工业催化答案

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1、1.什么是催化剂？催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。3.催化作用有哪些基本特征a) 催化作用不能改变化学平衡b) 催化作用改变反应历程而改变反应速度c) 催化剂对加速化学反应具有选择性4.催化剂为什么不会改变化学平衡的位置？化学平衡是由热力学决定的， RT1n ，其中 为反应的平衡常数， 是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响 值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。5.催化剂为什么能加快反应速度？催化剂能降低反应的活化能6.按使用条件下的

2、物态催化剂可分为几类，各是什么？酸碱催化剂、非纳米分子筛催化剂、金属催化剂、金属氧化物和硫化物催化剂、络合催化剂，7.催化剂的组成包括哪几部分？各部分功能?活性组分：化学活性助催化剂：对活性组分/载体改性载体：高表面积、孔结构、机械强度8.吸附和催化有什么关系催化的前提是发生吸附，气固相催化反应中，至少有一种反应物要吸附在催化剂的表面上。吸附键的强度要适当，吸附的过强或过弱都不利于下一步化学反应的进行。如果催化剂对反应物吸附过强，往往形成较稳定的表面络合物；吸附过弱，反应物分子活化不够，不利于反应。9.物理吸附与化学吸附有什么区别。物理吸附 化学吸附吸附力 范德华力 化学键力 吸附层 单层或多

3、层 单层选择性 无 有热效应 较小，近于液化热 较大，近于 化学反应热吸附速度 较快，不受温度影响，不需活化能; 较慢，温度升高,速度加快，需要a.物理吸附是表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。具体地是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力。物理吸附就好像蒸汽的液化只是液化发生在固体表面上罢了。分子在发生物理吸附后分子没有发生显著变化。b.化学吸附是在催化剂表面质点吸附分子间的化学作用力而引起的，如同化学反应一样，而两者之间发生电子转移并形成离子型，共价型，自由基型，络合型等新的化学键。吸附分子往往会解离成原子、基团或离子。这种吸附粒子具有比原来的分子较强的化学吸附能力。因此化学吸附

4、是多相催化反应过程不可缺少的基本因素。10.画出物理吸附与化学吸附势能曲线，写出Ea，Ed 与 Qc 之间关系式。13.一定温度下，有A,B,C三种气体在固体表面上发生竞争吸附，在一定T时，当达吸附平衡时，已知其吸附平衡常数分别为kA，kB，kC， ，吸附平衡压力分别为PA，PB，PC， ，试导出 A， B， C，的表达式（教材46页公式）17.常见的固体酸催化剂有哪些，写出描写固体酸催化剂酸性强度的函数表达式。1）常见固体酸催化剂有a.天然黏土类（高岭土，活性白土，天然沸石）b.浸润类（ ， 等液体浸润于载体上（载体为 ，硅藻土）c.阳离子交换树脂 d.活性炭在273K下热处理 e.金属氧化

5、物硫化物( ZnS等) f.金属盐类(MgSO4 BaF2等) g.合成复合氧化物(SiO2-Al2O3,合成分子筛等)2）酸强度表达式 =p +lg 负值越负，酸性越强18. 分子筛的化学组成与结构单元各是什么?常见的分子筛有几种型号，各是什么?1）化学组成沸石分子筛是结晶硅铝酸盐，其化学组成实验式可表示为： Z O式中，M为金属离子，人工合成时通常为Na开始；n为金属离子的价数，x为SiO2的分子数，也可称SiO2/Al2O3的摩尔比，俗称硅铝比；y为H2O分子的分子数。结构单元：a.基本结构单元是硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4）b. 硅氧四面体和铝氧四面体可通过氧原子（氧桥

6、）联结起来形成环。由四个四面体形成一个环就叫四元氧环。以此类推有五元氧环、六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元氧环等c. 各种不同的环通过氧桥相互联接又可形成三维空间的多面体。各种各样的多面体构成中空的笼。笼进一步相互联接形成分子筛。笼是分子筛结构的重要特征。2）常见型号:a. A型分子筛 b. X、Y型分子筛 c. 丝光沸石型分子筛 d. 高硅沸石ZSM型分子筛 e.磷酸铝系分子筛19 .常见的金属催化剂是指的元素周期表中的哪些金属元素，其电子结构特征是什么?1）几乎所有金属催化剂都是过渡金属。一般是d区元素（B、B、B、）2）外层电子排布：最外层1-2个s电子，次层1-10d电子。最外层有

7、1-2个电子，次外层有1-10个d电子，（n-1）d ns有未成对的电子。即使象Cu，Ag，Au等d电子已经完全充满，由于d电子可以跃迁到s轨道上，因此d仍有未充满的电子。通常称为含有未充满或未成对的d电子从而产生化学吸附。20.常见气体在同一金属上化学吸附强弱的顺序如何，气体在金属上吸附强弱与其催化活性有什么关系金属对气体分子化学吸附强度顺序 CO C 2）吸附的过强或过弱都不利于下一步化学反应的进行。吸附过强，往往形成较稳定的表面络合物；吸附过弱，反应物分子活化不够，不利于反应。21.金属氧化物催化剂具有半导性，按半导性可把金属氧化物催化剂分为几种类型的半导体，并叙述各类半导体的特征。纯氧

8、化物掺入杂质后在什么情况下表现为n-型，在什么情况下表现为p-型半导体.1）a. i型本征半导体：不含杂质，具有理想的完整的晶体结构具有电子和空穴两种载流体，例如Si、Ge、PbS、Fe3O4等。费米能级Ef在禁带中间b. n型半导体：含有能供给电子的杂质，此电子输入空带成为自由电子，空带变成导带。此杂质叫施主杂质。费米能级在施主能级和导带能级之间c. p型半导体：含有易于接受电子的杂质，半导体满带中的电子输入杂质中而产生空穴，此杂质叫受主杂质。费米能级在受主能级和禁带能级之间2）加入少量低价离子形成n型半导体；加入少量高价离子 形成p型半导体掺入杂质后，产生的杂质能级（施主能级：杂质能级靠近

9、半导体导带下部）的电子容易激发到氧化物的导带中产生自由电子而导带，则表现为n型；杂质能级（受主能级：杂质能级靠近满带上部）的空穴容易接受氧化物的满带中跃迁的电子使满带产生正电空穴而进行空穴导电，则表现为p型。22 .氧化反应常用具有(p)型半导性的氧化物作为催化剂，加氢反应常用具有(n)型半导性的氧化物作为催化剂。23. 什么是络合催化，按分子轨道理论，说明络合催化的本质（提示，可以Pd2+ 与乙烯C2H4形成 - 键为例图示并说明）.络合催化，是指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并使之在配位空间进行催化的过程。其起催化作用的是由过渡金属元素构成的中心离子或原子，与周围具有孤对电子的配位

10、体组成的络合物。25. 固体催化剂制备包括哪三大步骤？a.原料的选择和配料 b.制备催化剂的母体 c.活化成型26. 制备固体催化剂母体的方法有哪些？a.胶凝 b.沉淀 c.老化、过滤与洗涤 d.浸渍 e.混碾、喷涂、离子交换 f.熔融、沥滤28. 催化剂制备过程中，母体制备好后，为什么要进行煅烧（目的），煅烧过程中会有哪些反应发生？1）煅烧是对催化剂母体在不低于其使用温度下进行的热处理过程。严格控制煅烧温度后，可以获得与良好催化性能密切相关的物相、晶型、晶密度、孔结构、比表面。2)煅烧过程中的反应：热分解；发生固相合成反应；形成固溶体；发生晶型转变；29. 催化剂活化方式有哪几种？活化是将催

11、化剂经化学处理，使其转化为催化反应所需要的活性物相和结构等。根据催化剂和催化反应的不同可以分为还原活化、氧化活化、硫化活化。30. 催化剂反应中，不同反应器与所用的催化剂的形状有什么联系？流化床反应器用微球或粉末催化剂，固体床用颗粒催化剂。31 .催化剂的形状分类及各种形状的成型方法?形状：无定形、球形，圆柱形，条形，片形，蜂窝形，三叶草形，Cat形状方法：压力成型，收缩成型，挤条成型，油中成型，喷雾成型，转动成型32 .催化剂活性组分选择的方法有哪些?周期表模拟，活性样板，主体性质，几何形状，化学性质。33 .催化剂中助剂的作用是什么?改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结

12、构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等，从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命，促进活性组分的功能，也可以促进载体的功能。34. 催化剂中载体的作用是什么?a提供有效的表面和适宜的孔结构 b.增强催化剂的强度，使催化剂具有一定的形状 c.改善催化剂的传导性 d.减少活性组分的含量 e.载体提供附加的活性中心 f.活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用35. 催化剂失活的主要原因?中毒积炭烧结、挥发与剥落粉化流失。36 .金属催化剂的毒物主要有哪些，其结构特征是什么1）酸性催化剂的毒物主要是碱性物，包括碱金属和碱土金属的离子，如Na+,K+,Ca+,Ba+等能置换B酸中心的H+，是B酸

13、位中毒，中毒强弱顺序CsK=BaNaLi，离子半径大的离子毒性强。2）金属催化剂的毒物有硫化物（H2S,COS,CS2和有机硫RSH,RSR），砷化物，重金属杂质等。其有三类：a.含有具有孤对电子结构的V主族（N,P,As,Sb）和主族（O,S,Se,Te）元素的物质 b.有空的s轨道的金属离子如Cu+,Ag+,Cd2+,Hg2+,Ni+ c.不饱和分子CO,C2H2,芳香族化合物。它们的共同特征是具有未配对电子或孤对电子，有很强的络合能力。37. 什么叫积碳？积碳的形态有哪些？原因 ? 防止积碳的方法 ?1）积炭是催化剂在使用过程中，逐渐在表面上沉积一层炭质化合物，减少了可利用的表面积，引起

14、催化剂活性的衰退。2）积炭形态：固态的无定形碳、层状石墨碳、管须状结晶碳、粘稠状液态碳、焦油。3）原因：热裂解催化裂解深度脱氢烯烃聚合。4)防止方法：合金化；添加助剂；其他方法：因反应类型和所用催化剂而异（很多氧化反应，可在反应气中引入水蒸气或同时加入碱性氧化物，可以起到消碳作用）38 .催化剂的再生中烧炭再生的三个步骤是什么?1)除去催化剂中的烃和挥发物，这必须在惰性气氛中进行。2)除去硫和轻质碳，温度250-350。3)除去碳。39.催化剂安全使用的条件是什么 ?采用合理的操作条件：温度、压力、反应物组成与含量、气流速度。40. 催化剂表征的内容和方法内容：1.宏观结构：a、催化剂密度：颗

15、粒密度、骨架密度、堆密度 b、几何形状：圆球、圆柱体、圆环柱体、粉末、微球 c、比表面 d、孔结构: 孔径、孔径分布、孔容、孔隙率宏观性能：机械强度（耐压，耐磨，耐冲击）、比热、导热系数、扩散系数。2.微观结构和性能：催化剂本体及表面的化学组成、物相结构、活性表面、晶粒大小、分散度、价态、酸碱性、氧化还原性、各组分的分布及能量分布。特别是活性中心的组成、结构、配位环境与能量状态。方法：1）低温物理处理技术：N2物理吸附法，压汞法2）经典化学分析方法：酸碱滴定和络合滴定，定性与定量的分析催化剂的元素组成3）电镜技术：透射电镜，扫描电镜，分析电镜，扫描透射电镜，电子探针显微分析，扫描探针显微镜，扫描电声显微镜4）热分析技术：热重分析法 5）程序升温分析技术 6）多晶X射线衍射技术与X荧光分析 7）电子能谱与分子光谱法 8）紫外漫反射光谱技术 9）核磁共振与电子顺磁共振技术 10）原位技术