工业催化复习答案.doc

1、 论述催化剂是如何加速反应速率的？答：催化剂可以改变反应的路线，降低反应的活化能，使反应物分子中活化分子的百分数增大，反应速率加快。2、 催化作用有哪些基本特征？答：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）只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡的位置，只能加速热力学上可以进行的反应；3）对加速反应具有选择性 ；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？ 答：化学平衡是由热力学决定的，DG0RT1nKP ，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。答：根据Kf= K1/K2 ,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。 5、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？ 答：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。答：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。 7、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ 答：（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。8、试比较物理吸附与化学吸附。答：物理吸附物理吸附物理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，分子量越大越容易发生。化学吸附化学吸附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，吸附热大（40-800kJ/mol），一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附。 或答：理化指标物理吸附化学吸附作用力吸附热选择性可逆性吸附层吸附速度吸附温度用途范德华力接近于液化热无选择性，非表面专一性可逆多层吸附快，活化能小低于吸附质临界温度测试比表面积和孔径分布化学键力接近于化学反应热有选择性，表面专一性不可逆单层吸附慢，活化能大远高于吸附质沸点进行催化反应9、 固体表面发生化学吸附的原因是什么？ 答：发生化学吸附的原因，是由于位于固体表面的原子具有自由价，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用力，将扩散到其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？ 答：因为分子氢、烃分子在吸附之前先必须解离，因为很多这类分子不能直接与金属的“表面自由价”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？ 答：如果反应物流量的改变对反应物的转化率影响较大，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。答：以吡啶作吸附质的IR谱法 （1）L酸的红外光谱特征峰：1450cm-1、1490cm-1和1610cm-1 （2）B酸的红外光谱特征峰：1540cm-1。13、 试叙述固体酸强度测定方法。 答：（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的强度 （2） 气态碱吸附法：当气态碱分子吸附在固体酸位中心时，强酸位吸附的碱比弱酸位吸附的更牢固，使其脱附也更苦难。当升温排气脱附时，弱吸附的碱将首先排出，故依据不同温度下排出（脱附）的碱量，可以给出酸强度和酸量。14、 请简要叙述沸石结构的三个层次 。答：第一个结构层次：硅氧四面体和铝氧四面体；第二个结构层次：由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥联结成的环 ；第三个结构层次：氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。15、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？其结构中的阳离子分别是什么？ 答：是。3A：0.3nm 钾离子；4A：0.4nm 钠离子；5A：0.5nm 钙离子。15、 X型和Y 型分子筛的结构一样吗？它们的区别在哪里？其硅铝比分别是多少？ 答：不一样。区别在于硅铝比不同。X型Si/Al为1-1.5；Y型Si/Al为1.5-3.0。16、 简述分子筛的主要四种催化作用。答;（1）酸催化；（2）择形催化；（3）双功能催化；（4）催化氧化。17、分子筛择形催化有哪四种不同形式 ？答：反应物择形催化；产物的择形催化；过渡态限制的选择性；分子交通控制的择形催化。18、 什么类型的分子筛具有催化氧化性能 ？答：TS-1 分子筛；ZSM-5 分子筛。19、 依形态结构划分，金属催化剂分别有哪五种类型？ 答：1）块状金属催化剂；2）分散或负载型金属催化剂；3）合金催化剂； 4）金属互化物催化剂；5）金属簇状物催化剂。20、 简述金属催化剂可以发生的四种反应类型。 答：1）加氢反应；2)氧化反应；3）重整反应；4）氢醛化反应。21、 什么是 d 带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能之间的关系式什么？ 答：金属的d带中某些能级未被充满，可看作d带中的空穴，称为“d带空穴”。 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带空穴愈多，末配对的d电子愈多，对反应分子的化学吸附也愈强。 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 。22、 什么是 d 特性百分数？它与金属催化剂的化学吸附和催化活性有什么关系。 答：d特性百分数（d%）：杂化轨道中d原子轨道所占的百分数。 d%越大化学吸附能力越强。但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，所以要求d有一定范围。广泛应用的加氢催化剂主要是周期表中的第四、五、六周期的部分元素，它们d差不多都在4050范围内。 23、 为什么金属催剂都是过渡金属？ 答：金属催化剂主要是过渡金属，特别是VIII族金属。这与金属的结构、表面化学键有关；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；24、什么是几何对应理论？ 答：要求催化剂原子和反应物分子结构在几何尺寸上接近的理论称之为几何对应理论。25、 金属催化剂为什么大多数制备成负载型催化剂？答：因为金属催化剂尤其是贵金属，价格昂贵，将其分散成微小的颗粒附着在高表面积和大孔隙的的载体上，可以节省用量，增加金属原子暴露于表面的机会。 26、 请说明双金属催化剂的主要类型和用途。答： 第一类，第VIII族和IB族元素组成的双金属系，如Ni-Cu，Pd-Au等合金；主要用于烃的氢解，加氢和脱氢等反应；第二类，两种IB族元素组成的，如Ag-Au, Cu-Au等合金，用于改善部分氧化反应的选择性； 第三类，两种VIII族元素组成的，如Pt-Ir, Pt-Fe等合金，用于增加催化剂活性的稳定性。重整催化剂Pt-Ir较之Pt的稳定性大大提高，原因： Pt-Ir形成合金减少表面烧结； Ir有强的氢解活性，抑制了表面积炭的生成。27、 金属硫化物催化剂的基本用途是什么？答：金属硫化物催化剂，如Mo、W、Ni、Co、Fe等的金属硫化物具有加氢、异构、氢解等催化活性，用于油品的加氢精制；加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)、加氢脱金属(HDM)等过程。28、 用自己的话说说你对浸渍沉淀法的理解。答：浸渍沉淀法是基于活性组分(含助催化剂)以 盐溶液形态浸渍到多孔载体上并渗透到内表面，而形成高效催化剂的原理。通常将含有活性物质的液体去浸各类载体，当浸渍平衡后，去掉剩余液体，再进行与沉淀 法相同的干燥、焙烧、活化等工序后处理。经干燥，将水分蒸发逸出，可使活性组分的盐类遗留在载体的内表面上，这些金属和金属氧化物的盐类均匀分布在载体的 细孔中，经加热分解及活化后，即得高度分散的载体催化剂。29、 用自己的话说说你对溶胶-凝聚法制备催化剂的过程。 答：金属醇盐的母醇溶液首先加水水解后变为金属氧化物或水合金属氧化物，其次经再加胶溶剂胶胶凝作用后变为溶胶，再次经陈化胶凝变为凝胶，最后经干燥、焙烧后成为催化剂。30、 制备催化剂时，沉淀为什么要陈化？ 答：陈化可以使催化剂溶胶体系趋于平衡，使催化剂性能均一，使催化剂缓慢的组装。31、多相催化反应的一般步骤？ 答：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不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 。32、分子筛择形催化有哪几种形式？ 33、半导体主要分为哪几类？ 答：本征半导体、n型半导体和p型半导体。34、 什么是络合催化剂？ 答：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。35、 酶催化有什么特点？ 答：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）进行，可以减少不必要的副反应，如分解、异构、消旋、重排等。 36、 如何选择沉淀剂？ 答：尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂。常用的有NH3、NH3H2O、CO2、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。37、 焙烧在催化剂制备过程中的作用是什么？ 答：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； 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。38、 什么是催化剂的活化？其目的是什么？ 答：1、催化剂在制备好以后，往往还要活化，需较高温度的热处理，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。 2、活化的目的在于使催化剂，特