催化作用原理课程教学大纲
英文名称：Catalysis Principles 课程编码：
学时：32 学分：2
课程性质：专业限选课课程类别：理论课
先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学
开课学期：第五学期
适用专业：化学工程与工艺
一、课程的性质与任务
本课程是化学工程与工艺专业的专业限选课。
本课程的教学任务是：使学生理解催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等几种典型催化剂的催化作用原理，了解环境催化的特点及研究内容，使学生具备有关催化剂合成、表征与测试的基础知识及基本技能，使学生了解本学科的最新发展动态。
二、教学目标与要求
使学生了解有关催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等重要工业催化剂的催化反应原理，了解环境催化等本学科及交叉学科的发展动态。使学生具备有关催化剂的合成、表征与测试等基本理论知识，了解相关的研究方法，培养学生分析和解决催化剂制备技术中各种实际问题的能力，以适应社会对于化工专业人才的需求。
三、课程的基本内容与教学要求
第一章催化剂与催化作用的基础知识
[教学目的与要求]：
了解催化剂与催化作用的基本特征、催化反应的分类等基础知识，明确固体催化剂的组成与结构，催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求等。
[本章主要内容]：
1.1 催化剂与催化作用的特征
1.2 催化反应和催化剂的分类
1.3 固体催化剂的组成与结构
1.4 催化剂的反应性能
1.5 多相催化反应体系分析
[本章重点]：
1．催化剂与催化作用的基本特征
2．多相催化反应体系中的物理过程与化学过程分析
[本章难点]：
缔合活化催化循环和非缔合活化催化循环
第二章催化剂的表面吸附与孔内扩散
[教学目的与要求]：
了解有关固体表面吸附的基本概念，掌握物理吸附与化学吸附的特性、化学吸附的类型、化学吸附态和吸附平衡的两种表示方法，了解催化剂的表面积及其测定方法，了解催化剂重要孔结构参数的类型及测定方法，了解孔内扩散的类型及影相因素等。
[本章主要内容]：
2.1 催化剂的物理吸附与化学吸附
2.2 化学吸附类型和化学吸附态
2.3 吸附平衡与等温方程
2.4 催化剂的表面积及其测定
2.5 催化剂的孔结构与孔内扩散
[本章重点]：
1．催化剂的物理吸附与化学吸附
2．催化剂的表面积、孔结构及其测定方法
[本章难点]：
吸附等温方程的意义及其应用
第三章酸碱催化剂及其催化应用
[教学目的与要求]：
理解酸和碱定义、酸碱催化剂的应用及其类型，掌握固体酸碱的性质及其测量方法，重点掌握酸碱催化剂的催化机理，了解沸石分子筛催化剂的结构、特点、分类及其催化作用。[本章主要内容]：
3.1 酸碱催化剂的应用及其类型
3.2 酸碱定义及酸碱中心形成
3.3 固体酸的性质及其测量
3.4 酸碱催化反应机理
3.5 沸石分子筛催化剂及其催化作用
[本章重点]：
1．均相和多相酸催化反应机理
2．沸石分子筛催化剂的结构、特点及其催化作用
[本章难点]：
1．固体酸性质的测量原理及方法
2．沸石分子筛催化剂的孔道结构及其酸性质调变
第四章金属催化剂及其催化作用
[教学目的与要求]：
熟悉金属催化剂的应用及其特征，重点掌握金属催化剂电子因素、晶体结构与催化作用的关系，掌握金属及负载型金属催化剂及其催化作用。
[本章主要内容]：
4.1 金属催化剂的应用及其特征
4.2 金属催化剂的电子因素与催化作用的关系
4.3 金属催化剂的晶体结构与催化作用的关系
4.4 负载型金属催化剂及其催化作用
4.5 合金催化剂及其催化作用
[本章重点]：
1．金属催化剂的电子因素对其催化性能的影响
2．金属催化剂的晶体结构对其催化性能的影响
[本章难点]：
负载型金属催化剂的分散度概念及其与催化性能的关系
第五章过渡金属氧化物催化剂及其催化作用
[教学目的与要求]：
了解过渡金属氧化物催化剂的应用及氧化物的类型，掌握半导体催化剂的化学吸附与半导体电子催化理论，理解过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理。
[本章主要内容]：
5.1 过渡金属氧化物催化剂的应用及类型
5.2 金属氧化物中的缺陷和半导体性质
5.3 半导体催化剂化学吸附与半导体电子催化理论
5.4 过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理
5.5 过渡金属氧化物中晶体场的影响
[本章重点]：
1．半导体催化剂的电子催化理论及其应用
2．过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理及其反应实例
[本章难点]：
1．过渡金属氧化物中晶体场理论
2．晶体场稳定化能的概念
第六章络合催化剂及其催化作用
[教学目的与要求]：
了解络合催化剂的应用，对络合催化剂的形成与络合物的反应有进一步的认识，掌握络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变，理解络合催化反应机理及其典型催化反应实例等内容。
[本章主要内容]：
6.1 络合催化剂的应用及化学成键作用
6.2 络合催化剂的形成与络合物的反应
6.3 络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变
6.4 络合催化机理
[本章重点]：
1．络合催化剂的配位体类型与络合物的反应
2．络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变
3．络合催化机理
[本章难点]：
1．络合催化剂对反应物的活化
2．络合催化剂的调变
第七章催化剂的制备、使用、表征与测试
[教学目的与要求]：
详细了解沉淀、浸渍、还原、热分解、离子交换等传统催化剂制备方法，掌握有关催化剂的积碳、中毒、烧结等失活原因及催化剂的再生方法。了解采用X射线衍射、红外光谱、紫外-可见光谱分析等技术进行催化剂物理性能测试的原理，了解催化剂的催化反应性能评价装置与过程。
[本章主要内容]：
7.1 催化剂的制备方法
7.2 催化剂的失活与再生
7.3 催化剂的表征与测试
[本章重点]：
1．催化剂的几种重要制备方法
2．催化剂的失活类型及其再生方法
[本章难点]：
几种催化剂表征与测试方法的原理与方法
第八章环境催化
[教学目的与要求]：
了解环境催化的特点和研究内容，重点掌握机动车尾气净化催化技术、脱硫、脱氮技术及CO2的催化治理技术，了解氯氟烃的催化治理和水污染治理方法，了解清洁燃料的生产和绿色催化技术的开发等。
[本章主要内容]：
8.1 环境催化的特点和研究内容
8.2 机动车尾气净化催化技术
8.3 脱硫、脱氮技术
8.4 CO2和氯氟烃的催化治理
8.5 水污染治理
8.6 清洁燃料的生产和绿色催化技术的开发
[本章重点]：
1．机动车尾气净化催化剂-三效催化剂的组成和发生的反应
2．对烟道气进行脱硫和脱氮的反应及所使用的催化剂
[本章难点]：
光催化氧化法治理水污染的原理及设备
四、课程学时分配
五、课程习题课（讨论课）的要求
无。
六、实验内容与要求
无。
七、教学方法及手段（含现代化教学手段）
本课程教学活动所运用的主要教学手段和方法是理论教学和运用多媒体课件相结合。
八、课程考核方式
本课程是考试课，考试的形式采用开卷。本课程成绩评定按考试成绩确定。
九、课程教材及主要参考书
[课程教材]：
《催化剂与催化作用》第三版，王桂茹主编，大连理工大学出版社；2007年。
[课程主要参考书]：
1．《催化剂工程》，储伟主编，四川大学出版社，2006年。
2．《绿色催化过程与工艺》，王延吉，赵新强编著，化学工业出版社，2002年。
3．《催化剂工程导论》，王尚弟，孙俊权著，化学工业出版社，2001年。
4．《实用催化》，高正中编著，化学工业出版社，1996年。
5．《工业催化》，黄仲涛主编，化学工业出版社，1994年（2001年再版）。
6．《催化剂表征与测试》，J. R. 安德森，K. C. 普拉特著，庞礼，李琬，李国英，王建国译，烃加工出版社，1989年。
制定人：王丽琴
审定人：王丽琴
批准人：邵光杰
【名词解释】 1、可持续发展：既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展称为可 持续发展。 2、催化裂化：是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等 过程。 3、加氢裂化：在较高的压力和温度下，氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化 反应，转化为轻质油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烃的原料）的加工过程。 4、催化重整：是在催化剂作用下从石油轻馏分生产高辛烷值汽油组分或芳香烃的工艺过程。 5、加氢精制：是指在催化剂和氢气存在下，石油馏分中含硫、氮、氧的非烃组分发生脱除硫、 氮、氧的反应，含金属有机化合物发生氢解反应，同时，烯烃发生加氢饱和反应。 6、温室效应：由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线吸收而导致大气层温度升高，地球 变暖的现象。 7、催化剂：是一种能够改变一个化学反应的速度，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消耗的化学物质。 催化作用：指催化剂对化学反应所产生的效应。 8、活化：通过还原或硫化使催化剂活性组份由金属氧化物变为金属态或硫化态的过程。 9、化学吸附是反应物分子活化的关键一步，反应物分子与催化活性表面相互作用产生新的化学 物种——反应活性物种。 10、吸附现象：当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相的现象。 吸附质：被吸附的气体。 吸附剂：吸附气体的固体。 吸附态：吸附质在固体表面上吸附后存在的状态。 吸附中心或吸附位：通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置。 吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。 吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变的状态。 11、积分吸附热 在一定温度下，当吸附达到平衡时，平均吸附1mol气体所放出的热量称为积分吸附热q积。 微分吸附热 催化剂表面吸附的气体从n mol 增加到 (n+d n) mol时，平均吸附每摩尔气体所放出的热量。 12、化学吸附态一般是指吸附物种在固体表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构和几何构 型。 13、凡是能给出质子的物质称为酸（B酸） 所谓酸（L酸），乃是电子对的受体，如BF3 固体酸：能给出质子或者接受电子对的固体称为固体酸。 14、相容性： 发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。除表面外，不深入到体内，此即相容性。 15、d带空穴： 金属镍原子的d带中某些能级未被充满，称为“d带空穴”。 16、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。 17、结构敏感反应：反应速率对金属表面的微细结构变化敏感的反应。 结构不敏感反应：反应速率不受表面微细结构变化的影响。 18、沸石：自然界存在的结晶型硅铝酸盐（由于晶体中含有大量结晶水，加热汽化，产生类似
催化燃烧的基本原理 催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低活化能，同时催化剂表面具有吸附作用，使反应物分子富集于表面提高了反应速率，加快了反应的进行。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H20, 同时放出大量热能，其反应过程为： 2 催化燃烧的特点及经济性 2.1催化燃烧的特点 2.1.1起燃温度低，节省能源 有机废气催化燃烧与直接燃烧相比，具有起燃温度低，能耗也小的显著特点。在某些情况下，达到起燃温度后便无需外界供热。 二、催化剂及燃烧动力学 2.1催化剂的主要性能指标 在空速较高，温度较低的条件下，有机废气的燃烧反应转化率接近100%，表明该催化剂的活性较高[9]。催化剂的活性分诱导活化、稳定、衰老失活3 个阶段，有一定的使用限期，工业上实用催化剂的寿命一般在2年以上。使用期的长短与最佳活性结构的稳定性有关，而稳定性取决于耐热、抗毒的能力。对催化燃烧所用催化剂则要求具有较高的耐热和抗毒的性能。有机废气的催化燃烧一般不会在很严格的操作条件下进行，这是由于废气的浓度、流量、成分等往往不稳定，因此要求催化剂具有较宽的操作条件适应性。催化燃烧工艺的操作空速较大，气流对催化剂的冲击力较强，同时由于床层温度会升降，造成热胀冷缩，易使催化剂载体破裂，因而催化剂要具有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。 2.2催化剂种类 目前催化剂的种类已相当多，按活性成分大体可分3 类。2.2.1贵金属催化剂 铂、钯、钌等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长，适用范围广，易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的Pt-Al203 催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少，价格昂贵，耐中毒性差，人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。2.2.2过渡金属氢化物催化剂 作为取代贵金属催化剂，采用氧化性较强的过渡金属氧化物，对甲烷等烃类和一氧化碳亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有Mn0x、CoOx和CuOx等催化剂。大连理工大学研制的含Mn02催化剂，在130C及空速13000h-1 的条件下能消除甲醇蒸气，对乙醛、丙酮、苯蒸气的清除也很有效果。
一、催化剂的定义与催化作用的特征 1．定义：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。2．特征:①加快反应速率;②反应前后催化剂不发生化学变化(催化剂的化学组成--不变化物理状态---变化（晶体、颗粒、孔道、分散))③不改变化学平衡④同时催化正、逆反应。⑤对化学反应有定向选择性。 二、催化剂的评价指标 工业催化剂的四个基本指标：选择性、稳定性、活性、成本。 对工业催化剂的性能要求：活性、选择性、生产能力、稳定性、寿命、机械强度、导热性能、形貌和粒度、再生性。 1.活性催化剂使原料转化的速率：a=-(1/w)d(nA)/dt 2.生产能力--时空收率：单位体积（或单位质量）催化剂在单位时间内所生产的目的产物量Y v,t=n p/v.t or Y W,t=n p/w.t 3.选择性：目的产物在总产物中的比例S=Δn A→P/Δn A=(p/a).(n P/Δn A) =r P/Σr i 4.稳定性：指催化剂的活性随时间变化 5.寿命：是指催化剂从运行至不适合继续使用所经历的时间 三、固体催化剂催化剂的组成部分 主催化剂---活性组份：起催化作用的根本性物质，即催化剂的活性组分，如合成氨催化剂中的Fe。其作用是：化学活性，参与中间反应。 共催化剂：和主催化剂同时起作用的组分，如脱氢催化剂Cr2O3-Al2O3中的Al2O3。甲醇氧化的Mo-Fe催化剂。 助催化剂：它本身对某一反应无活性，但加入催化剂后（一般小于催化剂总量10%）能使催化剂的活性或选择性或稳定性增加。加助催化剂的目的：助活性组份或助载体。 载体：提高活性组份分散度，对活性分支多作用，满足工业反应器操作要求，满足传热传质要求。 四、固体催化剂的层次结构 初级粒子：内部具有紧密结构的原始粒子； 次级粒子：初级粒子以较弱的附着力聚集而成-----造成固体催化剂的细孔； 催化剂颗粒：次级粒子聚集而成-----造成固体催化剂的粗孔； 多孔催化剂的效率因子：η=K多孔/K消除内扩散=内表面利用率<1 五、催化剂的孔内扩散模型 物理吸附：分子靠范德华力吸附，类似于凝聚，分子结构变化不大，不发生电子转移与化学键破坏。 努森扩散（微孔扩散）：当气体浓度很低或催化剂孔径很小时，分子与孔壁的碰撞远比分子间的碰撞频繁，扩散阻力主要来自分子与孔壁的碰撞。散系数D K=9700R(T/M)0.5 式中：R是孔半径，cm; T是温度，K；M是吸附质相对分子量。 体相扩散（容积扩散）：固体孔径足够大，扩散阻力与孔道无关，扩散阻力是由于分子间的碰撞，又称分子扩散。体相扩散系数D K=νγθ/（3τ）式中ν、γ 分别是气体分子的平均速率和平均自由程；θ 固体孔隙率；τ 孔道弯曲因子，一般在2~7。 过渡区扩散：介于Knudsen扩散与体相扩散间的过渡区。分子间的碰撞及分之与孔道的碰撞都不可忽略 构型扩散：催化剂孔径尺寸与反应物分子大小接近，处于同一数量级时，分子大小发生微小变化就会引起扩散系数发生很大变化。例如：分子筛择形催化 六、催化过程的分类 均相催化：反应物和催化剂处于同一相
催化原理总结 《催化作用基础》总结,2010级,第一章绪论,催化剂的重要性质：活性：转化率选择性：分数选择性，相对选择性，工业选择性，产率寿命：寿命曲线（成熟，稳定，衰老）价格：选择催化剂应考虑的因素:选择性,寿命,活性,价格固体催化剂的一般组成:载体,主催化剂(活性组份),助催化剂(载体的:提高稳定性,抑制副反应,提供双功能；活性组份的:促进活性结构的形成,调变活性组份的电子云密度)载体的作用:1）分散活性组分；2）稳定化作用（抑制活性组份的烧结）；3）助催化作用（如，提供酸性，对金属组分的调节作用）；4）支撑作用；5）传热与稀释作用负载型催化剂的组成：载体、活性组分、助剂,催化剂的分类1.按催化反应体系物相的均一性分类:均相,非均相(多相),酶催化2.按催化剂的作用机理分类:1）氧化还原：加氢、脱氢、氧化、脱硫等2）酸碱催化：水合、脱水、裂化、烷基化、异构化、歧化、聚合等3）配位催化：烯烃氧化、烯烃氢甲酰化、烯烃聚合、烯烃加氢、烯烃加成、甲醇羰基化、烷烃氧化、酯交换等3.按催化反应类型分类1）加氢2）脱氢3）部分氧化4）完全氧化5）水煤气变换6）合成气7）酸催化的裂化、歧化、异构化、烷基化、聚合、水合、脱水等反应8）氧氯化反应9）羰基化10）聚合,第一章绪论,4.按催化剂分类1）酸、碱催化剂均相酸、碱催化剂多相酸、碱催化剂（固体酸、碱催化剂）2）金属催化剂3）半
第一,络合催化剂）4导体催化剂过渡金属氧化物过渡金属硫化物．章绪论,第二章吸附作用与多相催化,多相催化的反应步骤与扩散 固体表面分子在固体表面的吸附金属表面上的化学吸附氧化物 表面上的化学吸附吸附等温线,1.多相催化反应步骤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,第二章吸附作用与多相催化,扩散扩 散方式:常规:孔径≥100nm努森:孔径≤100nm构型:孔径＜1.5nm 扩散系数：,第二章吸附作用与多相催化,2.吸附物理吸附：分子 间力，吸附力弱，吸附热小（8~20kJ/mol），可逆吸附，无选择性，可发生多层吸附化学吸附：化学键力，吸附力强，吸附热大（40~800kJ/mol），般不可逆，有选择性，单分子层吸附类似化 学反应，遵循化学热力学和动力学规律,第二章吸附作用与多相 催化,3.固体表面结晶、无定形物质、配位多面体1）晶体表面的晶面暴露晶面的影响因素：影响不同晶面暴露比例的因素：热力学动力学稳定的晶面特点：（1）单位面积上未满足的键的数目小；（2）电中性。 ,第二章吸附作用与多相催化,晶体的缺陷分类：点，线，面，立体晶体表面的缺陷与催化作用原子水平的固体表面是不均匀 的表面具有高浓度的位错和缺陷：,第二章吸附作用与多相催化, 分子在固体表面的吸附吸附过程的推动力：固体表面自由能的降
Fsw 第一章 1催化剂和催化作用 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 催化作用：是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。 2催化剂性能指标：催化活性、选择性、产物收率、稳定性或寿命 第二章 1.吸附现象：当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相．这种现象称为吸附现象。被吸附的气体称为吸附质。吸附气体的固体称为吸附剂。 吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变，这样的状态。 2. . 3.化学吸附态：是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。 4.画出Langmuir等温线， Langmuir的假设：1、吸附的表面是均匀的，各吸附中心的能量同构；2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；3、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；4、在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从而达到吸附平衡。 Langmuir吸附等温式：
第三章 1.比表面积：每克催化剂上具有的表面积称为比表面积 2.BET理论的假设:1、吸附的表面是均匀的；2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；3、多层吸附，各层间吸附与脱附建立动态平衡。 3.比孔容：每克催化剂颗粒内所有的体积总和称为比孔体积，或比孔容，以Vg表示。 4.孔隙率：催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比，以θ表示。 5.中孔：中孔，指半径在(2—50)nm。 6.接触角：在液体和固体接触处，分别作液体表面和固体表面的切线，这两条切线在液体内的夹角称为接触角。（会画） 第四章 1.多相催化反应过程分析:(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。 2.表面质量作用定律：表面基元反应速率与反应物在表面上的浓度成正比。 第五章 1.Lewis酸碱定义：凡能接受电子对的物质是酸(L酸);凡是能给出电子对的物质是碱(L碱); 2.固体酸碱定义：能给出质子或者接受电子对的固体称之为固体酸。能接受质子或者给出电子对的固体称之为固体碱。举例：沸石，硫酸铜，硫酸镁 3.沸石分子式表达式：M 2/n O·Al2O3·xSiO2·yH2O 沸石分子筛催化特点：择形作用，离子可交换特性，表面酸碱性质，静电场效应
《催化原理》习题（一） 第一章 一、填空题 a)本世纪初，合成NH3 ，HNO3 ，H2SO4催化剂的研制成功为近代无 机化学工业的发展奠定了基础。催化裂化，催化加氢裂化，催化 重整催化剂的研制成功促进了石油化工的发展。 b)随着科学的进步，所研制的催化剂活性的提高和寿命的延长，为化工 工艺上降低反应温度、压力，缩短流程，简化反应装置提供了有 力的条件。 四.回答题 1.简单叙述催化理论的发展过程。 答：从一开始，催化剂的应用就走在其理论的前面。 1925年，Taylor的活性中心学说为现代催化理论的奠定了基础。 在以后的20多年中，以均相反应为基础，形成了中间化合物理论。 50年代，以固体能带模型为弎，又形成了催化电子理论。 60年以后，以均相配位催化为研究对象，又形成表面分子模型理论。 由此，催化理论逐渐发展起来。 2.哪几种反应可以在没有催化剂的情况下进行，在此基础上分析催化作 用的本质是什么。 答：（1）下列反应可在没有催化剂时迅速进行： a)纯粹离子间的反应 b)与自由基有关的反应 c)极性大或配们性强的物质间的反应 d)提供充分能量的高温反应 （2）在含有稳定化合物的体系中加入第三物质（催化剂），在它的作用下，反应物的某些原子会发生离子化，自由基化或配位化，从而导致 反应历程的变化，使反应较容易进行。这就是催化剂催化作用的本质。第二章 一.概念题(催化剂的) 选择性，催化剂失活，可逆中毒，催化剂机械强度 答：催化剂的选择性：是衡量催化剂加速某一反应的能力。 催化剂失活：催化剂在使用过程中，其结构和组成等逐渐遭到破坏，导致催化剂活性和选择性下降的现象，称为催化剂失活。 可逆中毒：指毒物在活性中心上的吸附或化合较弱，可用简单方法使催化剂的活性恢复。 催化剂机械强度：指固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重力的作用，以及温度、相变作用的能力。 二.填空题: a) 按照反应机理中反应物被活化的方式催化反应可分为: 氧化还原催化反 应，酸碱催化反应，配位催化反应。 b)结构性助剂可改变活性组分的物理性质，而调变形助剂可改变活性组
1、催化剂及其基本特征 催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。 催化剂的基本特征 催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应； 催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置； 催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程； 催化剂对反应具有选择性。 2、催化剂的组成 主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。 助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。 催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用 3、催化剂的稳定性 指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。 4、物理吸附与化学吸附的主要区别 物理吸附： 指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。 化学吸附： 指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法 能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Br?nsted定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。 能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。 固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。 6、如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸 7、如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量 就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。 8、如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量 就是在TPD装置上将预先吸附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。 9、简述固体酸催化剂的催化作用机理。 固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。 10、催化裂化反应有哪些规律 （1）新生成的伯正碳离子极不稳定，并迅速转化为仲正碳离子，然后再β处断裂，反应继续下去，直至成为不能再断裂
1、催化剂及其基本特征？ 催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。 催化剂的基本特征 催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应； 催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置； 催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程； 催化剂对反应具有选择性。 2、催化剂的组成？ 主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。 助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。 催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用 3、催化剂的稳定性？ 指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。 4、物理吸附与化学吸附的主要区别？ 物理吸附： 指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。 化学吸附： 指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法？ 能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Br?nsted定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。 能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。 固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。 6、如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸？ 7、如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量？ 就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。 8、如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量？ 就是在TPD装置上将预先吸附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。 9、简述固体酸催化剂的催化作用机理。 固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。
催化作用原理课程教学大纲 英文名称：Catalysis Principles 课程编码： 学时：32 学分：2 课程性质：专业限选课课程类别：理论课 先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学 开课学期：第五学期 适用专业：化学工程与工艺 一、课程的性质与任务 本课程是化学工程与工艺专业的专业限选课。 本课程的教学任务是：使学生理解催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等几种典型催化剂的催化作用原理，了解环境催化的特点及研究内容，使学生具备有关催化剂合成、表征与测试的基础知识及基本技能，使学生了解本学科的最新发展动态。 二、教学目标与要求 使学生了解有关催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等重要工业催化剂的催化反应原理，了解环境催化等本学科及交叉学科的发展动态。使学生具备有关催化剂的合成、表征与测试等基本理论知识，了解相关的研究方法，培养学生分析和解决催化剂制备技术中各种实际问题的能力，以适应社会对于化工专业人才的需求。 三、课程的基本内容与教学要求 第一章催化剂与催化作用的基础知识 [教学目的与要求]： 了解催化剂与催化作用的基本特征、催化反应的分类等基础知识，明确固体催化剂的组成与结构，催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求等。 [本章主要内容]： 1.1 催化剂与催化作用的特征 1.2 催化反应和催化剂的分类 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.4 催化剂的反应性能 1.5 多相催化反应体系分析 [本章重点]： 1．催化剂与催化作用的基本特征 2．多相催化反应体系中的物理过程与化学过程分析 [本章难点]：
络合催化剂及其催化作用机理 1 基本知识 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。 催化剂可以是溶解状态，也可以是固态；可以是普通化合物，也可以是络合物，包括均相络合催化和非均相络合催化。 络合催化的一个重要特征，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。故络合催化又称为配位催化。 络合催化已广泛地用于工业生产。有名的实例有： ①Wacker工艺过程： C2H4 + O2 CH3?CHO C2H4 + O2 + CH3?COOH CH3?COO C2H4 + H2O R?CH? (CHO) ?CH3R?CH2?CH2?CH② 0X0 工艺过程： R?CH=CH2 + CO/H2 催化剂：HCo(CO)4 , 150 °C, 250X 105Pa；RhCI(CO)(PPh3)2 , 100 C, 15X 105Pa ③Monsanto甲醇羰化工艺过程： CH3OH + CO CH3?COOH 催化剂：RhCI(CO)(PPh3)2/CH3I 从以上的几例可以清楚地看到，络合催化反应条件较温和，反应温度一般在100~200 C左右，反应压 力为常压到20X105Pa上下。反应分子体系都涉及一些小分子的活化，如CO、H2、O2、C2H4、C3H6等，便于研究反应机理。主要的缺点是均相催化剂回收不易，因此均相催化剂的固相化，是催化科学领域较重要的课题之一。 2 过渡金属离子的化学键合 (1 )络合催化中重要的过渡金属离子与络合物 过渡金属元素(T.M.)的价电子层有5个(n - 1)d，1个ns和3个np，共有9个能量相近的原子轨道，容易组成d、s、p 杂化轨道。这些杂化轨道可以与配体以配键的方式结合而形成络合物。凡是含有两个或两个以上的孤对电子或n键的分子或离子都可以作配体。过渡金属有很强的络合能力，能生成多种类型的络合物，其催化活性都与过渡金属原子或离子的化学特性有关，也就是和过渡金属原子(或离子)的电子结构、成键结构有关。同一类催化剂，有时既可在溶液中起均相催化作用，也可以使之成为固体催化剂在多相催化中起作用。 空的(n - 1)d轨道，可以与配体L(CO、C2H4…等)形成配键(M?:L)，可以与H、R-①-基形成M-H、M-C型b键，具有这种键的中间物的生成与分解对络合催化十分重要。由于(n - 1)d轨道或nd外轨道参与 成键，故T.M.可以有不同的配位数和价态，且容易改变，这对络合催化的循环十分重要。 大体趋势是：①可溶性的Rh、lr、Ru、Co的络合物对单烯烃的加氢特别重要；②可溶性的Rh、Co 的络合物对低分子烯烃的羰基合成最重要；③Ni络合物对于共轭烯烃的齐聚较重要；④ Ti、V、Cr络合物 催化剂适合于a烯烃的齐聚和聚合；⑤第VHI族T.M.元素的络合催化剂适合于烯烃的齐聚。这些可作为研 究开发工作的参考。 (2)配位键合与络合活化各种不同的配体与T.M.相互作用时，根据各自的电子结构特征形成不同的配位键合，配位体本身得到活化， 具有孤对电子的中性分子与金属相互作用时，利用自身的孤对电子与金属形成给予型配位键，记之为L- M，如:NH3、H2就是。给予电子对的L:称为L碱，接受电子对的M称为L酸。M要求具有空的d或p空轨道。 H?, R?等自由基配体，与T.M.相互作用，形成电子配对型b键，记以L-M。金属利用半填充的d、p轨道电 子，转移到L 并与L 键合，自身得到氧化。 带负电荷的离子配位体，如C-、Br- OH -等，具有一对以上的非键电子对，可以分别与T.M.的2个 空d或p轨道作用，形成一个b键和一个n键。这类配位体称为n-给予配位体，形成o- n键合。具有重键的配位
河南理工大学催化原理复习重点 第2章催化剂与催化作用 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。 什么是催化作用？ 催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。 催化作用的特征有哪些？ 1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应 2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，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、催化剂的使用寿命是有限的 2.工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂？ 第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。 二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。 3.催化剂是如何加快化学反应速度的？ 催化剂通过改变化学反映历程，从而实现低活化能的化学反应途径进而加快了反应速度。 4.催化剂的活性、选择性的含义是什么？ 活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。 当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性。 5.催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？ 催化剂在长期受热和化学作用下，会经受一些不可逆的物理的和化学的变化，如晶相变化，晶粒分散程度的变化，易挥发组分的流失，易熔物的熔融等导致活性下降至失活。 (1)催化剂热稳定性的影响（催化剂在一定温度下，特别是高温下发生熔融和烧结，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。） 4.催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？ 不相同，催化剂反应改变了化学反应需的活化能 6.均相催化有什么特点？ （1）反应条件温和，有利于节能。 （2）反应性能单一，具有特定的选择性。 （3）作用机理研究清楚明晰，催化剂的活性和选择性易于精心调配和设计。（4）催化剂的稳定性差，且不易与产物分离。
催化作用原理总复习答案 催化作用原理基础一、单项选择题在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。 1. 沉淀法制备催化剂过程中，晶粒的生长速度正比于( c ) A. 饱和度C* B. 沉淀物浓度C C. (C-C) 值 D. 溶剂量 2. 浸渍法制备催化剂时，等量浸渍是指( d ) A. 溶液的量与活性组分的量相等 B. 载体的量与活性组分的量相等 C. 溶液的量与载体的重量相等 D. 溶液的体积等于载体的空体积 3. 分子筛催化剂的基础结构是指( b ) A. 硅原子 B. 硅氧四面体或铝氧四面体 C. 铝原子 D. 笼状结构 4. 汽车尾气转化器中催化剂的载体是( d ) A. 贵金属Pt B. 贵金属Rh C. 金属Pd D. 多孔
陶瓷或合金 5. 内扩散是指( c ) A. 反应物在反应器内的流动 B. 反应物在反应器外管道内的流动 C. 反应物分子在催化剂孔道内的传质 D. 反应物分子在催化剂孔道外的传质 6. 硅铝分子筛中硅是以什么形式存在的( b ) A. 零价硅原子的形式B. 硅氧四面体形式 C. 六配位的硅离子的形式 D. 硅-铝化学键的形式 7. 负载型催化剂制备过程中采用的分离出过多的浸渍液，并快速干燥，是为了( c ) A. 活性组分在孔道内均匀B. 活性组分在孔道外均匀 C. 活性组分分布在孔口和外表面 D. 活性组分在外表面均匀 8. 催化剂的载体决定催化剂的( c ) A. 支撑物B. 活性组分 C. 孔结构 D. 包装水平 9. 产品收率不但取决于反应物的转化率，还取决于产物的( b ) A. 催化剂制备程度中载体用的量 B. 选择性 C. 已转化的反应物质的多少 D. 反应物进料的量的多少
各类催化剂的特点及应用 姓名 xxx 学号 201400xx 院系化学工程学院 专业化学工程与技术 年级研究生1班 科目催化作用原理
1.前言 催化剂的主要作用是降低化学反应的活化能，加快反应速度，因此被广泛应用于炼油、化工、制药、环保等行业。催化剂的技术进展是推动这些行业发展的最有效的动力之一。一种新型催化材料或新型催化工艺的问世，往往会引发革命性的工业变革，并伴随产生巨大的社会和经济效益。1913年，铁基催化剂的问世实现了氨的合成，从此化肥工业在世界范围迅速发展；20世纪50年代末，Ziegler－Natta催化剂开创了合成材料工业；20世纪50年代初，分子筛凭借其特殊的结构和性能引发了催化领域的一场变革；20世纪70年代，汽车尾气净化催化剂在美国实现工业化，并在世界范围内引起了普遍重视；20世纪80年代，金属茂催化剂使得聚烯烃工业出现新的发展机遇。 目前，人类正面临着诸多重大挑战，如：资源的日益减少，需要人们合理开发、综合利用资源，建立和发展资源节约型农业、工业、交通运输以及生活体系；经济发展使环境污染蔓延、自然生态恶化，要求建立和发展物质全循环利用的生态产业，实现生产到应用的清洁化。这些重大问题的解决无不与催化剂和催化技术息息相关。因此，许多国家尤其是发达国家，非常重视新催化剂的研制和催化技术的发展，均将催化剂技术作为新世纪优先发展的重点。 催化剂和催化作用：催化剂能加速化学反应而本身不被消耗的物质。催化作用是一种化学作用，是靠少量催化剂来加速化学反应的现象。 催化剂的基本特性：加快反应速度，但只能加速热力学上可能进行的化学反应；不能改变化学平衡的位置，故对正反应有效的催化剂对逆反应也有效；对反应有选择性。 催化剂的分类：目前工业上用的催化剂有2000多种，有不同的分类方法，按工艺与工程特点分为多相固体催化剂、均相配合物催化剂和酶催化剂三类。2. 均相催化 催化剂和反应物同处于一相，没有相界存在而进行的反应，称为均相催化作用，能起均相催化作用的催化剂为均相催化剂。均相催化剂包括液体酸、碱催化剂和色可赛思固体酸和碱性催化剂。溶性过渡金属化合物(盐类和络合物)等。均相催化剂以分子或离子独立起作用，活性中心均一，具有高活性和高选择性。
制取氧气的原理及催化剂 制取氧气的原理及催化剂一．选择题（共7 小题） 1 ．常温下，实验室用过氧化氢制取氧气时，没有加催化剂，其结果是（） A ．不影响化学反应速度 B ．反应速度很慢，产生氧气的量减少 C ．不能产生氧气 D ．产生氧气的总量不变，但反应速度较慢 2 ．下列有关催化剂的说法正确的是（） A ．在化学反应后其质量减小 B ．催化剂能改变化学反应速率 C ．在化学反应后其质量增加 D ．在化学反应后其化学性质发生了变化 3 ．加热氯酸钾和高锰酸钾混合物片刻，试管里最多可能含有几种固体物质（） A ．五种 B ．四种 C ．三种 D ．二种 4 ．如图所示，打开分液漏斗的旋塞，滴下少量双氧水．下列现象正确的是（） A ．气球涨大，红墨水左移 B ．气球缩小，红墨水右移 C ．气球涨大，红墨水右移 D ．气球缩小，红墨水左移 5 ．实验室制取氧气必须满足的条件是（） A ．一定要加入催化剂 B ．反应物中一定有液体 C ．反应物中一定有含氧化合物 D ．反应一定需要加热 6 ．“神州七号”太空舱将利用NiFe 2O 4 将航天员呼出的CO 2转化为O 2，而NiFe 2O 4 的质量和化学性质都不改变，在该过程中NiFe 2O 4 是（） A ．反应物 B ．生成物 C ．催化剂 D ．消毒剂
7 ?关于“催化剂”的下列说法有：①在任何化学反应里，二氧化锰为催化剂 只能加快反应速率③能增加生成物的质量④质量不变?⑤性质不变，其中正确的有（） A ?①④⑤ B ?②④ 二.填空题（共3小题） 8 ?科学探究是奇妙的过程?在一次实验中，小明不小心把硫酸铜溶液滴加到了盛有5%H2O 2容液的试管中，立即有大量的气泡产生?请你和小明一起填写空白. （1）检验试管中产生的气体为氧气的方法是； （2）小明根据实验现象推测硫酸铜溶液可能是此反应的； （3）小明如果要进一步确定硫酸铜溶液是此反应的催化剂，还须通过实验确认它在化学反应前后质量和都没有发生变化. C ?①②③ D ?只有④ 9 ?学校化学兴趣小组知道二氧化锰能做过氧化氢分解的催化剂后，在想探究其他一些物质如氧化铝是否也可做过氧化氢的催化剂?请你一起参与他们的探究过程，并填写下列空白. （1）【问题】氧化铝能不能做过氧化氢分解的催化剂？ （2）【猜想】氧化铝能做过氧化氢分解的催化剂 （3）【实验验证】 （4）【结论】氧化铝能加快过氧化氢的分解速率，故氧化铝能做过氧化氢分解的催化剂（5）【讨论与反思】经过讨论，有的同学认为只有上述两个证据，不能证明氧化铝能作过氧化氢分解的催化剂，还要补充一个探究实验： 实验三：【实验目的】探究? 【实验步骤】①准确称量氧化铝（少量）的质量；②完成实验二③待反应结束，将实验而试管里的物质进行过滤，洗涤，，称量；对比反应前后氧化铝的质量. 【讨论】如果氧化铝在反应前后质量不变，则说明氧化铝可以做过氧化氢分解的催化剂. （6）但小华认为，要证明猜想，上述三个实验还不足够，还需要再增加一个探究实验：探究? 10 ．如表是二氧化锰用量与一定质量氯酸钾制取氧气反应速率关系的实验数据
催化剂与催化作用复习思考题 1.论述催化剂是如何加速反应速率的？ 2.催化作用有哪些基本特征？ 3.说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？ 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。 5.通常固体催化剂有哪几个部分组成的？载体和助催化剂的功能分别是什么？ 6.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 %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题。试计算（1）甲烷的转化率；（2）乙烯的选择性。 7.试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。 8.多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ 9.试比较物理吸附与化学吸附。 10.固体表面发生化学吸附的原因是什么？表面反应与化学吸附的关系是什 么？ 11.如何判断一个催化反应是存在内、外扩散的控制？ 12.试叙述固体表面酸中心类型测定方法 13.试叙述固体酸强度测定方法。 14.试用二元复合氧化物电价模型判断： (a)TiO2为主要组分，ZrO2为次要组分所形成的二元复合氧化物表面酸性。（复 合氧化物中Ti价态为+4，配位数6，Zr价态为+4 ，配位数8）； (b)ZrO2为主要组分，TiO2为次要组分所形成的二元复合氧化物表面酸性。（复 合氧化物中Ti价态为+4，配位数6，Zr价态为+4 ，配位数8）。 15. 请简要叙述沸石结构的三个层次。 16. 请按TiO4四面体画出六元环结构。 17. A型、Y型和ZSM-5型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的，其孔径大小分别为多少？为什么它们的孔径大小与相应多元环的临界直径有差异。 18. 3A、4A和5A分子筛都是A型分子筛吗？它们的孔径大小分别为多少？其
基本概念和常用术语 1.活性：指物质的催化作用的能力，是催化剂的重要性质之一。 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(催化剂的重要性质之一，指在能发生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进不同反应的程度的比较。) 比活性：比活性（单位表面反应速率）,取决于催化剂的组成与结构 分散度：指催化剂表面上暴露出的活性组分的原子数占该组分在催化剂中原子总数的比例，即D=ns(A)/nt(A)。 TOF：单位时间内每摩尔催化剂（或者活性中心）上转化的反应底物的量。 2.空速：指单位时间内通过单位质量（或体积）催化剂的反应物的质量（或体积）WHSV：每小时进料的重量（液体或气体））/催化剂的装填重量 空时收率：以“空时”作为时间的基准来计量所获得产物的收率。对于大多数反应器，物料在反应器中的停留时间或反应时间是很难确定的。在工程上经常采用空间速率的倒数来表示反应时间，称为“空时”。空时收率大，表示过程和反应器有较高的效率。 3.化学吸附：过电子转移或电子对共用形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附。 表面覆盖率：指单层吸附时，单位面积表面已吸附分子数与单位面积表面按二维密堆积所覆盖的最大吸附分子数之比。 朗格缪尔（Langmuir）吸附： 1916年，朗格缪尔从动力学的观点出发，提出了固体对气体的吸附理论，称为单分子层吸附理论，该理论的基本假设如下： （1）固体表面对气体的吸附是单分子层的； （2）固体表面是均匀的，表面上所有部位的吸附能力相同； （3）被吸附的气体分子间无相互作用力，吸附或脱附的难易与邻近有无吸附分子无关； （4）吸附平衡是动态平衡，达到吸附平衡时，吸附和脱附过程速率相同。 定位吸附：被吸附物从一个吸附中心向另一吸附中心转移需克服能垒。当吸附物不具有此能垒能量时不能向另一吸附中心转移，即为定位吸附。 非定位吸附：若固体表面上不同区域能量波动很小，没有吸附中心，被吸附物在表面上的转移不需克服能垒，即为非定位吸附。 积分吸附热：指达到吸附平衡时，被气体吸附质覆盖的那部分吸附剂表面所产生的平均吸附热。它表示在吸附过程中，较长期间内热量变化的平均值。积分吸附热随吸附质浓度的大小而变化，一般用于区分物理吸附和化学吸附的吸附热。 4.速率控制步骤：速率控制步骤，是一个化学词汇，用以表达在化学反应中，反
催化剂及其基本特征 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
1、催化剂及其基本特征 催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。 催化剂的基本特征 催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应； 催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置； 催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程； 催化剂对反应具有选择性。 2、催化剂的组成 主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。 助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。 催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用 3、催化剂的稳定性 指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。 4、物理吸附与化学吸附的主要区别 物理吸附： 指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。 化学吸附： 指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。 5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法 能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Brnsted 定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。 能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。 固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。 6、如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸 7、如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量 就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。 8、如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量 就是在TPD装置上将预先吸附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。 9、简述固体酸催化剂的催化作用机理。 固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。 10、催化裂化反应有哪些规律 （1）新生成的伯正碳离子极不稳定，并迅速转化为仲正碳离子，然后再β处断裂，反应继续下去，直至成为不能再断裂的小正碳离子为止，并在反应过程中将H+ 传给催化剂变成烯烃。 （2）烯烃裂化时也首先形成正碳离子，并遵循β处断裂原则，生成一个较小的烯烃和一个伯正碳离子，伯正碳离子再重排，裂化为较小的烯烃。 （3）环烷烃裂化时形成的正碳离子的机理与烷烃一体，但由于存在大量仲碳离子和叔碳离子，所以环烷烃的反应能力很高，并能生成各种与烯烃裂化类似的产品，同时还存在一定的芳烃。