第一章:催化剂
催化剂: 一类能够改变化学反应的速度，不改变热力学平衡，并不被明显消耗的物质。
正催化剂：能加快反应速度的Cat.
负催化剂：能减慢反应速度的Cat.
催化作用：是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被明显消耗的一种叫催化剂的外加物质来加速或减慢化学反应速度的现象。
催化剂的基本特性：（1）只加速热力学可行的反应；（2）催化剂不影响平衡常数；(3)k 正与k 逆相同倍数增加（4）改变反应历程；（5）降低了反应活化能。
Arrhenius 方程: 催化剂好差的评价（价值）：重要性顺序：选择性＞寿命＞活性
(1) 催化剂的活性（activity ）(2) 催化剂的选择性（selectivity ） (3) 催化剂的寿命（lifetime ），可以分为三个部分，成熟期，稳定期和衰老期。(4) 催化剂的价格（cost ）(5) 催化剂的稳定性（stability ） 补偿效应:在用不同方法制备的催化剂上，研究一个给定的催化反应时，用Arrhenius 方程表示反应速率常数时，不同催化剂的指前因子A 和活化能E 是以彼此补偿的方式变化的，导致不同的催化剂在相同的温度和压力下的反应速率常数（或反应速率）为恒值。
工业催化剂着重考虑的问题：
（1）活性(包括选择性)（2）稳定性（3）流体流动性（4）机械性质
多组分催化剂的成分：
（1）活性组分（active components ）或称主催化剂（maincatalist ）；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 （support 或 carrier ）；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（promoter ）：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
催化剂的命名方式：
通常： 1、用“/” 来区分载体与活性组分，如：Ru/Al 2O 3，Pt/Al 2O 3，Pd/SiO 2，Au/C 。2、用“-”来区分各活性组分及助剂， Pt-Sn/Al 2O 3，Fe-Al 2O 3-K 2O
催化剂体系的分类：
1．按催化反应体系物象的均一性分类：（1）均相催化（homogeneous catalysis ），反应物和催化剂分子分散在同一相中。（2）多相催化，反应物和催化剂处于不同的相。(3)酶催化，介于均值催化和多相催化之间。酶催化剂小，可与反应物分子分散在一个相中；酶催化剂大，则足以涉及表面上有许多活性部位。
2.按催化剂的作用机理分类：（1）氧化还原，反应物分子与催化剂之间发生单电子的转移而使反应物分子中化学键进行均裂，从而形成了活性物种。（2）酸碱催化，反应物分子与催化剂之间发生电子对的转移而使反应物分子中化学键进行非均裂，从而形成了活性物种。（3）配位催化，反应物分子与催化剂之间形成配位键而使反应物分子活化。
3.按催化反应类别分类：（见课本39页）。按反应类别分类的好处是：① 便于比较同类型的反应共性； ② 已知催化剂试探同类型的另一个反应，是开发新催化剂的方法之一。
思考题
1. 什么是催化剂、催化作用及催化反应的补偿效应。【催化剂是一类能够改变化学反应的速度，不改变热力学平衡，并不被明显消耗的物质。催化作用：是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被明显消耗的一种叫催化剂的外加物质来加速或减慢化学反应速度的现象。补偿效应:在用不同方法制备的催化剂上，研究一个给定的催化反应时，用Arrhenius 方程表示反应RT
E Ae k /-=
速率常数时，不同催化剂的指前因子A 和活化能E 是以彼此补偿的方式变化的，导致不同的催化剂在相同的温度和压力下的反应速率常数（或反应速率）为恒值。】
2. 催化剂的基本特性有哪些？【（1）只加速热力学可行的反应；（2）催化剂不影响平衡常数；(3)k 正与k 逆相同倍数增加（4）改变反应历程；（5）降低了反应活化能。】
3. 催化剂的组分大体有哪些，各有什么作用。【（1）活性组分（2）载体（3）助催化剂。其作用……】
4. 催化剂按反应体系的分类有哪些，有什么特点。【1．按催化反应体系物象的均一性分类：（1）均相催化（2）多相催化 (3)酶催化。2.按催化剂的作用机理分类：（1）氧化还原（2）酸碱催化（3）配位催化。3.按催化反应类别分类：（见课本39页）。按均一性分类的各种催化的特点：（1）均相催化——反应机理易于研究，但工业化难，催化剂的回收也难。（2）多相催化—— 催化剂与反应物有相界隔开，易于工业化，但难于确定反应机理。(3)酶催化——兼有均相催化和多相催化的特点，活性和选择性都很高。】
5. Arrhenius 方程及表达含义。【RT E Ae k /-=，其意义即是补偿效应】
6. 怎样估量催化剂的价值。【 (1)活性 (2)选择性(3)寿命 (4)价格 (5)稳定性。重要性顺序：选择性＞寿命＞活性】
7.怎样设计制备一种新催化剂？【见第三章】
8.为了使400K 进行的某催化反应提高反应速率到103
倍，向次体系加入催化剂，若非催化反应的的指前因子是催化反应的1012倍，那么催化反应的活化能比非催化反应的降低多少KJ/mol ？
第三章：催化剂的制备
催化剂传统的制造方法：
一体化催化剂 ：沉淀法 ，Sol-gel 法 ，微乳液法 ，熔融法， 混合法
负载型催化剂 ：浸渍法 ，离子交换法 ，沉积沉淀法
沉淀过程的三个阶段：过饱和，成核，长大。
活性组分的沉积：有四种方法，沉淀法，吸附法，离子交换法，浸渍法。
沉淀法:
分类：分为单组分沉淀法（制备非贵金属的单组分催化剂或载体），多组分沉淀法(用于制备多组分催化剂，多个组分同时沉淀)，均匀沉淀法(金属盐溶液与沉淀剂充分混合后，逐渐改变条件得到沉淀物)和导晶沉淀法(借助晶化导向剂引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀)
沉淀法的生产流程：在金属盐溶液中加入沉淀剂，生成难溶金属盐或金属水合氧化物，从溶液中沉淀出来，再经老化、过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型、活化等工序制得催化剂或催化剂载体。
形成沉淀的条件：（1）溶液中析出晶核是一个由无到有生成新相的过程，溶质分子必须有足够的能量克服液固相界面的阻力，碰撞凝聚成晶核；（2）同时，为了使从溶液中生成的晶核长大成晶体，也必须有一定的浓度差作为扩散推动力。
沉淀影响因素：
（1） 浓度，
晶形沉淀应在稀溶液中进行（稀溶液中更有利于晶核长大），过饱和度不太大时（S = 1.5-2.0）可得到完整结晶，过饱和度较大时，结晶速率很快，易产生错位和晶格缺陷，但也易包藏杂质、晶粒较小，沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加入，以免局部过浓。非晶形沉淀应在较浓溶液中进行，沉淀剂应在搅拌下迅速加入
（2） 温度，
晶核生成速率、长大速率存在极大值（晶核生成速率最大时的温度比晶核长大速率最大时的温度低得多），低温有利于晶核生成，不利于晶核长大，一般得到细小颗粒，晶形沉淀应在较热溶液中进行，并且热溶液中沉淀吸附杂质少、沉淀时间短（一般70-80 oC ）
（3） pH 值，
同一物质在不同pH 值下沉淀可能得到不同的晶形 ，多组分金属盐的共沉淀，pH 值的变化会引起先后沉淀 ，
(故而为了保证沉淀颗粒的均一性、均匀性，pH值必须保持相对稳定。)
（4）加料方式，
顺加法：沉淀剂加入到金属盐溶液中，逆加法：金属盐溶液加入到沉淀剂中，并加法：金属盐溶液和沉淀剂按比例同时并流加到沉淀槽中
（5）搅拌强度
沉淀时搅拌是必需的。搅拌强度大，液体分布均匀，但沉淀粒子可能被搅拌浆打碎；搅拌强度小，液体不能混合均匀。对于晶形沉淀：沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加入，以免局部过浓，对于非晶形沉淀：沉淀剂应在搅拌下迅速加入
沉淀的后处理过程：老化-过滤-洗涤-干燥-焙烧-成型-活化
课堂介绍的制备方法除沉淀法外，还有：
熔融法：在高温条件下将催化剂的各组分熔合成为均匀的混合体、合金固熔体或氧化物固熔体，以制备高活性、高稳定性和高机械强度的催化剂
混合法：将几种催化剂组分机械混合在一起制备多组分催化剂，混合的目的是促进物料间的均匀分布，提高分散度
浸渍法：把载体浸渍（浸泡）在含有活性组分（和助催化剂）的化合物溶液中，经过一段时间后除去剩余的液体，再经干燥、焙烧和活化（还原或硫化）后即得催化剂（广泛用于制备负载型催化剂，尤其负载型金属催化剂）。
浸渍法载体的选择：对载体的一般要求是：机械强度高，载体为惰性，与浸渍液不发生化学反应，合适的颗粒形状与尺寸，适宜的表面积、孔结构等，足够的吸水性，耐热性好，不含催化剂毒物和导致副反应发生的物质，原料易得，制备简单，无污染。
浸渍法载体的预处理：酸化，钝化，焙烧，扩孔
浸渍法分类：（1）过量浸渍法：将载体浸渍在过量溶液中，溶液体积大于载体可吸附的液体体积，一段时间后除去过剩的液体，干燥、焙烧、活化。（2）等体积浸渍法：预先测定载体吸入溶液的能力，然后加入正好使载体完全浸渍所需的溶液量（实际采用喷雾法——把配好的溶液喷洒在不断翻动的载体上，达到浸渍的目的。（3）多次浸渍法：将浸渍、干燥和焙烧反复进行多次。（4）浸渍沉淀法：使载体先浸渍在含有活性组分的溶液中一段时间后，再加入沉淀剂进行沉淀。（5）蒸气浸渍法：借助浸渍化合物的挥发性，以蒸气相的形式将其负载于载体上。
浸渍法的影响因素：浸渍时间，浸渍浓度（低浓度浸渍溶液和较长浸渍时间有利于活性组分在载体孔内均匀分布），
沸石：由SiO2，Al2O3和碱金属组成的硅酸盐矿物，常指： Na2O+Al2O3+SiO2的复合结晶氧化物（复盐）。（称“分子筛”的原因：沸石结晶有许多孔道，常被吸附水和结晶水占据，加热失水后则可用作吸附剂。由于它吸附能力强，可将比其孔径大的物质排斥在外。从而把分子大小不同的混合物分开，好像筛子一样。故将沸石材料称为“分子筛”。）
溶胶：分散在分散介质中的分散相颗粒粒径为1-100 nm的分散系统
溶胶的制备：（1）分散法：利用机械设备、气流粉碎、电弧和胶溶等方法将较大颗粒分散成胶体状态（2）凝聚法：利用物理或化学方法使溶液中的溶质（分子或离子）聚集成胶体粒子
胶溶：在新生成的沉淀中，加入适合的电解质（HCl、HNO3等）或置于某一温度下，通过胶溶作用使沉淀重新分散成溶胶
溶胶稳定的因素：（1）外加电解质的影响。这影响最大，主要影响胶粒的带电情况，使 （Zeta）电位下降，促使胶粒聚结。（2）浓度的影响。浓度增加，粒子碰撞机会增多。（3）温度的影响。温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度增加。（4）胶体体系的相互作用。带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。
凝胶特征：分散相（网状结构）与分散介质（水）均为连续相,凝胶脱水后可得多孔、大比表面的固体材料Sol-Gel法制备催化剂的过程：将易于水解的金属化合物（金属盐、金属醇盐或酯）在某种溶剂中与水发生反应，通过水解生成金属氧化物或水合金属氧化物，胶溶得到稳定的溶胶，再经缩聚（或凝结）作用而逐步胶凝化，最后经干燥、焙烧等后处理制得催化剂。
溶胶-凝胶法制备催化剂的优点：（1）可以制得组成高度均匀、高比表面的催化材料（2）制得的催化剂孔径分布较均匀，且可控（3）可以制得金属组分高度分散的负载型催化剂，催化活性高
凝胶的干燥：一般干燥法，超临界（流体）干燥法，冻结干燥法，微波干燥法，真空干燥法
成型方法：压片成型，挤条成型，油中成型，喷雾成型，转动成型
思考题
1.制备一体化、负载型催化剂的方法有哪些？【一体化催化剂：沉淀法，Sol-gel法，微乳液法，熔融法，混合法。负载型催化剂：浸渍法，离子交换法，沉积沉淀法】
2.什么是沸石，它的催化作用特点有哪些？【沸由SiO2，Al2O3和碱金属组成的硅酸盐矿物，常指：Na2O+Al2O3+SiO2的复合结晶氧化物（复盐）。它的催化作用特点有：择形作用，离子交换性，表面酸碱性和静电场效应。】
3.沉淀一般分哪几个阶段进行，影响因素有哪些？【分三个阶段：过饱和，成核，长大。影响因素有浓度、温度，Ph值，加料方式和搅拌强度】
4.催化剂的成型方法有哪些？【压片成型，挤条成型，油中成型，喷雾成型，转动成型】
5. 沉淀法具体有哪些，控制因素有哪些？【具体有：单组份沉淀法，多组分沉淀法，均匀沉淀法和导晶沉淀法】
6. 浸渍法具体有哪些，控制因素有哪些？【（1）过量浸渍法（2）等体积浸渍法（3）多次浸渍法（4）浸渍沉淀法（5）蒸气浸渍法。影响因素：浸渍时间，浸渍浓度】
第四章：催化剂的表征与测试
几个概念：
吸附：气固相接触时，固体表面的浓度高于气体体相中的浓度的现象称为吸附。
脱附：固体表面上气体浓度随着时间的增加而降低的过程称为脱附。
吸附平衡：固体表面上气体浓度随着时间的增加不发生变化的现象。
等温吸附：在恒定温度下进行的吸附过程即为等温吸附。
吸附剂：吸附气体的固体物质称为吸附剂。
吸附质：被吸附的气体称为吸附质。
吸附中心：发生吸附的固体表面的局部位置称为吸附中心。物理吸附：依靠吸附剂与吸附质之间的分子间作用力，即范德华力实现的物理过程，也叫凝聚现象。
化学吸附：吸附剂与吸附质之间的相互作用改变了吸附质的键合状态，发生了电子云的重新调整，也称化学反应。
物理吸附与化学吸附的比较：
表征催化剂可提供：化学组成和结构、纹理结构及机械性质和催化活性三种最基本的信息。
总表面积S:Sg=（Vm/Vmol）*N*a m。Sg是每克吸附剂的总表面积，Vm是整个固体表面铺满单层分子时所需要的吸附质的体积，Vmol吸附质的摩尔体积，N是阿伏伽德罗常数，am每个被吸附分子在吸附剂表面所占有的面积。
Langmuir吸附等温线：θ=V/Vm=KP/(1+KP)，V是吸附体积，Vm是整个固体表面铺满单分子层所需要的气体体积。
BDDT吸附等温线
各个等温线特点（以第二种和第四种最常见）：
（1）I 型等温线（Langmuir 等温线）：
这种类型的等温线对含有微孔的一些材料如某些活性炭、硅胶、沸石等，是很常见的，对非孔性吸附剂较为少见。
对这些物质，现在一般认为，平台可能对应的是吸附剂的小孔完全被凝聚液充满，而不是单层的吸附饱和。
（2）II 型等温线（S 型等温线）：
与IV 型等温线一样，两者在低P ／P0区都有拐点B ，拐点B 相当于单分子层吸附的完成。
这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于20 nm 时常遇到。在低P ／P0区p 曲线凸向上或向下，反映了吸附质与吸附剂相互作用的强或弱。
（3）III 型等温线：
在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点B ，此种吸附甚为少见。
曲线下凸表明此种吸附所凭借的作用力相当弱。吸附质对固体不浸润时的吸附，如水在石墨上的吸附即属此例。
（4）IV 型等温线：
开始部分即低P ／P0区，与II 型等温线类似凸向上。
在较高P ／P0区，吸附明显增加，这可能是发生了毛细管凝聚的结果。
由于毛细管凝聚，在这个区内，有可能观察到滞后现象、即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合。
（5）V 型等温线（反S 型等温线）：
在实际上也比较少见。
在较高P ／P0区也存在毛细管凝聚与滞后。
BET 方程的两个假定：
1.BET 方程是建立在Langmuir 吸附理论基础上的，但同时还认为：物理吸附为分子间力，被吸附的分子与气相分子之间仍有此种力，故可发生多层吸附，多层吸附与气体的凝聚相似。
2.吸附达到平衡时，每个吸附层上的蒸发速度等于凝聚速度，故能对每层写出相应的吸附平衡式，经过一定的数学运算得到BET 方程。
BET 方程：%100)]
/()/(1)[(V V
m ?+--=s s s p p C p p p p pC 。（此等温式被公认为测定固体表面积的标准方法） V —平衡压力为P 时，吸附气体的总体积。
Vm —催化剂表面覆盖第一层满时所需气体的体积。
P —被吸附气体在吸附温度下平衡时的压力。
Ps —饱和蒸汽压力。
C —与被吸附有关的常数。 可变换为：s
s p VmC C VmC p p V p p 11)(?-+=- 将)(p p V p s -对s
p p 作图 截距A + 斜率B
VmC 1 +
VmC
C 1- = 1/ V m 于是，B A Vm +=1，于是S g 可求 测定常用的吸附质是N 2、Ar 、He 等，其截面积可查。由BET 法可延伸得到B 点法和一点法
催化剂的密度： 通常可分为堆密度、颗粒密度、真密度和理论密度。
（1） 堆密度：当用量筒测量催化剂的体积时，所得的密度称为堆密度或表观密度。这时测量的体积V
包括三部分，即颗粒与颗粒之间的空隙V 隙、颗粒内部实际的孔所占的体积V 孔和催化剂骨架所具有的体积V 真，即V 堆＝V 隙+V 孔+V 真。由此可得催化剂的堆密度为真孔隙堆堆V V V M V M ++==ρ
（2） 颗粒密度：单粒催化剂的质量与其几何体积之比。实际测量时，取一定堆体积V 堆的催化剂扣除催
化剂颗粒之间的空隙V 隙, 得到颗粒密度为p V V M ρρ=+=真孔粒。测定V 隙常采用汞置换法，
因为在常压下汞只能充满颗粒之间空隙和进人颗粒孔半径大于5000 nm 的孔中。
（3） 真密度或骨架密度：当测量的体积仅仅是催化剂骨架体积时，得到的密度称为真密度或骨架密度:
真真V M =ρ。氦气的分子小，可以进入颗粒之间的空隙和颗粒内部的细孔。将装填满催化剂颗粒
的容器抽空，然后测放入氦的量，根据气体定律和实验时的温度、压力可算出氦气所占的体积，它表示了V 隙+V 孔，即可算出V 真＝V 堆-(V 隙+V 孔)。这样测得的密度又叫氦置换密度。
（4） 理论密度：固体一群的分立的部分的质量与每一部分体积总和的比值（如果固体具有在原子水平
上理想的有规则的排列）。理论体积是从X 射线衍射晶胞的测量来测定的。故而理论密度也称X 射线或晶胞密度。
汞-氦法：
以毛细管半径r k
表示的Kelvin 方程：k *r cos 2ln ?σ液气气V p p RT -=。p 汽向下凹的弯页面的蒸汽压；P
汽*饱和蒸汽压；σ-表面张力， 液体的摩尔体积 φ液体的接触角，r k 毛细管的半径，也称Kelvin 半径，R 气体常数，T-绝对温度 。
两点结论： （1） 毛细管的液面上与其平衡的蒸汽压与液面的凹凸有关，液面下凹时，与其平衡的蒸汽压小于通常的饱和蒸汽压。液面向上凸时，与其平衡的蒸汽压大于通常的饱和蒸汽压。（2）对于润湿固体的液体来说，它在固体的毛细管中能形成向下凹的液面，因而当蒸汽压小于通常的饱和蒸汽压时，便能在毛细管中凝聚，这就是所谓的毛细管凝聚现象，毛细管孔径越小，发生凝聚所需的蒸汽压越低。
颗粒性质：催化剂的颗粒大小的分布，也称粒度分布，是指颗粒的质量随其尺寸的分布。
催化剂的粒度与其单位质量的外表面密切相关，粒径越小，外表面越大，当催化剂以粉末使用时，如流化床反应器，外扩散对总的反应速度有显著影响，颗粒分布能显著影响其流化特性，在浆态床反应器中，它会影响催化剂的沉降性。
颗粒性质分析方法有：筛分法【一套筛子（配有顶盖及底部容器）从上倒下按孔径递减的顺序叠放，将一定量要筛分的颗粒放在最上一格筛子，振动这套筛子一定时间后，称量留在每格筛子上的颗粒的重量。这样就得到颗粒重量按筛子孔径的分布。】，淘析法【用一定线速度的流体流使颗粒按尺寸分级的过程，流体通常是水和空气。】，沉降法（重力沉降、离心沉降），显微镜法和其他方法。
对于粒径≥1μ m 的颗粒，可采用光学显微镜、重力沉降、筛分、 淘析、Coulter 电感、沉降光透、光衍射等分析技术。对于粒径≤1μ m 颗粒，电子显微镜、离心沉降、光散射、 颗粒色谱、场流动分级等分析技术。
Scherrer 方程：纳米材料研究过程中，可由衍射峰的半高宽根据Scherrer 公式来估算粒子的大小。)cos (k d θλb =，为Scherrer 常数，其值为0.89；d 为晶粒尺寸（nm ）；b 积分半高宽度，在计算的过程中，需转化为弧度（rad ）；θ为衍射角；λ为X 射线波长，为0.154056 nm 。
思考题：
1. 表征催化剂可提供的信息有哪些？【化学组成和结构、纹理结构及机械性质和催化活性三种最基本的信息。】
2. 测算总表面积的一般式及其含义。【Sg=（Vm/Vmol ）*N*am 。Sg 是每克吸附剂的总表面积，Vm 是整个固体表面铺满单层分子时所需要的吸附质的体积，Vmol 吸附质的摩尔体积，N 是阿伏伽德罗常数，am 每个被吸附分子在吸附剂表面所占有的面积。】
3. 谢乐公式及其含义。【)cos (k d θλb =，可由衍射峰的半高宽根据Scherrer 公式来估算粒子的大小】
4. 多孔固体的密度与其化学组成、晶相、孔结构有关，请给出理论密度、骨架密度、颗粒密度、堆积密度的含义。【见上文】
5. 汞-氦法测定比孔容的原理和步骤。【见上文】
6. BDDT 吸附等温线的五种类型和特点。【见上文】
7. 测定颗粒大小和分布的方法有哪些？【筛分法，淘析法，沉降法（重力沉降、离心沉降），显微镜法和其他方法。】
8. 氧化物分散于大表面载体可以有四种方式？ 【沉淀法，吸附法，离子交换法，浸渍法。】
9. Langmuir 和BET 方程及含义。【Langmuir 方程：θ=V/Vm=KP/(1+KP)， BET 方程：%100)]/()/(1)[(V V m ?+--=
s s s p p C p p p p pC 】
第五章 催化剂的失活
催化剂失活：在恒定反应条件下，进行的催化反应的活性和选择性，随着运行的时间而下降的现象，称为Cat 的失活（Deactivation ）或衰变（Decay ）。催化剂的失活是一个复杂的物理和化学过程，通常将失活过程划分为三种类型：（1化剂积炭等堵塞失活，属于物理的；（2）催化剂中毒失活，属于化学的；（3） 催
化的热失活和燃烧失活；属于热学的。
积炭失活（结焦）：
1.定义：Cat 在使用过程中，因表面逐渐形成的炭的沉积物从而使Cat 活性下降的过程。对烃类反应，e.g.催化裂化，加氢裂化，烷基化等反应中，Cat 表面的积炭是不可避免的现象。随着积炭量的增加，催化剂的比表面，孔容，表面酸度，及活性中心数等皆会相应下降。积炭达到一定程度，将导致催化剂的失活。积炭越快，催化剂的使用周期就越短。
2.催化剂积炭的形成机理：
酸部位： C n H m —(CH x )y 酸结焦
脱氢部位： C n H m —yC ，脱氢结焦 金属和氧化物都可以提供脱氢部位
离解部位： 2CO ——C+CO 2或者CO 2——C+O 2 ，离解结焦
3.虽然积炭仅是对Cat 活性表面一种简单的物理覆盖，并不破坏活性表面的结构，但它引起活性下降的机理却复杂，积炭沉积物量并不达到充满整个孔隙，只要Cat 孔隙内部与积炭造成Cat 的孔口直径变小，就会致使Cat 孔内表面利用率显著降低，从而引起Cat 活性的大幅度下降。
4.不同孔径的Cat 积炭失活模式: 小孔易堵塞，大孔孔内失活。
5.影响Cat 积炭的因素：主要有原料情况，反应条件和催化剂性能三大因素。
（1）原料情况：原料油中残炭含量高（即沥青质和多环芳烃量高）或含有酸性杂质，均会增加积炭量。原料不纯，也会使积炭量增加，在多相反应中，用适宜气体载气可降低积炭，可缩短反应物与Cat 的接触时间。
（2）反应条件：原料气组成，反应温度，压力，空速均会影响，最主要的是温度，温度上升，积炭量上升。
（3）催化剂性能：在多相催化反应中催化剂的宏观结构如孔径大小，结构及其分布情况，孔隙率，比表面等，Cat 的晶粒大小及表面酸碱性，皆会影响积炭形成的速率等。
催化剂所接触的流体中的少量杂质能吸附在催化剂的活性位上，使催化剂的活性下降乃至消失，这称之为中毒。起作用的杂质被称为毒物。
金属催化剂的中毒可以分为三类：（1）含非金属元素及其化合物的毒物，这些毒物是具有孤对电子，如周期表中，VA ，ⅥA ，V Ⅱ族元素及其化合物。但这些化合物若进一步反应，变成不再含孤对电子时，则不再是毒物。此类毒物的原因是毒物中的孤对电子会向催化剂金属中的d 轨道填充。再生办法，选择适当的氧化剂将毒物氧化，即可恢复活性。（2）含不饱和键的化合物毒物，引起失活原因：易将其不饱和键打开，提供电子对与V Ⅲ族金属催化剂的d 轨道结合成键，使Cat 中毒。再生办法: 此类毒物可采用加氢法，使其不饱和键变成饱和键而失去活性。（3） 金属元素及其化合物毒物，重金属Hg ，Pb ，Bi ， Zn ， Cd ，Cu 等 电子构型 d5-d10都是Pt 和Pd 的毒物。其毒性与他们的d 电子轨道被电子对充满有关，即毒物所具有的d 电子填充到Pt ，Pd 催化剂的d 轨道。空穴中形成强化学键，从而使Cat 的d 轨道不能发挥作用，属永久性中毒，活性不可恢复。
催化剂毒物的毒化作用：
（1）毒物的浓度效应：能够引起Cat 中毒的毒物含量，存在一个浓度界限。不同Cat 化学反应及反应条件不同，浓度界限不同。典型的毒物浓度效应曲线如下：
。rc —毒物浓度为C 是的催化活性，ro —没有毒物时的催化活性，α-毒物系数
（2）毒化作用的温度效应：在不同反应温度下，毒物与催化活性物质的作用可能不同
（3）毒物作用的几何效应：毒物毒化效应的大小与其分子量的大小和结构的几何因素有关， 毒化效应随毒物分子量的增加而增加。硫化物碳链增长，毒性也随之增大。对两个终端反应各有一个硫原子的硫化物，其毒性小于两个终端只有一个硫原子的硫化物。
中毒本质：Cat 表面活性中心吸附了毒物，或进一步转化，为较为稳定的表面化合物，钝化了活性中心，是Cat 不能正常地参与反应物的吸附及发挥原有的作用，因而降低了活性或选择性，甚至完全丧失了活性。 中毒的分类：（1）可逆中毒（或暂时中毒）：毒物在活性中心上吸附或化合，因生产键较弱。采用适当的方)1(0C r r c α-=
法可除去毒物，Cat恢复活性。（2）不可逆中毒（永久性中毒）：毒性与活性组分形成了稳定的化合物，或造成其结构的破坏，难以再生。（3）选择性中毒：一种Cat中毒之后，可能失去对某一反应的催化活性，但对别的反应却仍有催化活性，此现象称选择性中毒。
Cat因烧结引起的失活是工业催化剂，特别是负载型金属Cat失活的主要原因。高温除了引起烧结，还会引起其他变化，（热失活）。
催化剂的烧结过程：对负载型Cat烧结时，首先烧结的是载体的微孔结构，随温度上升和受热时间增加，Cat的平均孔径上升，总孔隙率下降，比表面下降。烧结使金属微晶聚集长大，金属分数度下降，活性金属表面积下降。
Cat烧结不仅影响其活性，还影响其选择性，而且由于烧结不具有可逆性，故由此引起的Cat失活是永久性失活，无法再生。
Cat的热失活：（1）固相间的化学反应，主要指负载的金属组分与载体或助剂之间的反应，（2）相变和相分离在低温下，Cat中很多组分皆处于介稳状态，但在Cat运行温度下，Cat由于长时期遭受热的作用，其介稳体系会更加向稳定的状态转变。Cat发生相变和相分离的结果是活性和选择性下降，强度下降。（3）活性组分被包埋，加热到高温时，金属晶粒会部分陷入到氧化物载体中。包埋使其暴露表面下降，活性降低，不易在表面迁移，抑制晶粒长大。（4）组分挥发，（5）颗粒破裂，（6）结污：指反应器中的各种碎屑在Cat颗粒上的沉积。E.g.结垢，绣和其他腐蚀产物。
Cat的再生：指cat经使用后活性和选择性下降到一定程度，通过适当的处理使其活性或选择性，甚至机械强度得到恢复的一种操作过程。它是延长催化剂的使用寿命，降低生产成本的一种重要手段。
失活催化剂再生的意义：（1）经济效益，能大幅度地提高工业催化装置的综合经济效益。尤其是贵金属作活性组分的催化剂，其成本高，再生能降低生产成本。（2）生产需要，有些工业催化剂若不进行再生就无法使催化工业实行工业化。即失活cat的再生技术本身就已属于生产工艺的一部分。（3）社会效益及环境效益，减少cat的消耗量，提高相关矿产资源的利用率，有利于资源的回收利用和环境保护。
影响Cat烧结的因素：（1）温度：一般认为，金属Cat在Tammann（熔点温度的1/2）时就开始明显烧结，故使用温度应不高于此温度。（2）气氛：一般认为，氧化气氛下，金属烧结的速度高于还原气氛和惰性气氛下的烧结速度。（3）金属含量：一般金属含量上升，将加快烧结速度。（因为金属熔点一般低于载体的）（4）毒物及助剂：毒物在金属表面上的毒化作用，会促进金属晶粒的长大，加剧Cat的烧结，甚至还会引起Cat的低温烧结。（5）金属-载体相互作用：由于金属和载体的相互作用不同，使同一种金属在不同载体上的热稳定性不同。
思考题：
1.什么是催化剂失活，其分类有哪些？【在恒定反应条件下，进行的催化反应的活性和选择性，随着运行的时间而下降的现象，称为Cat的失活（Deactivation）或衰变（Decay）。催化剂的失活是一个复杂的物理和化学过程，通常将失活过程划分为三种类型：（1化剂积炭等堵塞失活，属于物理的；（2）催化剂中毒失活，属于化学的；（3）催化的热失活和燃烧失活；属于热学的。】
2.什么是催化剂再生，有何意义？【Cat的再生：指cat经使用后活性和选择性下降到一定程度，通过适当的处理使其活性或选择性，甚至机械强度得到恢复的一种操作过程。它是延长催化剂的使用寿命，降低生产成本的一种重要手段。失活催化剂再生的意义：（1）经济效益（2）生产需要（3）社会效益及环境效益】
考试安排：
2009-12-10，第7,8节主102（前17），主D02（其余）【最好自己上网查一下】
题型：
填空：10’（=3’*2+2’*2）名词解释：15’（=3’*5）简答：20’（=5’*4）论述：55’（=11’*5）
、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）
第一章催化剂与催化作用 1.催化剂的定义与特征 催化剂是一种物质，它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由能变化 改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度（催化剂的共性—活性），催化剂对反应具有选择性（催化剂的专用性），只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应，只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置（平衡常数）2、催化反应分类催化反应机理分类 反应：均相催化反应非均相（多相）催化反应酶催化反应 机理：酸碱型催化反应氧化还原型催化反应 2.催化剂的基本组成以及表示方法：主催化剂助催化剂载体 4. 催化剂的反应性能：活性稳定性选择性 (转化率选择性产率) 活性：催化剂对反应加速的程度，用来衡量催化剂效能大小的指标 稳定性是指催化剂活性和选择性随时间变化的情况 热稳定性（活性组分挥发、流失；活性组分烧结或微晶长大，进而比表面、活性位减少） 化学稳定性（稳定的催化剂化学组成和化合状态，活性组分和助催化剂不产生化学变化） 抗污稳定性（催化剂表面积焦、积炭） 抗毒稳定性（催化剂对有害物质毒化的抵抗能力） 选择性：指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。用来描述催化剂
上两个以上相互竞争反应的相对速率 S（选择性）= [转化为目的产物所消耗的该反应物量 / 某反应物转化总量] × 100% Y（产率） = 转化率×选择性 第二章吸附作用与多相催化 1.多相催化的反应过程 (外扩散内扩散阻力消除措施效率因 子) 外扩散：反应物分子从气流中向催化剂颗粒外表面扩散 （孔）内扩散：反应物分子从颗粒外表面向颗粒内表面扩散 吸附：反应物分子在催化剂内表面吸附 表面反应：吸附的反应物分子在催化剂表面上反应 脱附：产物分子自催化剂内表面脱附 （孔）内扩散：产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散 外扩散：产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散 効率因子η = 观测的反应速度 / 本征反应速率 < 1 2.吸附作用 (类型强弱大小) 物理吸附和化学吸附化学吸附大于物理吸附
工业催化试卷及答案 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
一、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 D．IV 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/γ-Al 2O 3 B．Ag/α-Al 2 O 3 C．Ag/γ-Al 2O 3 D．Ni/γ-Al 2 O 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 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． B． C．D． 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 8．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 C．Cu 2 O D．CuO 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 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。 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，相邻的四面体由氧桥联结成环。 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。 三、判断改错，在题后的括号内，正确的打“√”，错误的打“×”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 ） 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） 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。 27．超强酸 是一种酸性比100%硫酸还强的酸。H。＜－ 28．结构敏感反应
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
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。
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。
工业催化参考试卷――1 一、填空 1. 催化剂只能改变化学反应到达平衡的速率_____________而不改变反应的_ _反应的平衡位置 __________。 2. 多相催化剂通常由_______、_______、_______三部分组成。 3. 评价工业催化剂性能好坏的指标有_______、_______、_______、_______、_______等。 4. 在多相催化反应中有_______、_______、_______三类控制步骤。在连串反应中，控制步骤_______总过程速度。当过程处于_______时，催化剂内表面利用率最高。 5. 固体酸表面存在_______和______两类酸性中心；两者的转化条件是_________________。 6. 催化剂表面能量分布的类型有_______、_______、_______三种形式。 7. Langmuir 吸附等温式用于_______，吸附量与压力的关系是_______。 8. 吸附热表征_______。催化活性与吸附热之间的关系_______。 9. 半导体的附加能级有_______和_______两种，N 型半导体的附加能级是_______能级，它使半导体的E f _______，电导率_______。 10. 络合物催化剂由_______和_______两部分组成。 11. 常用的工业催化剂制备方法有_______、_______、_______等。 12. 造成催化剂失活的原因有_______、_______、_______等。 13. 催化剂上的吸附有_______ 和____________两种类型； H2 的吸附常采用_______ ，烯烃的吸附常采用_________。反应物在催化剂上的吸附态决定了催化反应的 _______。 14. 按照助剂的功能，它可以分为_______、_______两类。 15. d 轨道在四面体配位场中能级分裂为_______、_______两组；当电子成对能P<分裂能Δ 时，电子采取_______排布。 16. 影响过渡金属的催化剂活性的因素有_______、______两方面，组成合金可以调节过渡金属催化剂的_______因素。 17. 分子筛催化剂的特点是_______。常用的分子筛催化剂有_______、_______等。 18. 均相催化的优点是_______、_______；但其缺点是_______、_______等。 19. 选择性的定义是________________________，其计算公式是_______________________。 二、画出[PtCl3(CH2=CH2)]―的空间构型及电子结构图,并指出CH2=CH2 活化的原因。 三、（二选一）1.写出CO+O2→CO2 在P 型半导体催化剂上的反应机理。2.试解释N 型半导体催化剂利于 加氢反应。 n—型半导体: 阳离子过剩，阴离子缺位。 例，ZnO中Zn2+ 离子过剩。 为保持电中性，过剩的离子，拉住一个电子形成eZn2＋，在靠近导带附近形成一附加能级。温度升高时，此电子释放出来，成为自由电子，这是ZnO导电的来源。
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。
专科《工业催化》 一、（共50题,共100分） 1. 关于催化剂描述不正确的是 ( ) （2分） A.催化剂量与化学计量方程式无关 B.反应速度通常与催化剂量成正比 C.加速反应但不参加反应者也是催化剂 D.参加反应后催化剂会有变化但很微小 .标准答案：C 2. 工业上用于空气氧化乙烯制环氧乙烷的催化剂中和分别作为( ) （2分） A.主催化剂和助催化剂 B.主催化剂和载体 C.载体和主催化剂 D.助催化剂和主催化剂 .标准答案：B 3. MgO载体是( ) （2分） A.酸性载体 B.两性载体 C.中性载体 D.碱性载体 .标准答案：D 4. 在过渡金属中，下列哪种物质的化学吸附最弱( ) （2分） A.乙烷 B.乙烯 C.乙炔 D.苯 .标准答案：A 5. 孔半径范围在1.5~15nm的孔称为（）（2分） A.微孔 B.中间孔 C.中大孔 D.大孔 .标准答案：B 6. 下列催化剂制备方法中，只能制备低含量金属负载型催化剂的是( ) （2分） A.沉淀法 B.机械混合法 C.离子交换法 D.浸渍法 .标准答案：C 7. B.E.T.方程式的导出是基于( ) （2分） A.化学吸附的多分子层理论，用Langmuir的理想表面吸附模型推导出来 B.物理吸附的多分子层理论，用Langmuir的理想表面吸附模型推导出来的 C.物理吸附的单分子层理论，用Langmuir的理想表面吸附模型推导出来的 D.物理吸附的多分子层理论，用Freundlich的非理想表面吸附模型推导出来的 .标准答案：B 8. 两种反应物参加的多相催化反应中( ) （2分） A.两种反应物都必须发生化学吸咐 B.至少一种反应物发生化学吸附 C.至少一种反应物发生物理吸附 D.以上都可以 .标准答案：B 9. 在催化剂的煅烧过程中，下列哪种说法不正确( ) （2分） A.失去化学键合的水或二氧化碳 B.不改变孔径分布 C.形成活性相 D.稳定机械性质 .标准答案：B 10. 助催化剂（）（2分） A.本身对某一反应有很好的活性 B.加入的量一般小于催化剂总量的10% C.对载体没有帮助 D.对催化活性组分无影响 .标准答案：B 11. 下列哪种制备方法是控制均匀沉淀的有效方法( ) （2分） A.在金属盐溶液中加NaOH作沉淀剂 B.在金属盐溶液中加尿素作沉淀剂并加热 C.在金属盐溶液中加Na2CO3作沉淀剂 D.在金属盐溶液中加醋酸作沉淀剂 .标准答案：B 12. 在用压汞法测孔结构时( ) （2分） A.样品孔半径越大，所需汞压越大 B.样品孔半径越小，所需汞压越小 C.样品孔半径越大，所需汞压越小 D.样品孔半径与所需汞压无关 .标准答案：C 13. 下列金属催化剂中，加氢反应活性最高的是( ) （2分） A.Pt B.Pd C.Ni D.Cu .标准答案：A 14. 在过渡金属催化加氢催化剂中，一般其“d带空穴”和“d特征百分数”范围在 ( ) （2分） A.0~2，40~50% B.2~4，40~50% C.0~2，80~90% D.2~4，80~90% .标准答案：A
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
-1 - 第二章 IUPAC 于1981年提出的定义：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。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化 反应 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 ?对于可逆反应，能催 化正方向的催化剂，就能催化逆反应方向 （3） 催化剂对反应具有选择性 （4 ）催化剂活性有一定寿命 催化反应产物具有选择性的主要原因仍然是由于催化剂可以显著降低主反应的活 化能，而副反应活化能的降低则不明显 . 催化剂组成： 1. 活性组分：化学活性 2. 载体：高表面积，孔结构，机械强度等 3. 助催化剂：对活性组分/载体改性 活性组分：催化剂的主要成分，可由一种物质组成，也可由多种物质组成 活性组分的分类：金属；过渡金属氧化物、硫化物；非过渡金属氧化物 第四章 固体酸：天然粘土物质，天然沸石，金属氧化物及硫化物，氧化物混合物，金属盐 等; 固体碱：碱金属及碱土金属分散于氧化硅、氧化铝，金属氧化物，金属盐等 液体酸：H2SO4,H3PO4,HCI 水溶液，醋酸等 液体碱：NaOH 水溶液，KOH 水溶液 杂化轨道中d 原子轨道所占的百分数称为 d 特性百分数（d%），金属的d%越大，相 应的d 能带中的电子填充越多，d 空穴就越少。广为应用的金属加氢催化剂来说， d%在 40-50% 为宜。 d 带空穴的存在，使之有从外界接受电子和吸附物种并与之成键的能力。但也不是 d 带空穴越多，其催化活性就越大。因为过多可能造成吸附太强，不利于催化反应。 金属在载体上微细的程度用分散度 D （ Dispersion ）来表示，其定 因为催化 反 应都是在位于表面上的原子处进行，故分散度好的催化剂，一般其催化效果较好。当 D = 1时，意味着金属原子全部暴露。 第五章 环境友好加工要求：极高的转化率；接近 100%的选择性；污染物的浓度必须降至 10-6级或零排放。 金属的分散度： 义为： 表面的金属原子 / g 催化剂 总的金属原子
工业催化试卷答案整理 一，催化剂载体的功能？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。 二，工业催化剂的一般要求是什么？1具有高活性和选择性2稳定性好3环境友好和自然界的相容性。 三，络合催化剂有几个关键的基元反应？1配位不饱和与氧化加成反应2穿插反应3，B—氢转移反应4配位体解离和配位体交换反应 四，工业催化剂的制备方法有：沉淀法，浸渍法，混捏法，离子交换法，熔融法等。 常用是沉淀法，浸渍法，混捏法。 五，酶催化的特征为：酶是一种生物催化剂⑴酶具有化学催化的一般特征①不变性，催化剂只能加速催化剂反应的进行，但在反应前后，催化剂本身保持不变②可逆性，催化剂能以相同的效果加速正逆反应的进行，即催化剂只能加速化学平衡的到达，但不能改变化学平衡状态和平衡常数，催化剂只能加速热力学上可以实现的反应③选择性，催化剂能有选择的加速某个反应，从而提高目的产物的收率。⑵酶与一般催化剂比较具有以下特点①催化活性极高，对同一反应酶催化比一般化学催化效率高10～6-10～13倍②极高的催化专一性，酶只能加速一种底物或一些
结构相似的底物的化学反应。③催化反应条件很温和。酶催化可在常温常压和中性PH介质环境下进行。 ㈠催化作用的定义及特征？催化作用：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。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应称为催化反应。催化作用的特征：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③催化剂对反应具有选择性④催化剂具有一定的寿命 ㈡催化助剂的种类？催化助剂是催化剂中具有提高催化剂活性、选择性、改善催化剂耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。助催化剂本身并无催化活性，但只要在催化剂中添加少量的助催化剂即可显著改善催化剂的性能。 催化助剂有：结构助催化剂，电子助催化剂，晶格缺陷助催化剂，选择性助催化剂，扩散助催化剂等 （三）分子筛催化剂的择形催化特性？1.反应物的择形催化2.产物的择形催化3.过滤状态限制的择形催化4.分子交通控制的择形催化 （四）影响酶催化反应的因素是什么？一、温度对酶促的影响，温度对酶催化作用的影响体现于两个方面1）与一般的化学反应相同，在一定的温度范围内，酶促反应速率随着温度的升高而加快，一般每升高10度，反应速率提高1-2倍2）酶是蛋白质，
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
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?=
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
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