工業(yè)催化期末復(fù)習(xí)題

1、第二章 催化作用與催化劑電子型助催化劑的作用：改變主催化劑的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)催化活性及選擇性。金屬的催化活性與其表面電子授受能力有關(guān)。具有空余成鍵軌道的金屬，對電子有強(qiáng)的吸引力，吸附能力的強(qiáng)弱是與催化活性緊密相聯(lián)的在合成氨用的鐵催化劑中，由于Fe是過渡元素，有空的d軌道可以接受電子，故在Fe-Al2O3中加入K2O后，后者起電子授體作用，把電子傳給Fe，使Fe原子的電子密度增加，提高其活性，K2O是電子型的助催化劑第三章 吸附與多相催化1簡述多相催化反應(yīng)的步驟包括五個連續(xù)的步驟。(1)反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散；(2)反應(yīng)物分子在催化劑表面上吸附；(3) 被吸附的反應(yīng)物分子在催化劑

2、表面上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑表面脫附；(5)反應(yīng)產(chǎn)物離開催化劑表面向催化劑周圍的介質(zhì)擴(kuò)散。上述步驟中的第(1)和(5)為反應(yīng)物、產(chǎn)物的擴(kuò)散過程。屬于傳質(zhì)過程。第(2)、(3)、(4)步均屬于在表面進(jìn)行的化學(xué)過程，與催化劑的表面結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)條件有關(guān)，也叫做化學(xué)動力學(xué)過程2外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散的區(qū)別外擴(kuò)散：反應(yīng)物分子從流體體相通過吸附在氣、固邊界層的靜止氣膜（或液膜）達(dá)到顆粒外表面，或者產(chǎn)物分子從顆粒外表面通過靜止層進(jìn)入流體體相的過程，稱為外擴(kuò)散過程。內(nèi)擴(kuò)散：反應(yīng)物分子從顆粒外表面擴(kuò)散進(jìn)入到顆?？紫秲?nèi)部，或者產(chǎn)物分子從孔隙內(nèi)部擴(kuò)散到顆粒外表面的過程，稱為內(nèi)擴(kuò)散過

3、程。 為充分發(fā)揮催化劑作用，應(yīng)盡量消除擴(kuò)散過程的影響外擴(kuò)散 阻力：氣固（或液固）邊界的靜止層。 消除方法： 提高空速內(nèi)擴(kuò)散 阻力：催化劑顆粒孔隙內(nèi)徑和長度. 消除方法：減小催化劑顆粒大小，增大催化劑孔隙直徑3解離吸附的Langmuir等溫式的推導(dǎo)過程4物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別物理吸附是表面質(zhì)點和吸附分子之間的分子力而引起的。具體地是由永久偶極、誘導(dǎo)偶極、色散力等三種范德華引力。物理吸附就好像蒸汽的液化，只是液化發(fā)生在固體表面上罷了。分子在發(fā)生物理吸附后分子沒有發(fā)生顯著變化。化學(xué)吸附是在催化劑表面質(zhì)點吸附分子間的化學(xué)作用力而引起的，如同化學(xué)反應(yīng)一樣，而兩者之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移并形成離子型，共價型，自

4、由基型，絡(luò)合型等新的化學(xué)鍵。吸附分子往往會解離成原子、基團(tuán)或離子。這種吸附粒子具有比原來的分子較強(qiáng)的化學(xué)吸附能力。因此化學(xué)吸附是多相催化反應(yīng)過程不可缺少的基本因素。物理吸附與化學(xué)吸附區(qū)別 物理吸附 化學(xué)吸附吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力吸附層 單層或多層 單層選擇性 無 有熱效應(yīng) 較小，近于液化熱 較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱吸附速度較快，不需活化能 較慢，溫度升高速度加快，需活化能第四章 11通用酸堿定義.凡是能給出質(zhì)子或者接受電子對的物質(zhì)稱為酸(B酸或L酸).凡是能接受質(zhì)子或者給出電子對的物質(zhì)稱為堿(B堿或L堿)2固體酸類型鑒定方法以及B酸和L酸在IR上特征波數(shù)范圍（1） NH3為探針分子鑒別NH3吸

5、附在L酸中心時，是氮的孤對電子配位到L酸中心上形成的，其紅外光譜類似于金屬離子同NH3的配位絡(luò)合物，吸附峰在3300 cm-1及1640 cm-1 處， ；NH3吸附在B酸中心上，接受質(zhì)子形成NH4，吸收峰在3120 cm-1，及1450 cm-1處。NH3吸附在L酸中心上強(qiáng)度是B酸中心上強(qiáng)度的4倍。（2）吡啶做探針的紅外光譜法吡啶吸附在L酸中心上形成配位絡(luò)合物，特征吸收峰在14471610 cm -1（1450/1490/1610cm1）處。 吡啶吸附在B酸中心上形成吡啶離子，其紅外特征吸收峰之一在 l540 1550 cm-1 附近（l540 ）4 TPD測定酸強(qiáng)度的原理程序升溫脫附法（T

6、PD）：將預(yù)先吸附了某種堿（吸附質(zhì)）的固體酸（吸附劑或催化劑），在等速升溫且通入穩(wěn)定流速的載氣條件下，表面吸附的堿到了一定的溫度范圍便脫附出來，記錄堿脫附的速率隨溫度的變化，即得TPD曲線。5 Hammett函數(shù)的定義及其物理意義酸強(qiáng)度是指給出質(zhì)子的能力(B酸強(qiáng)度)或者接受電子對的能力(L酸強(qiáng)度)。酸強(qiáng)度表示酸與堿作用的強(qiáng)弱，是一個相對量。用堿性氣體從固體酸脫附的活化能、脫附溫度、堿性指示劑與固體酸作用的顏色等都可以表示酸的強(qiáng)度。通常用酸強(qiáng)度函數(shù)H0表示固體酸強(qiáng)度， H0也稱為Hammett函數(shù)。6以甲基紅（pKa+6.8）做為Hammett指示劑，測定固體酸量，滴定出的是哪類酸？（1）H06

7、.88固體酸類型對催化劑的那個性能影響最大？1）活性（2）選擇性9酸強(qiáng)度對催化劑的那個性能影響最大？（1）活性（2）選擇性10酸量對催化劑的那個性能影響最大？（1）活性（2）選擇性11舉例說明什么是超強(qiáng)酸？一般用什么方法測定超強(qiáng)酸的酸強(qiáng)度？超強(qiáng)酸：酸強(qiáng)度大于100硫酸的固體酸叫超強(qiáng)酸。 即H0-11.9的固體酸超強(qiáng)酸包括鹵素和非鹵素類超強(qiáng)的酸強(qiáng)度測定：Hammett指示劑法和正丁烷骨架異構(gòu)化成異丁烷法12舉例說明產(chǎn)生超強(qiáng)酸的機(jī)理以SO42-促進(jìn)的SO42-/MxOy型固體超強(qiáng)酸的酸中心主要是由于SO42-在表面上的配位吸附，在M-O上的電子云強(qiáng)度偏移，產(chǎn)生L酸中心。而在干燥和焙燒過程中，由于所

8、含的結(jié)構(gòu)水發(fā)生解離吸附而產(chǎn)生了B酸中心。13雜多酸第一層次粒子、第二層次粒子、第三層次粒子之間的關(guān)系Keggin結(jié)構(gòu)的三個層次 （1）第一層次：雜多陰離子 （2）第二層次：雜多陰離子的三維排布、平衡陽離子和結(jié)晶水等 （3）第三層次：離子大小和孔結(jié)構(gòu)等。雜多化合物的第一層次結(jié)構(gòu)對反應(yīng)物分子具有特殊的配位能力，是影響雜多化合物催化活性和選擇性的重要因素。第二層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，易受外界影響發(fā)生變化。第四章 2 1 4A分子篩組成xNa2OAl2O32SiO24.5H2O中x的值為？ Mx/n(AlO2)x (SiO2)yZH2O 式中,M為金屬離子，n為金屬離子的價數(shù)，x為AlO2的分子數(shù)，y為S

9、iO2的分子數(shù)。Z為水的分子數(shù)。 若M的化合價n1，則M的原子數(shù)等于鋁原子數(shù)，如果n2，則M的原于數(shù)只是鋁原子數(shù)的一半。2 什么是分子篩的晶穴、晶孔、孔道？什么是分子篩的主晶穴、主晶孔、主孔道？晶穴：沸石分子篩的各種籠叫做晶穴。主晶穴：沸石中有效體積最大的叫主晶穴.晶孔：晶穴與外部或者晶穴之間互相聯(lián)通的部位.主晶孔：開孔直徑最大的晶孔叫主晶孔.孔道：由晶穴和晶孔構(gòu)成的通道.主孔道：主晶穴和主晶孔構(gòu)成的通道.3 籠、籠是哪類分子篩的主晶穴？籠（方鈉石籠）削角八面體：方鈉石的主晶穴籠：A沸石的主晶穴第4章 51. 研究金屬催化劑的理論方法有哪幾種？研究金屬化學(xué)鍵的理論方法有三種：能帶理論、價鍵理論

10、和配位場理論2. 簡述金屬催化劑能帶模型的要點。金屬中單個原子的能級是分立的，N個相距無限遠(yuǎn)的原子能級也是分立的，當(dāng)固體中N個原子緊密排列時，由于原子間的相互作用，原來同一大小的能級這時彼此數(shù)值上就有小的差異。同一能級就分裂成為一系列和原來能級很接近的仍包含N個能量的新能級。由于N 的數(shù)值很大（1023數(shù)量級）這些新能級基本上連成一片形成能帶。d軌道形成的導(dǎo)帶具有催化作用。3. 簡述金屬催化劑價鍵模型的要點。N個金屬原子相互作用，使d軌道雜化，在雜化軌道中填充電子，當(dāng)d軌道中電子的填充率4050時，催化活性最高。4. 簡述金屬催化劑的配位場模型的要點。催化劑是由中心離子（金屬離子M）和配體L組

11、成，在八面體配位場中，由于配體L的影響，金屬M的5個簡并d軌道發(fā)生分裂，形成能量較高二重簡并軌道eg軌道、能量較高三重簡并軌道t2g軌道。這些軌道的電子云均有方向性，所以反應(yīng)物分子與M的作用就具有選擇性，反應(yīng)物分子優(yōu)先在作用能量較低的方向上形成過度態(tài)化合物5.簡述金屬氧化物催化劑具有催化作用的本質(zhì)。本質(zhì)是氧化物與反應(yīng)物之間可以（1）互相傳遞電子（或空穴），（2）互相傳遞氧原子。傳遞電子的金屬氧化物催化劑可以用半導(dǎo)體模型來描述，例如用于N2O分解為O2和N2的p型半導(dǎo)體NiO催化劑；傳遞O的金屬氧化物催化劑可以用晶格氧置換、表面過剩氧、表面缺陷氧模型來描述。第六到八章1. 名詞解釋 綠色化學(xué) 利

12、用一系列原理來降低和消除在化工產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生 氫經(jīng)濟(jì) 利用氫氣經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后所產(chǎn)生的能量，它不但不會產(chǎn)生廢氣污染環(huán)境而且也可以儲存能量，是目前正在研究大量生產(chǎn)的方法。 E因子=千克廢棄物/千克產(chǎn)物2. WAO,CWAO的概念及其各自特征？WAO：（濕空氣氧化），在一定的溫度壓力下，廢水中的有機(jī)物或無機(jī)物與空氣中的氧發(fā)生的液相反應(yīng)WAO:濕空氣氧化，是處理廢水，尤其是含有毒物和高有機(jī)物廢水的重要技術(shù)。WAO的特征: a.涉及有機(jī)或無機(jī)可氧化組分在高溫加壓條件下的液相氧化,采用氣相氧源（常用空氣）;b.作為清潔氧化劑適用于COD10100g/L體系；c.自成封閉系統(tǒng)；

13、無任何的污染轉(zhuǎn)移；應(yīng)用于高有機(jī)含氮和氨體系可回收機(jī)械能；需要的燃料少。CWAO:（催化濕式氧化法）在高溫、高壓和催化劑存在的條件下，將污水中的有機(jī)污染物和NH3N氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質(zhì)。CWAO:工業(yè)廢液的催化凈化技術(shù)。就是在催化劑參與下的WAO。Cu, Mn, Fe是廣泛應(yīng)用的CWAO催化劑。3. 生物質(zhì)能源的特征？再生性，清潔性，而且是取之不盡的。4. 生物催化反應(yīng)的特征?a.酶的催化效率極高；b.酶催化劑的用量少c.生物酶催化具有高度的專一性，包括絕對專一性和相對專一性（最基本的特征）；d.酶催化的條件溫和第十一章1. 什么是空速、堆密度和比孔體積(孔容)？停留時間的倒

14、數(shù)稱為空速；氣體空速按反應(yīng)物氣體流量速率計算；液體空速按液體流量速率計算；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算；堆密度：用量筒測量催化劑體積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；2. 如何消除外擴(kuò)散限制？應(yīng)用流動法測定催化劑的活性時，為了避免外擴(kuò)散的影響，應(yīng)當(dāng)使氣流處于湍流條件，因為層流會影響外擴(kuò)散速率。3. 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，可以認(rèn)為已經(jīng)消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響。4. 對催化劑抗毒性進(jìn)行評價的方法有哪幾種？通常采用三種方法對催化劑抗毒性進(jìn)行評價：在原料中加入毒物使催化劑中毒后改用純凈原料，

15、檢測催化劑能否恢復(fù)活性和選擇性；維持一定活性和選擇性，逐漸提高毒物量；中毒催化劑再生后，檢測活性和選擇性的恢復(fù)程度5. 影響催化劑壽命的因素有哪幾種？影響催化劑壽命的因素(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)，固相間的化學(xué)反應(yīng)、相變、相分離等導(dǎo)致催化劑活性下降甚至失活。(2) 催化劑化學(xué)穩(wěn)定性的影響 在實際反應(yīng)條件下，催化劑活性組分可能發(fā)生流失、或活性組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而導(dǎo)致活性下降和失活。(3) 催化劑中毒或被污染 催化劑發(fā)生結(jié)焦積炭污染或中毒。(4) 催化劑力學(xué)性能的影響 催化劑發(fā)生破碎、磨損，造成催化劑床層壓力降增大、傳質(zhì)差等，影響了最終效果。6. 簡述工業(yè)催化劑的制備方法？a.沉淀法借助沉淀反應(yīng)，用沉淀劑（如堿類物質(zhì)）將可溶性的催化劑組分轉(zhuǎn)化為難溶化合物，再經(jīng)分離，洗滌，干燥，焙燒，成型等工序制得成品催化劑。用于制備高含量的非貴金屬，金屬氧化物，金屬鹽催化劑或催化劑載體b.浸漬法將再提浸泡在含有活性組分（主.助催化劑組分）的可溶性化合物溶液中，接觸一定的時間后除去過剩的溶液，再經(jīng)干燥，焙燒和活化，即可制得催化劑c.混合法將幾種組分用機(jī)械混合的方法制成多組分催化劑