(jìn)行。沉淀完畢待老化、冷卻后過濾洗滌；⑵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程中的作用是什么？⑴通過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)；⑵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；⑶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)催化劑的過程就是催化劑的活化?；罨哪康脑谟谑勾呋瘎?，特別是催化劑表面形成催化反應(yīng)所需要的活性結(jié)構(gòu)。36.浸漬法的優(yōu)點(diǎn)是什么？⑴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）⑵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？⑴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。⑵提高耐毒性：使活性組分高分散；載體可以吸附部分毒物，甚至可以分解部分毒物。⑶提高傳熱系數(shù)：可以防止催化劑床層的過熱而導(dǎo)致催化劑活性下降。⑷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ρ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？⑴為了消除外擴(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。⑵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？⑴在原料中加入毒物使催化劑中毒后改用純凈原料，檢測(cè)催化劑能否恢復(fù)活性和選擇性；⑵維持一定活性和選擇性，逐漸提高毒物量；⑶中毒催化劑再生后，檢測(cè)活性和選擇性的恢復(fù)程度45.影響催化劑壽命的因素有哪幾種？(1)催化劑熱穩(wěn)定性的影響（催化劑在一定溫度下，特別是高溫下發(fā)生熔融和燒結(jié)，固