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第一章催化简史

1、催化剂这一概念历史上最早是由哪个国家的哪位科学家于何年何刊物中正式提出的？

答：

1836年，瑞典科学家贝采利乌斯（J.J.Berzelius）在《物理学与化学年鉴》中首次提出“催化剂”这一概念。

2、催化剂的本质是什么？

它最早由哪个国家的哪位科学家于何年提出？

答：

催化剂的本质是降低化学反应的活化能，把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应。

在这两个反应中，第一个反应中催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反应前后没有变化。

3、工业合成氨催化剂的主要成分有哪些？

历史上由于合成氨催化剂和工业化研究而获得诺贝尔化学奖的科学家是哪个国家的哪两位？

答：

工业合成氨催化剂为铁触媒，其主要成分为Fe、Al2O3、K2O，由于合成氨催化剂和工业化研究，德国科学家哈伯（F.Haber）获得1919年诺贝尔化学奖，博什（C.Bosch）获得1931年诺贝尔化学工程、高压设备奖。

4、合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由谁最早发明的？

其主要组成为何？

答：

合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由德国科学家齐格勒（K.Ziegler）最早发明的，其主要组成为四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al（C2H5）3]。

5、历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是哪个国家的哪位科学家。

他所发明的聚丙烯催化剂的组成为何？

答：

历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是意大利科学家纳塔（G.Natta），他所发明的聚丙烯催化剂的组成为三氯化钛-三乙基铝[TiCl3-Al（C2H5）3]。

第二章催化剂与催化作用

1、什么是催化剂？

什么是催化作用？

催化作用的本质是什么？

催化作用的特征主要有哪四个方面？

答：

催化剂是这样一种物质，由于它的存在，使化学反应趋于平衡的速度大大加快了，而它本身的组成、数量在反应前后没有发生变化。

根据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，即催化剂加速化学反应的现象。

其本质为改变了反应机理，降低了活化能。

催化作用的特征主要有：

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催化剂有寿命。

2、均相催化体系、复相催化（或多相催化）体系的真实含义各是什么？

答：

均相催化体系是指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其他组分形成均匀物相的催化反应体系；复相催化（多相催化）体系是指催化剂自成一相的催化反应体系。

3、催化剂的活性、选择性、寿命是何含义？

活性有哪几种表示方式？

各方式如何表示？

答：

催化剂的活性是催化剂影响反应进程变化的程度。

活性的表示方式：

①转化率：

反应消耗掉某反应物的量占原反应物总量的百分比；

②时空产率：

在给定温度和压力条件下，单位时间、单位体积催化剂上所生成产物的量；

③反应速率常数：

单位反应物浓度条件下，单位催化剂上，单位时间生成产物的量；

④转换频率：

单位时间，单位活性中心上反应发生的次数。

催化剂的选择性是专门对某一反应起加速作用的性能（定性），是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率（定量）。

催化剂的寿命是指催化剂从开始使用至活性下降到经济上不值得再用的程度所经历的时间。

4、产率和选择性各如何表示？

有何差别？

答：

产率是反应生成目标产物所消耗的某反应物的量占该反应物进料总量的百分数。

表达式为：

Y（产率）=（转化成目的产物的指定反应物的量/指定反应物进料的量）×100%

选择性是所消耗的原料中转化成目的产物的分率。

表达式为：

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%

其差别在于产率指转化成目的产物的指定反应物的量占总的进料量的百分比，而选择性指占已转化反应物的量的百分比。

Y=xs，x为转化率：

x（转化率）=（已转化的指定反应物的量/指定反应物进料的量）×100%

5、从功能来看，固体催化剂通常由哪三部分组成？

各部分主要发挥什么作用？

答：

固体催化剂通常由活性组分、载体和助催化剂三部分组成。

活性组分本身具有催化活性，是催化剂的主要成分；载体是催化活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架，起分散、固定、支撑作用；助催化剂是加入到催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或者活性很小，但把它加入到催化剂中后，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、表面构造、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。

6、催化剂失活通常有哪四个原因？

答：

催化剂失活的主要原因有：

中毒、积碳、活性成分丢失和烧结。

第三章催化剂的表面吸附和孔扩散

1、采用固体催化剂的多相催化反应，由反应物到产物，主要经过哪几个阶段？

答：

主要经过的阶段有：

传递-扩散-吸附-表面反应-脱附-扩散-传递。

2、什么是吸附？

物理吸附和化学吸附的本质差别是什么？

答：

吸附是由于某种力的作用，是物质A附着在物质B表面的过程。

物理吸附借助分子间作用力，吸附力弱，吸附热小，是可逆的，无选择性；化学吸附借助于化学键，吸附热大，一般不可逆，有选择性，且为单分子层吸附，具有饱和性。

3、化学吸附有哪几种类型？

吸附态是何含义？

答：

化学吸附的类型主要有活性吸附和非活性吸附、均匀吸附和非均匀吸附、解离吸附和非解离吸附。

吸附态指被吸附时的形态。

4、吸附等温线是哪两个变量间的关系曲线？

主要有哪几种类型？

不同类型的吸附等温线与吸附剂孔大小有何对应关系？

答：

吸附等温线是压力p与吸附量V之间的关系曲线。

基本上可分为五种类型。

类型Ⅰ的等温线是一种多微孔固体（孔径≤2nm），类型Ⅱ和Ⅲ是大孔固体（孔径＞50nm），类型Ⅳ和Ⅴ属于过渡性孔的固体（孔径为2~50nm）。

5、什么是吸附等温方程？

朗格缪尔吸附等温方程对应于第几种类型的吸附等温线？

推导理论吸附等温方程时，朗格缪尔做了哪些假设？

针对单一气体非解离吸附过程，朗格缪尔是如何推导的？

答：

除吸附剂和吸附质的本性外，吸附能力最重要的影响因素是温度和压力。

达到平衡时的气体吸附量称为平衡吸附量，他是吸附物系（包括吸附剂和吸附质）的性质、温度和压力的函数。

对于给定的物系，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吸附平衡式。

朗格缪尔吸附等温方程对应于Ⅰ类型的吸附等温线。

推导理论吸附等温方程时，朗格缪尔做的假设有：

吸附剂表面是均匀的，即吸附中心能量相同；吸附的分子之间无相互作用；每个吸附分子占据一个吸附位，吸附是单分子层的。

针对单一气体非解离吸附过程，朗格缪尔推导如下：

吸附速率：

ra=kap（1-θ）

脱附速率：

rd=kdp（1-θ）

吸附平衡常数K=ka/kd

平衡时：

ra=rd→θ/（1-θ）=Kp→θ=Kp/（1+Kp）

6、推导BET吸附等温方程式时做了哪些假设？

该方程式适用于化学吸附还是物理吸附？

具体使用时适用范围还有何限制？

答：

推导BET吸附等温方程式时做的假设有：

①固体表面是均匀的，分子吸附、脱附不受其他分子影响；②物理吸附借助于分子间力，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，但第一层吸附与以后多层吸附不同，后者与气体的凝聚相似，吸附达平衡时，每一吸附层上的蒸发速率必等于凝聚速率，故能对每层写出相应的吸附平衡式。

该方程式适用于物理吸附。

受到的限制有：

物理吸附为分子间力，吸附达到平衡时，每个吸附层上的蒸发速度等于凝聚速度。

7、TPD图中的峰数、峰位置、峰面积各给出何信息？

答：

TPD图中的峰数表示吸附中心个数，峰位置表示脱附速率最大时的温度，峰面积表示脱附量大小。

第四章酸碱催化剂及其催化作用

1、什么是酸催化剂？

什么是碱催化剂？

答：

酸催化剂指活性中心为酸性中心的催化剂；碱催化剂指活性中心为碱性中心的催化剂。

2、工业酸催化剂主要有哪些类型？

答：

液体酸：

H2SO4、H3PO4、HCl水溶液、醋酸等；

固体酸：

①天然黏土类：

高岭土、膨润土、活性白土、蒙脱土、天然沸石等；

②担载酸：

H2SO4、H3PO4等液体酸浸润于载体上，载体为SiO2、Al2O3、硅藻土等；

③阳离子交换树脂；

④活性炭在573K下热处理；

⑤金属氧化物和硫化物：

Al2O3、TiO2、V2O5、CdS、ZnS等；

⑥金属盐：

MgSO4、ZnSO4、Bi（NO3）3、AlPO4、TiCl3、BaF2等；

⑦复合氧化物：

SiO2-Al2O3、MoO3-CoO-Al2O3、杂多酸、合成分子筛等。

3、工业碱催化剂主要有哪些类型？

答：

液体碱：

NaOH水溶液、KOH水溶液等；

固体碱：

①担载碱：

NaOH、KOH浸润于SiO2、Al2O3上；碱金属、碱土金属分散于SiO2、Al2O3、炭、K2CO3上；R3N浸润于Al2O3上；Li2CO3/SiO2等

②阴离子交换树脂；

③活性炭在1173K下热处理或用N2O、NH3活化；

④金属氧化物：

MgO、BaO、Na2O、TiO2等；

⑤金属盐：

Na2CO3、K2CO3、CaCO3、（NH4）2CO3、Na2WO4·H2O、KCN等；

⑥复合氧化物：

SiO2-MgO、ZrO2-ZnO等；

⑦用碱金属离子或碱土金属离子处理、交换的合成分子筛。

4、酸催化剂主要催化哪些类型的反应？

这些反应需酸催化剂的强度顺序如何？

答：

主要有异构化、醇类脱水、聚合反应、催化裂解、骨架异构化、烷基化、歧化、酰基化等，所需酸催化剂的强度逐渐增强。

5、酸碱催化剂所催化反应有何本质共性？

答：

酸碱催化剂所催化的反应一般以离子型机理进行，催化过程中以质子转移步骤为特征，有质子转移的反应均可用酸碱催化剂催化。

催化剂可同时催化正逆反应（微观可逆性）。

6、酸催化剂所催化反应有何本质特性？

为何酸催化剂能催化这类反应？

答：

催化剂与反应物作用生成正碳离子中间产物，中间产物与另一反应物作用或自身分解，生成产物并释放H+。

L酸与B酸往往催化不同反应。

7、碱催化剂所催化反应有何本质特性？

为何碱催化剂能催化这类反应？

答：

催化剂与反应物作用生成负碳离子中间产物，中间产物与另一反应物作用或自身分解，生成产物并释放OH-。

8、固体表面酸中心的酸性的强弱可用酸强度函数表示，请给出其定义。

答：

定义为：

H0=pKa+lg（[B]a/[BH+]a）

　　其中[B]a和[BH+]a分别表示未解离的碱指示剂和共轭酸的浓度，pKa为共轭酸BH+解离平衡常数的负对数。

9、指示剂法测固体酸中心强度和浓度有何优缺点？

答：

优点：

简单直观，利用各种不同pKa值的指示剂，就可求得不同强度酸的H0。

　　缺点：

无法区别L酸和B酸；不能观察深色催化剂。

10、哪种测量方法可以区分固体表面L酸和B酸中心？

如何判别？

答：

IR法（红外光谱法）可以区分固体表面L酸和B酸中心，峰的波数在1540cm-1左右的为B酸中心，1450cm-1左右的是L酸中心。

11、哪种测量方法可以同时测得固体表面酸中心强度和浓度以及酸强度分布？

如何测量？

答：

TPD法（程序升温脱附法）可以同时测得固体表面酸中心强度和浓度以及酸强度分布。

将预先吸附了某种碱（吸附质）的固体酸（吸附剂或催化剂），在等速升温且通入稳定流速的载气条件下，表面吸附的碱到了一定的温度范围便脱附出来，在吸附柱后用色谱检测器记录碱脱附速率随温度的变化，得TPD曲线。

曲线峰的个数可表示酸中心强度，其低温脱附中心与弱酸位对应，高温脱附中心与强酸位对应。

通过峰面积可求得酸中心浓度。

12、分子筛催化剂通