第一章
1、提高反应速度的手段：
加热的方法、光化学方法、电化学方法、催化方法（既能提高反应速度，又能控制反应方向）
2、什么是催化剂：
催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。
3、转换频率(TOF)是指每个催化活性中心上单位时间内有多少分子被转化。
4、催化剂的四个基本特征
●催化剂只能加速热力学上可以进行的反应（G <0），而不能加速热力学上无
法进行的反应（G >0）。（G是产物与反应物的自由焓之差）
●催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡的位置（平衡常数）。化学平
衡是由热力学决定的G0＝-RT1nKP 。（可以同时加速正逆反应，比如加氢反应也是脱氢反应）
例题：乙苯脱氢制苯乙烯，在600℃常压、乙苯与水蒸汽摩尔比为1：9反应条件下，按平衡常数计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为72.3％，这是平衡产率，是热力学所预示的反应限度。为了尽可能实现此产率，可选择良好催化剂以使反应加速。但在上述反应条件下，要试图用催化剂使苯乙烯产率超过72.3％是不可能的。
●催化剂对反应具有选择性
例题;
寿命
5、催化剂的性能指标：选择性、稳定性、活性
6、催化剂的组成：活性组分、助催化剂、载体
7、助催化剂分类：
A 结构型助催化剂主要是提高活性组分的分散性和热稳定性
B 电子型助催化剂作用是调变催化剂主要活性组分的电子结构、表面性质或晶形结构，从而提高催化剂的活性和选择性。
8、载体的功能：提供有效表面，维持活性组分的高分散性；增强催化剂的机械强度；改善催化剂的热传导性能；减少催化剂活性组分的含量；提供附加的活性中心。
9、溢流现象：一定条件下，在一种固体表面吸附并活化，形成的活性物种（离子或自由基等），不经脱附，向同样条件下不能直接形成该活性物种的另一种固相表面上的迁移。（对催化的四种效应：窗孔、清洗、调控、遥控作用）
10、SMSI（Strong-Metal-Support-Interaction）：排除了烧结，包藏和还原不完全等因素后，金属对氢和一氧化碳化学吸附能力大大下降的状态
SMSI——产生强相互作用原因：金属负载于可还原的金属氧化物载体上，在高温下还原时，被还原的载体将部分电子传递给金属，降低了金属的d空穴，从而降低了化学吸附能力，改变了催化反应能力。
例题：TiO2上时，还原温度对金属的H2和CO化学吸附能力及催化反应能力的规律研究表明：低温(200℃)氢还原的催化剂，吸附H2及CO的能力较高温(500℃)还原的催化剂高。即在高温下还原，降低了金属的化学吸附和改变了催化反应能力。
10、活性的几种表示方法：A转化率、B反应速率（催化剂的重量和表面积——rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt)[mol·h-1·m-2] rw= (1/w)·(dNA/dt) =(1/w)·(dNB/dt)[mol·h-1·g-1]）、C比活性（定义：对于固体催化剂，与催化剂单位表面积相对应的活性称为比活性（α）α=k/S k--催化反应速度常数；
S---活性比表面积。催化剂的比活性只取决于催化剂的化学组成与结构，而与其表面大小无关。催化研究中常采用比活性来评选催化剂）D转换频率E时空产率11、稳定性：稳定性—是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。即：化学稳定性、热稳定性和机械稳定性；催化剂失活大概原因有4个：（1）中毒；（2）积炭；（3）原子迁移而导致活性表面减少；（4）失去活性物种。
12、催化剂选择性：选择性—是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。工业催化剂，注重选择性的要求，有时要超过对活性的要求。S(选择性)=（转化成目的产物的指定反应物的量/已转化的指定反应物的量）×100%
13、规定转化率所需的温度表示活性：压力、原料气浓度、空速和停留时间等条件都必须相同
15、催化剂加速反应速率
例题：对于N2+3H2=2NH3反应，无催化剂存在时，在500oC、常压条件下，反应活化能高，~334 kJ/mol 。此条件下，反应速度极慢，察觉不到氨的生成
第二章
1、多相催化反应包括五个连续的步骤。
(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；
(2)反应物分子在催化剂表面上吸附；
(3)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；
(4)反应产物自催化剂内表面脱附；
(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
上述步骤中的第(1)和(5)为反应物、产物的扩散过程。(2)、(3) 、(4)三步属于表面进行的化学过程。
2、外扩：从流体层经过滞流层向催化剂表面的扩散，或其反向的扩散。
外散速率的大小及影响因素：与流体流速、催化剂颗粒、介质的密度、黏度等有关，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。改变粒度的实验常用于实验室排除内扩散的判据。消除内扩散控制的方法：减小催化剂的粒径，或者增大催化剂的孔径。
内扩散：从颗粒外表面向内孔道的扩散，或其反向的扩散。
3、“扩散控制”——如果反应物向活性表面扩散速度比较小，致使测定的反应速度低于快速扩散时所能达到的速度。
外扩散控制的判断及消除：做两个试验，让两个反应器中催化剂体积装量(V)不同，其中一个反应器中催化剂体积装量是另一个反应器中催化剂体积装量的两倍，其它条件相同，用不同气流速度(F)进行反应，测定随气流速度变化的转化率。当以转化率对(V/F)作图
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。
内扩散控制的判断及消除：反应在内扩散区进行时，可观察到现象：
在催化剂量不变的情况下，改变催化剂的粒度，随粒度变小，表观反应速率明显增加，转化率明显增加。改变粒度的实验常用于实验室排除内扩散的判据。
消除内扩散控制的方法：减小催化剂的粒径，或者增大催化剂的孔径。
3、催化剂的效率因子
将测定的反应速率与无扩散控制的本征的反应速率之比定义为“效率因子（&i)。
影响——i的因素就是影响反应速率和选择性的因素。催化剂颗粒越大，内扩散限制越大。本征反应速率较大时，i就会变小。
4、等温吸附线：对于给定的体系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附量与压力的关系称为吸附等温式或称吸附平衡式，绘制的曲线称为吸附等温线。
在给定的温度（T）下，吸附量（V）随压力（p）变化；当达到吸附饱和时，V=Vm，它与p无关。此Vm值对应于单分子饱和吸附层的形成。
5、表面反应与化学吸附的关系：化学吸附的表面物种，在二维的吸附层中，只要温度足够高，就成为化学活性物种，在固体表面迁移。当化学吸附的活性物种在表面接触时，当表面的几何构型和能量适宜时，就会进行表面化学反应。
表面反应的进行，要求表面活化物种的化学吸附强度不宜过强,也不能过弱，要适当。吸附太强，形成较稳定表面络合物，不利于表面活化物种的表面迁移、接触；吸附太弱，则会在进行反应之前脱附流失。
6、Langmuir等温方程的几点假设
A、表面是均一的，各吸附中心的能量同构；
B、不考虑吸附粒子间的相互作用；
C、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，吸附是单分子层的。
Langmuir吸附等温线：
解离吸附分子在表面上的覆盖分率与分压的平方根成正比，这一结论可用于判断所进行的吸附是否发生了解离吸附。
7、BET ：(a) 吸附是多层的 (b) 表面是均匀，吸附分子之间没有相互作用 (c)第一层以上的吸附热相同并与吸附气体的凝聚热相等
8、相对压力（ P/Po ）一般控制在0.05~0.35之间。相对压力太低，建立不起多分子层物理吸附；相对压力过高，容易发生毛细凝聚，使结果偏高。
9、金属表面上分子的吸附态：吸附键的类型：共价键、配位键或者离子键。
第三章
1、凡是能给出质子的物质称之为B (Br?nsted)酸
NH 3 十H 3O ＋（ B 酸）＝NH 4＋十H 2O
凡是能接受电子对的物质称之为 L(Lewis)酸
BF 3 （ L 酸）十 ：NH 3 — F 3B ：NH 3
表面酸性测定方法：吡啶吸附红外光谱法，碱性探针分子在固体表面上吸附，碱性分子在B 酸中心吸附形成离子键
2
/1212
/12/11p a p a /+=θ
在L酸中心吸附形成配位键
吡啶
红外光谱可以灵敏、可靠的区分由于吸附形成的离子键和配位键。（吡啶吸附在固体酸表面的B酸中心上形成吡啶离子，其红外特征吸收峰在1540 cm-1 附近处。吡啶吸附在固体酸表面的L酸中心上形成配位键，其红外特征吸收峰在1440~1465 cm -1处区间。）
通常用酸强度函数Ho表示固体酸强度，Ho越小酸强度越强，Ho 越大酸越弱。固体碱的强度：表面给出电子对于吸附酸的能力；或使表面吸附的酸转变为共轭碱的能力。
2、半导体氧化物主要是过渡金属氧化物或稀土氧化物，特点是阳离子有可调变的氧化数。吸附发生时，伴随电子在半导体氧化物表面与吸附质之间的传递
半导体氧化物：电子导电的n型半导体和空穴导电的p型半导体
n型半导体：ZnO, Fe2O3,TiO2, V2O5 ，CrO3 ，CuO等在空气中加热易失去氧的氧化物
p型半导体：NiO, CoO,Cu2O, Cr2O3,PbO等在空气中加热易获得氧的氧化物
3、例题：TiO2-SiO2二元复合氧化物酸性的判断
TiO2-SiO2二元复合氧化物，TiO2是主要成分，SiO2是次要成分。
Ti的价态和配位数分别是+4和6；Si的价态和配位数分别是+4和4。TiO2上氧的配位电荷数为-4/6=（-2/3）（6个氧原子与1个Ti+4配位); SiO2上氧的配位电荷数也是（-2/3），1个Si 与4个O相配位，每个Si-O键上电荷净值为（4/4）-（2/3）=+1/3
整个SiO2上的电荷净值为：4*（+1/3）=+4/3 （正电荷过剩）
TiO2-SiO2混合物表面呈L酸性
第四章
1、分子筛多为结晶硅铝酸盐，其晶胞化学组成式可表示为：M 2/n O*Al2O3*xSiO2*yH2O
式中，M-金属阳离子，如Na+、K+、Ca2+等，合成时通常为Na+。分子筛结构中Si和Al的价数不同，造成电荷不平衡必须由金属阳离子来平衡。n为金属阳离子的价数，若n=1，M的原子数=Al原子数；n=2时，M原子数为Al原子数的一半。x为SiO2的分子数，也可称SiO2/Al2O3的摩尔比，俗称硅铝比；硅铝比是分子筛的一个重要指标，硅铝比不同，分子筛的性质也不同。y为结构中结晶H2O分子数目
2、构成分子筛骨架结构的最基本单元是TO4四面体，TO4四面体通过共享氧原子，按不同方式连接组成多元氧环，硅铝酸盐分子筛中，骨架结构的基本单元是硅氧四面体和铝氧四面体；在磷酸铝分子筛中基本单元是磷氧四面体和铝氧四面体
3、丝光沸石具有层状结构，没有笼；X和Y型分子筛的结构单元与A型分子筛相同，也是8个笼，只是排列方式不同
第五章
1、择形催化——分子筛结构中有均匀的内孔，当反应物和产物的分子大小与晶内孔径相接近时，催化反应的选择性取决于分子与孔径的相应大小
2、择形催化有四种不同形式
（1）反应物的择形催化（2）产物的择形催化(3)过渡状态限制的择形催化(4)分子交通控制的择形催化
3、为什么金属催化剂都是过渡金属
有d带空穴，就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键，生成表面中间物种，具有催化性能。过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，H2很容易在金属表面吸附，吸附反应不会进行到催化剂的体相；一般金属在反应条件下很容易被氧化到体相，不能作为氧化反应催化剂，但贵金属(Pd,Pt, Ag, Au等)能抗拒氧化，可作为氧化反应催化剂；金属化学键的理论方法有：能带理论、价键理论和配位场理论。
4、过渡金属原子电子组态特点：最外层有1~2个S电子，次外层有1~10个d 电子。Pd 的最外层无S 电子，除Pd外这些元素的最外层或次外层没有填满电子、特别是次外层d电子层没有填满。
1、d带空穴愈多，末配对的d电子愈多，对反应分子的化学吸附也愈强。
2、催化剂d空穴与催化性能的关系
催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移，这就要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给出电子的能力。过渡金属的d空穴正是具有这种特性，然而对一定的反应，要求催化剂具有一定的d空穴，而不是愈多愈好
例题：以Ni-Cu合金催化剂为例说明d空穴与催化性能的关系，Ni 有0.6个d空穴，而Cu的d带已填满，只有S带上有未成对的电子。Ni-Cu合金中，Cu的d电子将会填充到Ni的d带空穴中去，使Ni 的d带空穴减少，造成加氢活性下降；不同组分比例的Ni-Cu合金，其d空穴值会有差异，它们对活性的表现也不同
3、d特性百分数（d%）：杂化轨道中d原子轨道所占的百分数。
4、d %与催化活性的关系：从活化分子的能量因素考虑，要求化学吸附既不太强，也不要太弱。吸附太强导致不可逆吸附，吸附太弱则不
足以活化反应分子。
5、非敏感性反应——一类是涉及H-H、C－H或O-H键的断裂或生成的反应，它们对结构的变化、合金化的变化、金属性质的变化，敏感性不大
6、结构敏感反应——涉及C-C、N-N或C-O键的断裂或生成的反应，对结构的变化、合金化的变化或金属性质的变化敏感性较大
第六章
1、当半导体受到能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射时,价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时，在价带产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e-)-空穴( h+ )对。
2、光催化反应进行的效率将主要取决于电子和空穴的分离以及其向催化剂表面的迁移速率和被反应物种捕获而发生氧化还原的速率。
3、
h*（空穴）具有氧化性
4、光催化作用例题1：ZnO经紫外光照射激发产生了电子和空穴，产生的空穴可与CO作用生成中间物种CO+，而产生的电子则与O 原子结合生成O-，最后，CO+与O-复合得到CO2 。反应过程如下：ZnO + h—ZnO + e- +h+ h+ + CO—CO+
O + e- —O- CO+ + O- —CO2
例题2、光分解H2O：H2O+hv—e-+h++H++OH-；H++e-—H2；OH-+h+—O2
5、本征半导体：不含杂质，具有理想的完整的晶体结构，有电子和空穴两种载流子，例如Si、Ge、PbS、Fe3O4等。
N 型半导体：含有能供给电子的杂质，此杂质的电子输入空带成为自由电子，空带变成导带。该杂质叫施主杂质。
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，该杂质叫受主杂质。
6、费米能级EF是半导体中价电子的平均位能。
1)由FY和I的相对大小决定了电子转移的方向和限度
2)I《FY：吸附相当于增加了施主杂质，所以无论N型或P型半导
体的逸出功都降低了。
3)I》FY：对N型半导体其电导减小，而P型半导体则电导增加，
吸附作用相当于增加了受主杂质从而增加了逸出功。
4)
、单项选择题（每小题 1分，共10 分） 1.为催化剂提供有效的表面和适宜孔结构的是（ ) A .活性组分 B .载体 C .助剂 D .助催化剂 2 . BET 等温式属于五种吸附等温线中的类型（ ) A . I B . II C . III 3.能给出质子的称为（ ） A . B 酸 B . B 碱 C . L 酸 D . L 碱 4.工业上氧化乙烯制环氧乙烷的催化剂是（ ) A . Cu/ Y AI 2O 3 B . Ag/ a Al 2O 3 C . Ag/ Y AI 2O 3 D . Ni/ 丫Al 2O 3 5.所有金属催化剂几乎都是过渡金属，主要是因为它们 ___________ （） A .易失去电子 B .易得到电子 12 .能给出电子对的固体称为 L 碱。 13 .对固体表面酸的描述包括酸的类型、酸强度和酸量。 14 .吸附的逆过程称为 脱附。 15 .在分子筛结构中，相邻的四面体由氧 _____ 联结成环。 16 .研究金属化学键的理论有 能带理论 、价键理论和配位场理论。 17. Cu 的加入使 Ni 的d 带空穴 变少 。 18 .金属氧化物催化剂中直接承担氧化功能的是 晶格氧 。 19 .三效催化剂中Pt 能有效的促进 一氧化碳 和HC 的催化氧化。 20 .催化剂的活性随时间的变化分为成熟期、稳定期和 衰老期 二、填空题（每空1分，共10分） 11. 一种良好的工业实用催化剂，应该具有三方面的要求，即活性、选择性和稳定性。 26 .催化剂 凡能加速化学反应趋向平衡，而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。 C .易强烈吸附反应物 D .有着d 电子结构 6 . X 型分子筛最大孔径约为（ ） A . 0.4 nm B . 0.6 nm C . 0.7 nm D . 0.8 nm 7.金属在载体上的细微程度用（ ） A .分散度表示 B . 单层分布表示 C .粒度表示 D . 比表面表示 & Ziegler-Natta 催化属于( ) A .酸催化 B . 金属催化 C .金属氧化物催化 D . 络合催化 9.下面属于n 型半导体的是（ ） A . ZnO B . NiO 纸 订 装 C . Cu 2O D . CuO 三、判断改错，在题后的括号内，正确的打“V” ，错误的打“x”并 改正。 （每小题2分，共10分） 21 .对于工业催化剂来说，活性越高越好。（f ） 22 .有机物的乙酰化要用 L 酸位催化。（t ） 23 . X 型和Y 型分子筛的结构是一样的。 （f ） 10.将燃料的化学能转化为电能的电化学装置称为（ ） A .燃料电池 B .蓄电池 C .发电机 D .燃烧反应器 24 .择形催化是分子筛的主要特征。 （t ） 25 .金属的禁带宽度很大。 （f ） （） 四、名词解释（每小题 4分，共20分）
工业催化复习要点 一、论述题 1、试说明催化剂的稳定性与寿命的区别和联系。 ①催化剂的稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况；寿命是指在工业生产的条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。 ②区别：催化剂的稳定性指的是变化情况，而催化剂的寿命指的是时间的长短。 ③联系：催化剂的稳定性直接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的寿命短。 2、半导体ZnO在氧气吸附之后电导比未吸附前低，现用ZnO作为CO氧化催化剂，反应时催化剂的电导增加。请问（1）若O2的吸附为控制步骤时，（2）若CO的吸附为控制步骤时，分别提出增加催化剂的活性的措施。 根据半导体能带理论，ZnO是N型半导体，（1）O2的吸附为控制步骤时，O2得电子过程，应添加施主杂质，如Al3+等。（2）CO的吸附为失电子过程，应添加受主杂质如Li+。 3、说说催化剂为什么不能改变平衡的位置。 因为化学平衡是由热力学决定的，DG0=-RTlnkp,其中kp为反应的平衡常数，DG0是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始态和终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响DG0值，它只能加速达到平衡所需要的时间，而不能移动平衡点。 二、简答题 1、什么是d带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能的关系，d带空穴是越多越好吗？ d带空穴是指金属的d带中某些能级未被充满，可看做d带中的空穴。 关系：有d带空穴，就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键，生成表面中间物种，具有催化性能。D带空穴越多，对反应分子的化学吸附也越强。催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移，这就要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给出电子的能力过渡金属的d空穴正是具有这种特性，然而对于一定的反应，要求催化剂具有一定的d空穴，而不是越多越好。因为并不是d带空穴越多，其催化活性就越大。过多可能造成吸附太强，不利于催化反应。 2、催化剂的四个基本特征是什么？ ①催化剂只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； ②只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置； ③催化剂参与化学反应: 通过改变反应历程、降低活化能而改变反应速度； ④催化剂对反应的类型、方向及产物的结构具有选择性。一种催化剂只对特定的化学反应起催化作用。 3、载体的功能和作用是什么。 作用：分散作用，稳定化作用，支撑作用，传热和稀释作用，助催化作用。 功能：①提供有效的表面和合适的孔结构②增强催化剂的机械强度； ③改善催化剂的热稳定性；④减少活性组分的含量；⑤提供附加的活性中心； ⑥与活性组分之间的溢流现象和强相互作用 4、物理吸附和化学吸附的特点及两者的本质差别。 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。 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
1、简述催化作用的定义与特征。 定义：1981年，根据IUPAC于提出的定义，催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种物质起的作用称为催化作用。 四个基本特征：（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，不能加速热力学上无法进行的反应；（2）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)；（3）催化剂对反应具有选择性；（4）催化剂存在一定的寿命. 2、催化剂组成及其功能。 组成：一般包括三种成分：①活性组分、②助催化剂；③载体 （1）活性组分或称主催化剂；对催化剂的活性起着主要作用。它是催化剂设计的第一步，没有它，催化反应几乎不发生。其类别主要有三：即导体、半导体和绝缘体。 （2）载体；①最重要的功能是分散活性组分、作为活性组分的基底，使活性组分保持大的表面积。②降低对毒物的敏感性；③载体为Cat.提供一定的孔隙结构；④改进催化剂的机械强度，及抵抗条件的应力能力⑤有些载体具有双功能性。 （3）助催化剂：本身没有活性或活性很小，但在加入催化剂后（一般小于催化剂总量的10%）能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性。其作用是：①帮助载体，控制载体的稳定性，控制不希望有的活性，②帮助活性组分，可能是结构的或电子的，③助抗中毒 3、简述化学工业对催化剂的一般要求。 化学工业要求催化剂具有较高的活性，良好的选择性、抗毒害性、热稳定性、环境友好性和合理的价格。 1、活性：反映催化剂的效能高低的重要性能指标。即反应催化剂改变化学反应速度能力的高低。 表示方法： 1）比活性或比速率。用在某指定条件下（T，P）一定量催化剂上的反应速率来衡量。 2）转化率Xa=已反应的反应物量/起始的反应物量 注明：指定条件下（T，P），相同的反应空时或空速 空速：在流动体系中，物料的流速（单位时间的体积或质量）除以催化剂的体积或质量。S-1或者h-1 3）温度 相同的反应转化率、压力、空时或空速 2、选择性：反映催化剂抑制副反应能力大小的性能指标。 3、寿命：催化剂从开始使用至活性下降到不能再用所经历的时间。 寿命试验：在正常条件下连续运转1000h以上。 4、稳定性：即催化剂在使用条件下的化学稳定性，对热的稳定性、耐压、耐磨和耐冲击等的稳定性。 5、环境友好和自然界相容性：:社会发展对催化反应过程要求适应循环经济，催化剂不仅具有高转化率和高选择性，还要具有无毒无害，对环境友好，反应尽量遵循“原子经济性”，反应剩余物与自然相容。 6：价格合理。 4、多相催化的基本步骤。 ⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。⑶
12级化学工程与工艺专业工业催化课程复习 重要知识点： 1.助催化剂是催化剂的辅助成分，按作用机理可分为结构型、电子型两类。 2.工业催化剂的活性变化一般可分为三个阶段，即成熟期、稳定期、衰老期。 3.外扩散速率的大小及其施加的影响，与液体的流速、催化剂颗粒粒径以及传递介质的密度、黏度有关。 4.研究金属化学键的理论方法有三种，能带理论、价键理论、配位场理论。 5.金属氧化物主要催化烃类的选择性氧化。其特点是：反应系放热的，有效的传热、传质十分重要，要考虑催化剂的飞温；有反应爆炸区存在，故在条件上有所谓燃料过剩型、空气过剩型两种。 6. 金属硫化物与金属氧化物有许多相似之处，它们大多数都是半导体类型的，具有氧化还原功能和酸碱功能。作为催化剂可以是单组分形式或复合硫化物形式。这类催化剂主要用于加氢精制过程。 7. 负载型可溶性络合物催化剂，系利用可溶性高分子为载体，可催化1-戊烯加氢反应。在应用时可利用其与生成物分子量之差，采用沉淀法、蒸气压法、薄膜过滤法等进行分离。 8.络合催化剂固载化技术的三种主要方式为：包藏在载体内部、分散在载体（基质）的表面、锚定在载体（基质）的表面。 9.生物催化剂是指生物反应过程中起催化作用的游离或固定化细胞和游离或固定化酶的总称。 10.离子交换法制得的催化剂分散度好、活性高，尤其适用于制备低含量、高利用率的贵金属催化剂。 11.结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。 12.评价催化剂不能单用时空产率作为活性指标，要同时测定催化剂的总表面积、活性表面积、孔径与孔径分布等。 13.外扩散速率的大小及其施加的影响，实际上仅根据气流线速和粒径就可以作出判断。 14.几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。 15.金属复合膜催化剂的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、电镀和化学镀等。
1、1976年国际纯粹及应用化学协会分布的催化作用的定义是什么？要求深刻理解其含义。答:催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。 2、什么是催化剂的基本特征？ 答:(1)催化剂能加速化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。 (2)催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。 (3)催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。 (4)催化剂只能改变化学反应的速率，催化剂只能改变(或接近)这一极限所需要的时间，而不能改变这一极限的大小。 (5)催化剂不改变化学平衡，意味对正方向有效的催化剂，对反方向也有效。(对于任一可逆反应，催化剂既能正反应，也能同样程度地加速逆反应，这样才能使其化学平衡常数保持不变，因此某催化剂如果是某可逆反应的正反应的催化剂，必然也是其逆反应的催化剂。) (6)寿命(催化剂的使用期限是有限的)。 3、根据聚集状态，如何对催化剂进行分类？答:(气体)、(液体)、(固体)。 4、按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？ 答:多相固体催化剂、均相催化剂和酶催化剂三类。 5、主催化剂的定义是什么？ 答:主催化剂是起催化作用的根本性物质。没有它，就不存在催化作用。 6、共催化剂的定义是什么？ 答:共催化剂是和主催化剂同时起作用的组分。 7、助催化剂的定义是什么？ 答:助催化剂是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性机械强度和寿命等性能的组分。虽然助催化剂本身并无活性，但只要在催化剂中添加少量助催化剂，即可明显达到催化剂性能的目的。 8、助催化剂可分为哪几类？ 答:(1)结构助催化剂(2)电子助催化剂(3)晶格缺陷助催化剂。 9、载体的定义是什么？(了解) 答:载体是固体催化剂所特有的组分，起增大表面积、提高耐热性和机械强度的作用，有时还能担当共催化剂或助催化剂角色载体是活性组分的分散剂、胶粘剂或支载物。 10、催化剂为什么具有催化剂活性？ 答:是由于催化剂能降低化学反应的活化能；而它之所以能够降低活化能，则又是由于催化剂的存在下，改变了非催化剂反应的历程。 11、写出沉淀法的一般操作步骤。 答:沉淀法的一般操作是在搅拌的情况下把碱性物质(沉淀剂)加入金属盐类的水溶液中，再将生成的沉淀物洗涤、过滤、干燥和焙烧，制造出所需的催化剂粉末状前驱物。 12、单组分沉淀法用途是什么？(了解) 答:可以用来制备非贵金属的单组分催化剂或载体。 13、共沉淀法的用途是什么？ 答:常用来制备高含量的多组分催化剂或催化剂载体。 14、选择沉淀剂有何原则？ 答:(1)使用易分解挥发的沉淀剂。(2)沉淀物必须便于过滤和洗涤。(3)沉淀剂的溶解度要大，溶解度大的沉淀剂，可能被沉淀物吸附的量较少，洗涤脱除残余沉淀剂等也较快。(4)沉淀物的溶解度应很小，沉淀反应愈完全，原料消耗愈少。(5)沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。
1、论述催化剂是如何加速反应速率的？ 催化剂可以改变反应路线，降低反应的活化能，使反应物分子屮活化能的百分数增人，反应数率加快2、催化作用有哪些基本特征？ 1)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。 2)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)。 3)催化剂对反应具有选择性。4)催化剂的寿命 3、说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？ 化学平衡是由热力学决定的，DGO=RTlnKP,其屮KP为反应的平衡常数，DGO是产物与反应物的标准自由焙之差，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DGO 值，它只能加快达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点 4、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。 根据Kf二K1/K2,催化剂可以以相同的比例加速正、逆反应速率常数。因此对于可逆反应, 能够催化正方向反应的催化剂，就应该能催化逆方向反应。 5、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？ 活性组分、助催化剂、载体 6、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。 稳定性：是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。寿命：是指在工业生产条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。区别：前者指的是变化情况，后者指的是时间长短。联系：催化剂的稳定性肓?接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的则短。 7、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ (1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；(2)反应物分子在催化剂内表血上吸附；(3)吸附的反应物分子在催化剂表而上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；(4)反应产物自催化剂内表而脱附；(5)反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流屮去。 8、试比较物理吸附与化学吸附。 物理吸附是借助分了间力，吸附力弱，吸附热小 (8-20kJ/mol),且是可逆的，无选择性，分子量越人物理吸附越容易发牛。化学吸附化学吸附是借助于化学键力，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，化学吸附吸附热大(40-800kJ/moI), 一般是不可逆的，尤其是饱和怪分了的解离吸附。 9、固体表面发生化学吸附的原因是什么？ 发生化学吸附的原因，是山于位于固体表血的原子具有自山价，这些原子的配位数小于固体内原子的配位数，使得每个表面原子受到一种内向的净作川力，将扩散到具附近的气体分子吸附形成化学键10、金属表面上甲烷和氢分子的吸附，只能形成解离型化学吸附，为什么？ 因为分子红、坯分子在吸附之前先必须解离，因为很多这类分子不能肓接与金属的“表面白由价”成键，必须先自身解离，成为有自由价的基团，所以只能形成解离理化学吸附。 11、如何判断一个催化反应是存在内、外扩散的控制？ 如果反丿应物流量的改变对反应物的转化率影响较人，则存在外扩散控制；如果催化剂的粒径大小的改变对转化率的影响较大，则存在内扩散控制。 12、试叙述固体表面酸中心类型测定方法、 以毗喘作吸附质的IR谱法(1)L酸的红外光谱特征W： 1450cm-1 J490cm-1和1610cm?1 (2) B酸的红外光谱特征峰：1540cm?l 13、试叙述固体酸强度测定方法。 （1）胺滴定法：选用一种适合的pKa指示剂（碱），吸附于固体酸表面上，它的颜色将给出该酸
反应工程考试复习题
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 一、填空题（本大题共14小题，每空1分，共20分） 请在每小题的空格上，填入正确的答案 1.固体催化剂的主要组成有主催化剂（活性成份），___助催化剂_和____载体____。 2.化学反应过程按操作方法分为__连续操作、分批式操作(或间隙操作)、半分批式（半间隙）操作。 3.均相反应是指 参与反应的物质均处于同一相 。 4.关键反应组分K 的转化率的定义式为0 0k k k k n n n x -=(或用相应的文字表述)_。 5.生成目的产物的反应称为____主反应 _，其它的均称为____副反应__。 6.平行反应P A →(主反应)；S A →(副反应)，主副反应均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与浓度无关，仅是__温度_ 的函数。 7.链反应的三个阶段为链的引发、_链增长 、链终长。 8.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_内扩散__和__外扩散_的影响。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当孔径较大时，扩散阻力是由分子间碰撞所致，这种扩散通常称为__分子扩散（或容积扩散）_。 10. 实际反应器中停留时间分布密度E(t)的方差2θσ为_____0~1___。 11.具有良好搅拌装置的釜式反应器按___理想混合(或全混流)___反应器处理。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 12.对于恒容的平推流管式反应器___平均停留时间(或- t ) 、__空时(或τ)_、反应时间一致。 13.对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用___全混流(或完全混合）_反应器为宜。 14.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_ 微观流体_。 1.工业催化剂所必备的三个主要条件是：__活性好__、___选择性高___、寿命长。 2. 平行反应P A →(主反应)；S A →(副反应)，主副反应均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应____提高温度____。 3．已知反应S P B A +→+，A 的转化率的定义式为___0 0A A A A n n n x -= _________。 4.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是__多 _分子层的，而化学吸附是__单_分子层的。 5.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于____BET _______方程。 6.流动循环（无梯度）式反应器是指消除____温度梯度 ______、__浓度梯度________的存在，使实验的准确性提高。 7.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约___ 0.1μm______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 8.全混流反应器的空时τ是___反应器的有效容积__与___进料流体的容积流速____之比。
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？ ⑴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； ⑵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；⑶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。⑷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，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。 ⑴具有能适合反应过程的形状和大小；⑵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；⑶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剂，满足催化反应的需要；⑷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；⑸能耐热，并具有合适的导热系数；⑹不含可使催化剂中毒或副反应增加的物质；⑺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；⑻能与活性组分发生有益的化学作用；⑼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？ ⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。⑶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。 ⑷反应产物自催化剂内表面脱附。⑸反应产物在孔内扩散到反应气流中去 ⑴⑸扩散为物理过程；⑵⑶⑷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。
催化：题型：选择题（30分）、填空（20分）、判断（10分）、简答（20）、简单推导（20分） 1、 催化剂IUPAC 的定义：催化剂是一类增加反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质 2、 3、 催化反应种类：均相催化、非均相催化（多相催化）、酶催化 4、 催化剂的种类均相、多相、酶催化剂 5、 催化剂的化学组成：1固体催化剂：主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体 2配合物催化剂：主催化剂（中心原子），助催化剂（配体）或主催化剂和助催化剂均是配合物 3酶催化剂：酶=酶蛋白+辅基（辅酶），相当于主催化剂和助催化剂，两者分别存在时，均无活性。 6、 催化剂的特点：1可改变反应路径：路径改变，相应的能垒发生改变 2可改变速率：速率可增大，也可降低，如果正反应速率增大（或减小），则逆反应的速率也增大（或减小） 3反应前后本身不发生 质的改变 4总反应的θm r G ?不变 5催化剂具有选择性 6催化剂具有一定的寿命 7催化剂具有一定 的活化温度8催化剂具有专一性 9催化剂具有高效性（可能中毒） 其中三个指标最重要：活性、选择性、稳定性（寿命） 研究中，开发新工艺和催化剂时首先追求高活性，其次是高选择性，最后才是稳定性；对现行流程和催化剂改进时，首先追求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。 7、 载体的功能：载体时催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。 载体分为高比表面积和低比表面积两类。载体不仅关系到催化剂的活性、选择性，还关系到他们的热稳定性和机械强度，关系到催化过程的传递特性。 8、 助催化剂分类：按作用机理不同分为：结构型和电子型。 结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。 电子型助催化剂的作用是改变主催化剂的电子结构，促进催化 活性及选择性。 助催化剂除促进活性组分的功能外，也可以促进载体功能。 9、 载体的功能：1提供有效的表面和适宜的孔结构；2增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定的形状；3改善催化剂的传导性；4减少活性组分的含量；5载体提供附加的活性中心；6活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用可诱导出新的活性。 10、 空速的定义：空速是指单位时间里通过单位催化剂的原料的量，它反应了装置的处理能力。 11、 12、 13、 什么是比活性？它有何特点？ S 为表面积或活性表面积。 催化剂的比活性只取决于它的化学组成与结构，与其表面大小无关。数值可以比较不同催化剂的催化能力。 14、 什么是转化率、选择性、收率及计算。 参见教材27页和例题2-1！。 15、 工业催化剂的稳定性包括热稳定性、化学稳定性和机械稳定性三方面。 16、 什么是均相催化及其优缺点 答：均相催化指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其它组分形成均匀物相的催化反应体系。 优点： 1反应性能单一。 2:具有特定选择性 3:反应条件温和，节能 4:作用机理较清楚，便于调控设计催化剂 缺点：稳定性差、与产物分离困难。 17、 点阵:将晶体结构中某一类等同点挑选出来，它们有规则地、周期性重复排列所形成的空间几何图形即称为空间点阵，简称点阵。 晶胞是点阵结构的基本单元 转化率选择性产率?=
工业催化期末复习题标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
第二章催化作用与催化剂 电子型助催化剂的作用：改变主催化剂的电子结构，促进催化活性及选择性。 金属的催化活性与其表面电子授受能力有关。具有空余成键轨道的金属，对电子有强的吸引力，吸附能力的强弱是与催化活性紧密相联的 在合成氨用的铁催化剂中，由于Fe是过渡元素，有空的d轨道可以接受电子，故在Fe-Al2O3中加入K2O后，后者起电子授体作用，把电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，提高其活性，K2O是电子型的助催化剂 第三章吸附与多相催化 1简述多相催化反应的步骤 包括五个连续的步骤。 (1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； (2)反应物分子在催化剂表面上吸附； (3)被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； (4)反应产物自催化剂表面脱附； (5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。 上述步骤中的第(1)和(5)为反应物、产物的扩散过程。属于传质过程。第(2)、(3)、(4)
步均属于在表面进行的化学过程，与催化剂的表面结构、性质和反应条件有关，也叫做化学动力学过程 2外扩散与内扩散的区别 外扩散：反应物分子从流体体相通过吸附在气、固边界层的静止气膜（或液膜）达到颗粒外表面，或者产物分子从颗粒外表面通过静止层进入流体体相的过程，称为外扩散过程。内扩散：反应物分子从颗粒外表面扩散进入到颗粒孔隙内部，或者产物分子从孔隙内部扩散到颗粒外表面的过程，称为内扩散过程。 为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响 外扩散阻力：气固（或液固）边界的静止层。 消除方法：提高空速 内扩散阻力：催化剂颗粒孔隙内径和长度. 消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂孔隙直径 3解离吸附的Langmuir等温式的推导过程 4物理吸附与化学吸附的区别 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着变化。
1.催化剂得作用 催化剂能加快化学反应速度,但它本身不因化学得结果而消耗,它也不会改变反应得最终热力学平衡位置。 2.载体得作用有哪些？ 分散作用稳定化作用支撑作用传热与稀释作用助催化作用 3、均相催化 所有反应物与催化剂分子分散在一个相中,如均相酸碱催化、均相络合催化。 4、多相催化 催化剂与反应物处于不同得相,催化剂与反应物有相界面将其隔开。如气液、液液、液固、气固、气液固。 5、简述多相催化反应过程包括得五个过程。 反应物向催化剂表面扩散 反应物向催化剂表面吸附 被吸附得反应物在表面上迁移、化学重排与反应 产物由催化剂表面上脱附 产物离开催化剂周围得介质扩散 6、烧结 粉状或粒状物料经加热至一定温度范围而固结得过程 7、选择性 转化为目得得产物所消耗得某反应物量/某反应转化得总量 8、在估量一个催化剂得工业价值时,哪三个因素最重要？考虑得顺序就是什么？ 她们分别就是活性、选择性与寿命。考虑得顺序: 9、简述化学吸附得单层与物理吸附得单层得不同之处 化学吸附得单层吸附量,即为占领吸附剂得所有吸附部分所需得吸附质得量,而吸附质得吸附部位则就是由吸附剂得结构与吸附物得化学性质所决定得。物理吸附得单层吸附量,则就是分子式以密集排列得形式,以完全得单层分子遮盖表面所需得吸附质得量 10、如何确定半导体氧化物为n型或p型？ N型氧化物得电导由导带中得电子数决定,而p型氧化物得电导则由价带中得正穴数决定。基于这个原理,可以用下述方法确定非计量氧化物就是n型还就是p型。将氧化物基于一定压力得氧气氛中,并测量氧化物得电导随氧气压得变化,如果电导随氧气压力增加而增加,则此氧化物为p型,相反则为n型。 11、在n型与p型半导体催化剂中加入施主杂质,其电导率与逸出功有何变化？ N型半导体催化剂加入施主杂质后,它得导电率提高,逸出功降低。因为n型半导体靠自由电子导电,加入施主杂质后,使得导带自由电子增加,所以导电率提高,Ef提高逸出功降低;而p 型半导体催化剂加入施主杂质后,它得导电率降低,逸出功也降低。因为p型半导体靠自由空穴导电,加入施主杂质后,使得自由空穴减少,故导电率降低,逸出功也降低。 13、延长催化剂寿命得方法有哪些？ 1)剂组分得挥发、烧结等问题 2)适宜得载体,若选择导热性好得载体,可防止局部过热及机械损耗 3)载金属催化剂,在制备过程中注意金属组分得分散度,若过分分散,则耐毒性差,且易失活 4)反应器传热要好,用多段催化剂床使各段催化剂床负荷均匀 5)燃料钝化 14、简述金属催化剂得毒物得种类 1)第一类就是V族与VI族元素得具有未共享电子对得非金属化合物,毒性得程度取决于空得价轨或未共享电子对得可利用性 2)第二类就是金属离子,这些金属离子具有已占用得d轨,并且d轨上有与金属催化剂得空轨道结合得电子 3)第三类就是不饱与化合物,由于它分子中得不饱与键能提供电子与金属催化剂得d轨成键,使催化剂中毒 15、什么就是d带空穴？它与金属催化剂得化学吸附与催化性能之间得关系就是什么？ 金属得d带中某些能级未被充满,可瞧作d带中得空穴,称为d带空穴
催化科学与技术八大领域： 1.多相催化科学与技术 2.均相催化科学与技术(包括负载络合催化, 均相过程多相化). 3.光、电催化科学与技术(光催化与电极催化过程). 4.酶催化科学与技术(酶的结构与性能,酶改性,酶浓集和固定化, 酶的分离和负载以及仿酶催化). 5.催化分离科学与技术(催化蒸馏,催化膜反应,催化萃取) 6.催化材料科学与技术 7.催化剂制造科学与技术(沉淀法,浸渍法,沉淀沉积法,溶胶凝胶 法,超临界反应法, 等离子体法,生物法制酶等). 8.催化剂性能表征和催化研究方法 ?特征：（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应. （2）只能加速到达反应平衡的时间，不能改变化学平衡位置. （3）催化剂对反应具有选择性 （4）催化剂活性有一定寿命 ?催化剂组成 ①活性组分：提供改变反应历程的组分，多为金属、氧化物、酸碱 ②载体组分：是或活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。多数为硅和铝 的氧化物 ③助催化剂组分：催化剂的辅助组分，本身没有活性或者活性很低，用于 改善催化剂的各种性能 ?载体功能： ①提供适宜的比表面和孔结构 ②维持催化的形状和机械强度 ③改善催化剂热传导性 ④提高催化剂中活性组分分散度 ⑤提供附加活性中心 ⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用 活性组分与载体的溢流现象（Spillover）和强相互作用 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的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。它们可以化学吸附诱导出新的活性或进行某种化学反应。如果没有原有活性中心，这种次级活性中心不可能产生出有意义的活性物种，这就是溢流现象。它的发生至少两个必要的条件：（A）溢流物种发生的主源；（B）接受新物种的受体，它是次级活性中心。 ?工业催化剂的要求 1、催化剂的活性： 2、催化剂的选择性： 3、催化剂的稳定性 4、环境相容性 催化剂稳定性
工业催化期末复习题 Revised as of 23 November 2020
第二章催化作用与催化剂 电子型助催化剂的作用：改变主催化剂的电子结构，促进催化活性及选择性。金属的催化活性与其表面电子授受能力有关。具有空余成键轨道的金属，对电子有强的吸引力，吸附能力的强弱是与催化活性紧密相联的 在合成氨用的铁催化剂中，由于Fe是过渡元素，有空的d轨道可以接受电子，故在Fe-Al2O3中加入K2O后，后者起电子授体作用，把电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，提高其活性，K2O是电子型的助催化剂 第三章吸附与多相催化 1简述多相催化反应的步骤 包括五个连续的步骤。
(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； (2)反应物分子在催化剂表面上吸附； (3)被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； (4)反应产物自催化剂表面脱附； (5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。 上述步骤中的第(1)和(5)为反应物、产物的扩散过程。属于传质过程。第(2)、(3)、(4)步均属于在表面进行的化学过程，与催化剂的表面结构、性质和反应条件有关，也叫做化学动力学过程 2外扩散与内扩散的区别 外扩散：反应物分子从流体体相通过吸附在气、固边界层的静止气膜（或液膜）达到颗粒外表面，或者产物分子从颗粒外表面通过静止层进入流体体相的过程，称为外扩散过程。 内扩散：反应物分子从颗粒外表面扩散进入到颗粒孔隙内部，或者产物分子从孔隙内部扩散到颗粒外表面的过程，称为内扩散过程。 为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响 外扩散阻力：气固（或液固）边界的静止层。 消除方法：提高空速 内扩散阻力：催化剂颗粒孔隙内径和长度. 消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂孔隙直径 3解离吸附的Langmuir等温式的推导过程
1.1、论述催化剂是如何加速反应速率的？ 催化剂可使化学反应物在不改变的情况下，经由只需较少活化能的路径来进行化学反应。因而加快了反应速率。 1.2、催化作用有哪些基本特征？ 1) 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。 2) 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）。 3) 催化剂对反应具有选择性。 4) 实际上催化剂并不能无限期地使用，在长期受热和化学、物理作用下，会发生不可逆的变化，这将导致催化剂活性下降，最终导致催化剂失活。 1.3、说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？ 对于给定的反应，在已知条件下，其催化和非催化过程的-△G r值是相同的，即Kf值是相同的，所以平衡位置没有改变。 另一种答案：化学平衡是由热力学决定的，?G = ? RT ln k p ，其中kp 为反应的平衡常数，?G 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?G 值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。 1.4、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。根据Kf= ,催化剂可以以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。因此，对于可逆反应，能够催化正方向反应的催化剂，就应该能催化逆方向反应。 2.1、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？通常估计催化剂由活性组分、载体和助催化剂三个部分组成。 （1）载体：载体是催化剂活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。（2）助催化剂：本身没有活性或者活性很小，但加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构、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。 2.2、在甲烷催化氧化偶联反应研究中，如果反应物进料为甲烷和氧气，反应产物经气相色谱分析结果mol % 、在甲烷催化氧化偶联反应研究中，如果反应物进料为甲烷和氧气，反应产物经气相色谱分析结果组成如下：组成如下：CH4 20%、C2H4 30%、C2H6 20% 、CO2 20% 、CO 10% 。不考虑反应过程中的积碳问、、试计算（）甲烷的转化率；（2）题。试计算（1）甲烷的转化率；）乙烯的选择性。（乙烯的选择性。解：设产物以100mol计（1）x（转化率）= 30 × 2 + 20 ×2 + 20 × 1 + 10 ×1 ×100% = 88.67% 20 ×1 + 30 ×2 + 20 ×2 + 20 ×1 + 10 ×1 30 ×2 （2）s（选择性）= ×100% = 46.15% 30 ×2 + 20 ×2 + 20 × 1 + 10 × 1 2.3、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。稳定性：是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。寿命：是指在工业生产条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。区别：前者指的是变化情况，后者指的是时间长短。联系：催化剂的稳定性直接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的则短。 3.1、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？（1）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；（2）反应物分子在催化剂内表面上吸附；（3）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；（4）反应产物自催化剂内表面脱附；（5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流
1.1、论述催化剂是如何加速反应速率的？催化剂可使化学反应物在不改变的情况下，经由只需较少活化能的路径来进行化学反应。 因而加快了反应速率。 1.2、催化作用有哪些基本特征？ 1）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。 2）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）。 3）催化剂对反应具有选择性。 4）实际上催化剂并不能无限期地使用，在长期受热和化学、物理作用下，会发生不可逆的变化，这将导致催化剂活性下降，最终导致催化剂失活。 1.3、说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？ 对于给定的反应，在已知条件下，其催化和非催化过程的-△ G r值是相同的，即Kf值是相同的，所以平衡位置没有改变。 另一种答案：化学平衡是由热力学决定的，?G = ? RT ln k p ，其中kp 为反应的平衡常 数，?G 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?G 值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。 1.4、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。、具有加氢功能的催 化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。根据Kf= , 催化剂可以以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。因此，对于可逆反应，能够催化正方向反应的催化剂，就应该能催化 逆方向反应。 2.1、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？通常估计催化剂由活性组分、载体和助催化剂三个部分组成。 （1）载体：载体是催化剂活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。（2）助催化剂：本身没有活性或者活性很小，但加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构、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。 2.2、在甲烷催化氧化偶联反应研究中，如果反应物进料为甲烷和氧气，反应产物经气相色谱分析结果mol % 、在甲烷催化氧化偶联反应研究中，如果反应物进料为甲烷和氧气，反应产物经气相色谱分析结果组成如下：组成如下：CH4 20%、C2H4 30%、C2H6 20% 、CO2 20% 、CO 10% 。不考虑反应过程中的积碳问、、试计算（）甲烷的转化率；（2）题。试计算（1）甲烷的转化率；）乙烯的选择性。（乙烯的选择性。解：设产物以100mol 计（1）x（转化率）=30 X 2 + 20 X 2 + 20 X 1 + 10 X 1 X 100% =88.67% 20 X 1 + 30 X 2 + 20 X 2 + 20 X 1 + 10 X 1 30 X 2 （2）s （选择性）= X 100% = 46.15% 30 X 2 + 20 X 2 + 20 X 1 + 10 X 1 2.3、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。稳定性：是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。寿命：是指在工业生产条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。区别：前者指的是变化情况，后者指的是时间长短。联系：催化剂的稳定性直接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的则短。 3.1、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ （ 1 ）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；（2）反应物分子在催化剂内表面 上吸附；（3）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；（4）反应产物自催化剂内表面脱附；（5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流 中去。 3.2、试比较物理吸附与化学吸附。、试比较物理吸附与化学吸附。物理吸附是借助分子 间力，吸附力弱，吸附热小（8-20kJ/mol ），且是可逆的，无选择性，分子量越大物理吸附越容易发生。化学吸附化学吸附是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选
广州大学《工业催化》复习题 1、描述工业催化剂的主要指标有哪些？ 2、多相催化的主要步骤有哪些，其中最关键的步骤是什么？ 3、在浸渍法制备负载贵金属催化剂时，由于贵金属含量低，易导致贵金属在载体上分布不均匀，欲得到贵金属均匀分布的催化剂，可采用什么办法，为什么？ 4、一氧化碳在过渡金属催化剂上发生化学吸附而被活化，请根据化学键的相关理论，分析一氧化碳与过渡金属相互作用而被活化的过程。 5、欲采用浸渍法制备Pt含量仅为0.1%的Pt/Al2O3催化剂。但反应物料中有使催化剂中毒的含硫化合物，拟将金属Pt引入到载体的内部，组装成埋藏型的催化剂。请问，该设计有何优点？请提出该催化剂的制备方案。 6、请分析合成氨催化剂Fe-Al2O3-K2O中Al2O3的作用，为何选用Al2O3为助剂？ 7、比较Fe-Al2O3催化剂与Fe/Al2O3催化剂的区别。
8、在同等条件下，正庚烷可在Pt/SiO2-A12O3催化剂上发生异构化反应生成异庚烷，而在SiO2-A12O3催化剂上，几乎无反应。为什么？ 9、固体催化剂的孔结构对催化反应具有十分重要的影响，从无定形的二氧化硅和三氧化二铝复合氧化物催化剂，发展到ZSM-5分子筛催化剂，其催化剂性能的提高得益于分子筛的孔结构，请分析分子筛催化剂的择形催化的类型。 10、指出微孔分子筛与介孔分子筛的区别。简述水热法合成分子筛的主要操作步骤。 11、如何表征双金属催化剂Pt-La/ HZSM-5。 12、常用固体碱催化地沟油（植物油）制备生物柴油，指出其催化反应式，并设计该固体催化剂。 13、程序升温还原（TPR）是表征金属催化剂的重要手段，请简述其基本原理，如何通过TPR实验来分析Ni/SiO2和Ni-Cu/SiO2中Ni的变化。 14、程序升温脱附（TPD）是表征催化剂表面结构的重要手段，如果用氨气来做探针分子，是研究催化剂表面的什么性质，如果要研究催化剂的碱性，请分析选用什么探针分子合适，为什么？ 15、异丙醇在酸催化剂表面会脱水变为丙烯，在金属催化剂表面会脱氢变为丙酮，所以通过这种特性可用于分析Mo-Dy/TiO2催化剂因Dy