工业催化复习问答题

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1、1 -什么是 催化剂？根据IUPAC于1981年提出的定义，催化剂）是一种物 质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化2. 催化作用的四个基本特征是什么？催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应； 催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数），且催化剂 可同时加速正逆反应；催化剂对反应具有选择性，当反应有一个以上生成多种产物的方向时，催化剂仅加速其中的一种。催化剂由正常运转到 更换所延续时间（寿命）。3. 什么是助催化剂？分为哪几种？催化剂中加入的另一种或者多种物质，本身不具活性或活性很小的物质，但能改变催 化剂的部分性质，

2、如化学组成、离子价态、酸碱性、表面结构、晶粒大小等，从而使 催化剂的活性、选择性、抗毒性或稳定性得以改善。结构型和电子型两类4. 请说明理想的催化剂载体应具备的条件。具有能适合反应过程的形状和大小；有足够的机械强度，能经受反应过程中机械或热的冲击；有足够的抗拉强度，以抵抗催化剂使用过程中逐渐沉积 在细孔 里的副反应产物（如积碳）或污物而引起的破裂作用；有足够的比表面，合适的孔结构和吸水率，以便在其表面能均匀地负载活性组分和助催化齐U，满足 催化反应的需要；有足够的稳定性以抵抗活性组分、反应物及产物的化学侵蚀，并能经受催化剂的再生处理；能耐热，并具有合适的导热系数；不含可使催化剂中毒或副反应增加

3、的物质；原料易得，制备方便，在制备载体以及制备成催化剂时不会造成环境污染；能与活性组分发生有益的化学作用；能阻止催化剂失活5多相催化反应的一般步骤？物理过程和化学过程分别是哪几步？反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。反应物分子在催化剂内表面上吸 附。吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进 行化学反应。 反应产物自催化剂内表面脱附。反应产物在孔内扩散到反应气流中去扩散为 物理过程；为化学过程6物理吸附与化学吸附的特点？物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小(8 20kJ/mol),接近于气体的液化热，且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生，吸附稳定性不高，吸附 与

4、解吸速率都很快，可单分子层或多分子层吸附，不需要活化能。化学吸附与一般的化学反应相似，是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学 的传统定律，具有选择性特征，吸附热大(40800kJ/mol)，吸附很稳定，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附更是如此，吸附是单分子层的，具有饱和 性。7. 如何推导简单的Langmiur吸附等温式？以及重要的假设是什么？两个重要假设：(1)吸附是单分子层的；(2)固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用8. C0分子的化学吸附都有哪几种可能的吸附态？为什么会存在多种吸附态？吸附态：直线型、桥型、多重型、挛生型CO分子的化学吸附，既有。电子参加，又有孤对

5、电子参加，所以它可以有多种吸附 态；可以线形吸附在金属表面，也可以桥式与表面上的两个金属原子桥联，在足够高 的温度下，还可以解离成碳原子和氧原子吸附。9. ZnO和NiO在受热分别会变成什么类型的半导体？为什么？ZnO受热变成n-型半导体。ZnO受热失去氧，阳离子氧化数降低，直至变成原子 态。导电是靠与Zn结合的带负电的电子。NiO受热变成p-型半导体。NiO受热获得氧，阳离子的氧化数升高，导致晶格中O2- 增加，从而产生正离子的缺位，称作正空穴。半导体依靠正空穴传递而导电。10. 布朗斯特(Br?nsted)酸、碱和路易斯(Lewis)酸、碱的定义是什么？B酸：能够给出质子的都是酸。B碱：能

6、够接受质子的都是碱。L酸：能够接受电子对的都是酸。L碱：能够给出电子对的都是碱。11. 什么是B酸强度和L酸强度？B酸强度，是指给出质子的能力；L酸强度是指接受电子对的能力。12. 为什么TiO2占主要组分的TiO2-SiO2和SiO2占主要组分的SiO2-TiO2都是 酸性催化剂？SiO2-TiO2复合氧化物中，TiO2为主要成分时，正电荷过剩时，为L酸；SiO2为主要成分时，负电荷过剩，为B酸。13. 什么是超强酸？固体酸的强度若超过100%硫酸的强度，则称之为超强酸。（因为100%硫酸的酸强度用Hammett酸强度函数表示时为H0二11.9，故固体酸强度H0 - 11.9者谓之固体超强酸

7、或超酸。）14. 什么是分子筛？其化学组如何表示？分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水，加 热时可汽化除去，故又称沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的称 为分子筛。它 们的化学组成可表示为Mx/n （A102） x ? （SiO2） y ?ZH2O15. 分子筛的结构构型三种层次是什么？基本结构单元是硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4）。硅氧四面体 和 铝氧四面体可通过氧原子（氧桥）联结起来形成环。由四个四面体形成一个环就 叫四元氧环。以此匕类推有五元氧环、六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元 氧环 等。窗口氧环的孔口对通过的分子起筛分作用。 各种

8、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。16. 分子筛择形催化有哪几种形式？反应物择形催化（当反应混合物中某些能反应的分子因太大而不能扩散进入催化 剂孔腔内，只有那些直径小于内孔径的分子才能进入内孔，在催化活性 部分进行反 应。）产物的择形催化（当产物混合物中某些分子太大，难于从分子筛催化剂的内孔窗口 扩散出来，就形成了产物的择形选择性。）过渡态限制的选择性（有些反应，其反应物分子和产物分子都不受催化剂窗口孔径 扩散的限制，只是由于需要内孔或笼腔有较大的空间，才能形成相应的过渡态，不然 就受到限制使该反应无法进行；相反

9、，有些反应只需要较小空间的过渡态就不受这种 限制，这就构成了限制过渡态的择形催化。）分子交通控制的择形催化（在具有两种不同形状和大小和孔道分子筛中，反 应物分 子可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位，进行催化反 应，而产物分子 则从另一孔道扩散出去，尽可能地减少逆扩散，从而增加反应速率。这种分子交通控 制的催化反应，是一种特殊形式的择形选择性，称分子交通控制择形催化。）17. 金属催化剂包括哪几种类型？块状催化剂（如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等）。分散或者负载型的金属催化剂（如Pt-Re/Al2O3重整催化剂，Ni/Al2O3加氢催化剂 等）。 金属互化物催化剂（如LaNi

10、5可催化合成气转化为烃）。合金催化剂（如Cu-Ni合金加氢催化剂）。金属簇状物催化剂（如烯烃氢醛化制羰基化合物的多核Fe3 （CO） 12催化剂）18. 什么是金属晶体的费米（Fermi）能级？电子占用的最高能级称为费米（Fermi）能级（金属的费米能级）19. 金属价键模型中的d特性百分数是什么意思？用什么符号表示？杂化轨道中d原子轨道所占的百分数称为d特性百分数，用符号d%表示。20. 什么是溢流现象？其发生的条件是什么？所谓溢流现象，是指固体催化剂表面的 活性中心（原有的活性中心）经吸附产生出一种离子或者自由基的活性物种，它 们迁移到别的活性中心处（次级活性中心）的现象。条件：溢流物种发

11、生的主源；接受新物种的受体，它是次级活性中心。21. 造成催化反应结构非敏感性的原因有哪几种？表面的细微结构掩盖了，造成结构非敏感。这种原因称之为表面再构。活性组分晶粒分散度低的（扁平的面）较之高的（顶与棱）更活泼。活性部位不是位于表面上的金属原子，而是金属原子与基质相互作用形成的金属烷基物 种。22. 双金属系中作为合金催化剂主要有哪几类？第一类为第VIII族和旧族元素所组成的双金属系，如Ni-Cu、Pd-Au等；第二类为两种第旧族元素所组成的，如Au-Ag、Cu-Au等；第三类为两种第VIII族元素所组成的，如Pt-Ir、Pt-Fe等。23. 半导体主要分为哪几类？本征半导体、n型半导体和

12、p型半导体。24. 氧化物表面M=0键的成键方式有哪几种？金属Co的eg轨道（即dx2-y2与dz2）与02的孤对电子形成c键；金属Co的eg轨道与02的n分子轨道形成c键；金属Co的t2g轨道（dxy，dxz，dyz）与02的n *分子轨道形成n键。25. 请说明正常的尖晶石结构？正常的尖晶石结构，A原子占据正四面体位，B原子占据正八面体位。26. 什么是络合催化剂？络合催化的重要特征是什么？络合催化剂，是指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并且使之在配位空间进 行催化的过程。重要特征：是在反应过程中催化剂活性中心与反应体系，始终保持着化学结合（配位 络合）。能够通过在配位空间内的空间效

13、应和电子因素以及其他因素对其 过程、速 率和产物分布等，起选择性调变作用。27. CO是如何配位活化的？通过c -n键配位活化。经c -n键合相互作用后，总的结果可以看成为配位体 的孤对 电子，c,冗电子（基态）通过金属向配位体自身空n *轨道跃迁（激发 态），分子 得到活化。28. 什么是三效催化剂？三效催化剂普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属做活性组分，各组分间有相互协同作用，总 体起催化促进作用。在操作条件下可同时将尾气中的CO HC NOx净化处理，达到环保要求的限制标）隹，其构成主要由载体涂层和活性组分所组成，置于汽 车尾气催化转化器中。29. 什么是燃料电池？燃料电池是一种能源转化系统

14、，是将燃料的化学能连续不断的直接转化成电能的电化 学装置，又称为电化学发电器。30. 酶催化有什么特点？酶催化效率极高，是非酶催化的106 1019倍。生物酶催化具有高度的专一 性：绝对专一性和相对专一性。一种酶只能催化一种底物进行一种反应，称为绝对专 一性；一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反 应，称为相对专一 性。酶催化的条件较温和，可在常温常压和酸碱度（pH值为5 8，一般在7左右）下进行，可以减少不必要的副反应，如分解、异构、消 旋、重排等。31. 沉淀法制备催化剂的基本原理和一般步骤是什么？沉淀法的基本原理是在含金属盐类的水溶液中，加进沉淀剂，以便生成水合氧化物、 碳

15、酸盐的结晶或凝胶。将生成的沉淀物分离、洗涤、干燥、焙烧、成型后，即得催化 剂。32. 如何选择沉淀剂？尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂。常用的有NH3 NH3H2OC02 CO （NH2） 2 （NH4） 2CO3形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。盐类沉淀剂 原则上可以形成晶形沉淀，而碱类沉淀剂都会生成非晶形沉淀； 沉淀剂 的溶解度要大一些；形成的沉淀的溶解度要小，沉淀较完全； 沉淀剂不应造成环境污染。33. 晶形沉淀的形成条件是什么？开始沉淀时，沉淀剂在不断搅拌下均匀而缓慢的加入，以免发生局部过浓同 时也能 维持一定的过饱和度。沉淀应在适当稀的热溶液中进行。沉淀完毕待老化冷却后过 滤洗涤

16、；沉淀应放置老化。沉淀在其形成之后发生的一切不可逆变化称之为老化。这 些变化 主要是结构变化和组成变化。老化过程中，细小晶体会溶解并沉积在粗晶体上，从而 可以得到颗粒大小较为均匀的粗晶体，同时也导致孔隙结构和表面积的变化。还可以 去除杂质。此外刚形成的沉淀不一定具有稳定的结构，还 应放置一段时间。34. 焙烧在催化剂制备过程中的作用是什么？通过热分解除去水和挥发性物质，使催化剂转换成所需的化学成分和化学形态；（2）借助固态反应、互溶和再结晶获得一定的晶型、孔径和比表面积等；使微晶 烧结，提高机械强度，获得较大孔隙率。35. 什么是催化剂的活化？其目的是什么？催化剂在制备好以后，往往还要活化；需

17、较高温度的热处理，就是焙烧或在进一步还 原、氧化、硫化、羟基化等处理使催化剂转变为活泼态。使钝态催化剂转变为活泼态 催化剂的过程就是催化剂的活化。活化的目的在于使催化剂，特别是催化剂表面形成催化反应所需要的活性结构。36. 浸渍法的优点是什么？可用已成型的载体（如氧化铝，氧化硅，活性炭，浮石，活性白土等）负载组份利用率高，用量少（如贵金属）37. 大多数固体催化剂由哪三部分组成？活性组分、助剂和载体。38. 催化剂设计参数的四要素是什么？活性、选择性、稳定性/寿命、再生性。39. 对许多涉及氧的反应，氧化物催化剂的活性顺序为？p型半导体氧化物最活泼，绝缘体次之，n型半导体氧化物最差。40. 载

18、体为什么能延长催化剂的寿命？提高耐热性：一般用耐火材料作为载体。烧结：一定温度下活性组分颗粒接触面上 的原子或分子会发生作用，使粒子增大。金属在载体上的分散提高了金属烧结的温 度。提高耐毒性：使活性组分高分散；载体可以吸附部分毒物，甚至可以分解部分 毒物。提高传热系数：可以防止催化剂床层的过热而导致催化剂活性下降。催化 剂活性组分的稳定化：降低某些易升华活性组分如MoO3、Re2O7、P2O5、Te的 损失，延长催化剂的寿命。41, 什么是空速、堆密度和比孔体积（孔容）？停留时间的倒数称为空速；气体空 速按反应物气体流量速率计算；液体空速按 液体流量速率计算；重量空速按反应物质 量流速除以催化

19、剂重量所得比值计算；空速可以用作催化剂活性的指示；体积进料速 率，通常基于标准状态或反应器入口条件进行计算。堆密度p堆:用量筒测量催化剂体积V堆=V隙+V孔+V真比孔体积（孔容）：每克催化剂颗粒内所有孔的体积总和；42, 如何消除外扩散限制？为了消除外扩散对反应的影响而降低粒径时，会导致温度差升高。同样温度差随反 应器直径的增大而迅速升高，所以需要确定适宜的催化剂粒径和反应管直径。应用 流动法测定催化剂的活性时，为了避免外扩散的影响，应当使气流处于湍流条件，因 为层流会影响外扩散速率。43, 什么情况下可以认为已经消除了内扩散的影响？当催化剂活性与催化剂粒径大小无关时，可以认为已经消除了内扩散

20、的影响。44, 对催化剂抗毒性进行评价的方法有哪几种？在原料中加入毒物使催化剂中毒后改用纯净原料，检测催化剂能否恢复活性和选择 性；维持一定活性和选择性，逐渐提禺毒物量；中毒催化剂再生后，检测活性和选择性的恢复程度45, 影响催化剂寿命的因素有哪几种？（1）催化剂热稳定性的影响（催化剂在一定温度下，特别是高温下发生焰融和 烧结， 固相间的化学反应、相变、相分离等导致催化剂活性下降甚至失活。）（2）催化剂化学稳定性的影响（在实际反应条件下，催化剂活性组分可能发生流失、 或活性组分的结构发生变化从而导致活性下降和失活。）（3）催化剂中毒或被污染（催化剂发生结焦积炭污染或中毒。）（4）催化剂力学性能的影响（催化剂发生破碎、磨损，造成催化剂床层压力降增大、 传质差等，影响了最终效果。）