催化剂工程导论复的习题库.docx

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催化剂工程导论复的习题库

催化剂工程导论复习题库

一、名词解释

催化剂--一种物质，旧称触媒，它能够改变反应的速度而不改变反应的吉布斯自由焓变化，这种作用称催化作用。

载体--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，有时还担当共催化剂或助催化剂的角色。

抑制剂--如果在主催化剂中添加少量的物质，能使前者的催化活性适当降低，甚至在必要时大幅度下降，则这种少量的物质称为抑制剂。

（和助催作用相反）。

均匀共沉淀法--是使待沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合，预先造成一种十分均匀的体系，然后调节温度和时间，逐渐提高pH值，或者在体系中逐渐生成沉淀剂等方式，创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢进行，以制得颗粒十分均匀而且比较纯净的沉淀物。

陈化--沉淀在其形成之后发生的一切不可逆变化称为沉淀的陈化。

浸渍法--将载体浸泡在含有活性组分（注、助催化剂组分）的可溶性化合物溶液中，接触一定的时间后除去过剩的溶液，再经过干燥、焙烧和活化，即可制得催化剂。

熔融法--是在高温条件下进行催化剂组分的熔合，使其成为均匀的混合体，合金固溶体或氧化物固体。

适用于少数不得不经熔炼过程的催化剂，为的是要借助高温条件将各个组分熔炼成为均匀分布的混合物，甚至形成氧化物固溶体或合金固溶体。

离子交换法--借用离子交换剂作为载体，以阳离子的形式引入活性组分，制备高分散、大比表面积、均匀分布的附载型金属或金属离子催化剂。

机械强度--催化剂抗拒外力作用而不致发生破坏的能力。

强度是任何固体催化剂的一项主要性能指标，它也是催化剂其他性能赖以发挥的基础。

寿命--指催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间（单程寿命），或者每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水平的累计时间（总寿命）。

寿命是对催化剂稳定性的总概括。

转化率--反应物A已转化的物质的量与反应物A起始的物质的量之比，以百分数表示。

空速--物料的流速（单位时间的体积或质量）除以催化剂的体积就是体积空速或是质量空速，单位s-1。

选择性--选择性=（所得目的产物的物质的量/已转化的某一关键反应物的物质的量）×100%。

收率--收率=（产物中某一类指定的物质总量/原料中对应于该类物质的总量）×100%。

单程收率（得率）：

单程收率（得率）=（生成目的产物的质量的量/起始反应物的物质的量）×100%。

比表面积--单位质量催化剂多孔物质内外表面积的综合，简称比表面，单位为m2/g。

二、填空

催化剂是化学工业的基石。

当催化剂与反应物形成均一相时，这种催化反应称为均相反应。

催化剂和反应物均为气体时成为气相均相催化反应。

催化剂与反应物均为液相时则称为液相均相反应。

催化剂和反应物均为处于不同相时，反应称为多相催化反应。

气体反应物和固体催化剂组成的反应体系称为气-固多相催化反应。

按工艺与工程特点分类：

催化剂可分为多相固体催化剂、均相配合物催化剂和酶催化剂等三大类。

主催化剂（活性组分）是起催化作用的根本性物质，没有它，就不存在催化作用。

共催化剂是能和主催化剂同时起作用的组分。

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。

沉淀法的关键设备一般是沉淀槽，其结构如一般的带搅拌的釜式反应器。

多组分共沉淀法是将催化剂所需的两个或两个以上组分同时沉淀的一种方法。

常用的沉淀剂：

NH4OH，NH3，（NH4）2CO3，碱类、碳酸盐类、有机酸、铵盐等。

加料顺序有：

顺加法、逆加法、并加法。

以洗涤液除去固态物料中杂质的操作常用的洗涤液是纯水，包括去离子水和蒸馏水。

干燥是固体物料的脱水过程，通常在60~200℃下的空气中进行，一般对化学结构没有影响。

影响还原操作的因素：

还原温度、压力、还原气体组成和空速等。

压片成型适用于高压高流速固定床反应器。

挤条成型主要用于塑性好的泥状物料：

铝胶、硅藻土、盐类和氢氧化物成型。

油中成型主要用于生产高纯度氧化铝球，微球硅胶等。

转动成型主要用于产品机械强度不高，表面粗燥，形状规整。

一般而言，衡量一个催化剂的质量与效率，集中起来是活性、选择性和使用寿命这三个指标。

对于活性的表达方式，还有一种更直观的指标就是转化率，该指标使用更广泛。

催化剂密度的大小反映出催化剂的孔结构与化学组成、晶相组成之间的关系。

用量筒测量催化剂的体积，所得到的催化剂的密度称为堆密度。

三、判断题

催化剂能使反应按新的途径，通过一系列基元步骤进行，催化剂是其中的第一步反应物也是最后一步产物。

催化作用是一种化学作用。

光、电、热以及磁场等物理因素，虽然有时也能引发并加速化学反应，但其所应起的作用一般不能成为催化作用，而特殊的可以称为电催化和光催化作用等。

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。

催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。

催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂对反方向也有效。

苯乙烯聚合中所用引发剂--二叔丁基过氧化物，它在聚合过程中消失了，故不能称为催化剂。

干燥对催化剂的物理结构，特别是孔结构及机械强度会产生影响。

还原操作可以叫做活化，但是并非所有的活化操作都是还原操作。

还原吸热反应，提高温度有利于催化剂的彻底还原，反之，提高温度不利于还原。

催化剂的评价一般在完全相同的操作条件下，比较不同催化剂的性能的差异；

评价催化剂时改变催化剂不改变条件，动力学实验，改变条件不改变催化剂。

对于一个选定反应器，改变待评价催化剂颗粒大小，测定其反应速率，如果不存在内扩散，其反应速率不变。

一般地说，催化剂孔体积越大，其密度越小。

催化剂组分中重金属含量越高，则密度越大；载体的晶相不同，密度也不同。

在有内扩散阻力存在的情况下，催化剂的孔结构对复杂体系反映的选择性有直接的影响。

四、简答题

催化剂的基本特性有哪些?

答：

（1）催化剂能够加快化学反应速率，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，而不能改变化学平衡的位置；（5）催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂对反方向也有效。

多相固体催化剂的化学组成有哪些?

答：

（1）主催化剂（活性组分）：

是起催化作用的根本性物质，没有它，就不存在催化作用；

（2）共催化剂：

是能和主催化剂同时起作用的组分；

（3）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；

（4）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，有时还担当共催化剂或助催化剂的角色。

与助催化剂不同：

载体在催化剂中的含量远大于助催化剂；

（5）其他：

稳定剂和抑制剂。

稳定剂的作用是什么?

答：

从晶体结构的角度考虑，会导致结晶表面积减少的主要因素是由于相邻的较小的结晶的扩散、聚集而引起的结晶长大，像金属或金属氧化物以累简单的固体，如果它们是以细小的结晶形式存在，特别容易烧结。

鉴于这种理由，当催化剂中活性组分是一种熔点较低的金属时，通常还应含有很多耐火材料的结晶，后者起着"间隔体"的作用。

固体非均相催化剂优点有哪些?

答：

气液相产物易于固体催化剂相分离，满足其催化过程，仅需要简单的设备条件和有限的操作，催化剂耐热性好，因而易于控制，产物质量高。

固体非均相催化剂的缺点有哪些?

答：

多相催化机理复杂，相间现象变得重要，扩散和吸收，吸附等所有因素，对反应速率起着重要的作用，表明反应机理分析困难，难以在实验室研究清楚。

均相催化优点有哪些?

答：

易于在实验室研究清楚，易于表征，由于均相配合物可溶于反应介质，分子扩散于溶液中，不受相间扩散的影响，因而它的活性往往比多相催化剂高

催化本质是什么?

答：

催化剂之所以具有催化活性，是由于它能够降低所催化反应的活化能，而催化剂之所以够降低所催化反应的活化能则又是由于在催化剂的存在下，改变了非催化反应得历程。

常用工业催化剂的制造方法有哪些?

答：

常用工业催化剂的制造方法有沉淀法、浸渍法、混合法、熔融法和离子交换法等几种。

沉淀法又可分为哪几类?

答：

沉淀法又可分为单组分沉淀法、多组分沉淀法、均匀共沉淀法、浸渍沉淀法和导晶沉淀法等几类方法。

选择沉淀剂的注意事项有哪些?

答：

（1）尽可能使用易分解挥发的沉淀剂；

（2）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤；

（3）沉淀剂的溶解度要大；

（4）形成的沉淀物溶解度要小；

（5）沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。

焙烧目的是什么?

答：

焙烧的目的有3个：

（1）除去化学结合水和挥发性物质（CO2、NO2、NH3等），使之转化成所需的化学成分和化学形态，气体逸出后在催化剂中留下空隙，使内表面增加；

（2）通过控制焙烧温度，使基体物料向一定晶型或固溶体转变；

（3）在一定的气氛和温度条件下，通过再结晶与烧结过程，控制微晶粒的数目与晶粒大小，从控制催化剂的孔径和比表面等，控制其初活性，还可以提高机械强度。

浸渍法的优点有哪些?

答：

（1）可以用既成外形与尺寸的载体，省去催化剂成型的步骤；

（2）可以选择合适的载体，提供催化剂所需物理结构特性（比表面积，孔半径。

机械强度、热导率）；

（3）附载组分多数情况下仅仅分布在载体表面上，利用率高，用量少，成本低。

常用的浸渍方法有哪些?

答：

（1）过量溶液浸渍法；

（2）等体积浸渍法；（3）多次浸渍法；（4）浸渍沉淀法；（5）流化喷洒浸渍法；（6）蒸气相浸渍法。

离子交换法的特点是什么?

答：

负载的活性组分分散度高，尤其适用于低含量，高利用率的贵金属催化剂的制备。

能将小至0.3~4nm直径的微晶的贵金属粒子负载在载体上，而且分布均匀；在活性组分含量相同时，催化剂的活性和选择性比一般用浸渍法制备的催化剂要高。

成型方法种类有哪些?

答：

成型方法有压片成型、挤条成型、喷雾成型、油中成型和转动成型等几种。

催化剂比表面积测试方法有哪些?

答：

催化剂比表面积测试方法有经典的BET法、容量法、重量法和气相色谱法等几种。

催化剂参考样品剖析的最终目的是什么?

答：

通过化学分析和物力测试，推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺主要制备条件；通过对催化活性、选择性、机械强度及其他性能的评价测试和表征，了解参考样品的基本性能特点，为待开发催化剂提供比较基准。

主催化剂的选择途径有几种?

答：

从活性样本推断、从吸附和吸附热推断、从几何对应性推断、从电子态效应推断。

常用选助催化剂方法是什么?

答：

将助催化剂引入主催化剂的晶体结构中，从而改变主催化剂阳离子的位置和价态，可以达到改变主催化剂的某些性质的目的；将助催化剂引入主催化剂的结构，形成固溶体（固体溶液），以改变主催化剂的性质或（和）稳定的主催化剂的高分散度。

结构性助催化剂选择原则是什么?

答：

（1）要有较高的熔点，在使用条件下是稳定的，最好不易被还原成金属；

（2）对于催化反应是惰性的，否则就可能改变催化剂的活性或选择性；

（3）结构性助催化剂应不与活性组分（助催化剂和调变性助催化剂）发生化学变化，如生成新的化合物或合金，则会使活性组分产生结构性中毒。

载体选择应考虑的因素有哪些?

答：

两个方面因素。

化学方面：

比活性，活性组分间的相互作用（涉及选择性、双功能催化剂），催化剂失活（稳定性、抗毒、抗烧结），和反应物或溶剂无相互作用等。

物理方面：

比表面积（影响活性、活性组织分布）、孔隙率（影响传质传热）、颗粒尺寸与形状（涉及孔扩散、阻力降）、机械稳定性、热稳定性、堆密度（单反应器体积活性组分含量）、活性相稀释（避免热点）、可分离性（粉末催化剂过滤）等。