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催化化学习题

催化化学习题（总14页）

一、基本概念题

1.催化剂的比活性：

催化剂的比活性是相对于催化剂某一特定性质而言的活性。

例如：

催化剂每m2的活性。

2.催化剂的选择性：

催化剂有效地加速平行反应或串联反应中的某一个反应的性能。

3.催化剂的机械强度：

固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击和本身的质量以及由于温变、相变而产生的应力的能力，统称为催化剂的机械强度。

4.催化剂的密度：

实际催化剂是多孔体，成型的催化剂粒团体积包括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。

（a）堆密度；（量筒）（b）颗粒密度；（压汞法）（c）真密度（氦气法）

5.催化剂的比表面：

通常以1g催化剂所具有的总表面积m2/g

6.催化剂的比孔容：

1g多孔性固体催化剂颗粒内部所有孔道的总体积。

ml/g

7.催化剂的孔隙率：

多孔性固体催化剂颗粒内部所有孔道的总体积占催化剂颗粒体积的百分数。

8.催化剂的孔分布：

除了分子筛之外，一般催化剂中的孔道直径大小不一。

不同大小的孔道占总孔道的百分数称为孔分布。

不同范围的孔径（r>200nm称大孔，r＜10nm微孔，r为10~200nm过渡孔）有不同的测定方法。

9.催化剂的平均孔半径：

一般固体催化剂（分子筛除外）中孔道的粗细、长短和形状都是不均匀的，为了简化计算，可以把所有的孔道都看成是圆柱形的孔，并假定其平均长度为L，平均半径为r。

10.催化剂中毒：

催化剂在使用过程中，如果其活性的衰退是由于反应介质中存在少量杂质，或是由于催化剂在制备时夹杂有少量杂质而引起的，则称为催化剂的中毒。

11.催化剂的寿命：

催化剂在实际反应条件下，可以保持活性和选择性的时间称为催化剂的寿命。

12.催化剂的活化：

催化剂在投入实际使用之前，经过一定方法的处理使之变为反应所需的活化态的过程。

13.转化数：

单位活性中心在单位时间内进行转化的反应分子数

14.转化率：

反应物在给定的反应条件下转化为产品和副产品的百分数

15.产率：

反应产物的量相对于起始反应物总量的百分数

产率、选择性和转化率三者的关系为：

产率＝选择性*转化率

16.时空产率：

催化反应中，反应物在单位时间内通过单位体积的催化剂所得某一产物的量。

17.空速：

单位时间内通过单位体积（或质量）催化剂的反应物体积（或质量）。

单位：

时间-1（GHSV）

18.化学吸附：

在吸附剂（催化剂）与吸附物（反应物）之间发生电子转移现象的吸附。

19.覆盖率：

催化剂表面被反应物分子吸附后。

固体表面被覆盖的百分数。

20.转换频率：

（TOF）每个表面原子在单位时间内的活性。

21.催化裂化：

催化裂化是指石油的高沸点馏份（重质油）在催化剂存在下裂化为汽油、柴油和裂化气的过程。

22.催化重整：

催化重整是指在催化剂存在下使原油蒸馏所得的轻质油馏份转变为富含芳烃的高辛烷值汽油并副产液化石油气和氢气的过程，这过程包括异构化、环化脱氢等反应。

23.加氢处理：

加氢处理是加氢除去石油馏份中的S，N和O的过程，主要应用于催化重整和催化裂化的原料的脱硫和脱氢以利进一步加工。

二、填空题

1.在评价一个催化剂时，通常认为有四个最重要的因素，它们分别是：

，，与价格。

2．在多组分固体催化剂中，各种组分起作不同的作用，大体分为三类，它们是、和。

3.实验室反应器按操作方法可分为两大类，一类是，一类是。

4.催化剂的寿命曲线一般可分三个部分：

，，。

5．根据吸附剂与吸附质的作用力不同，将吸附分为和两类，化学吸附按活化能大小又可分为和。

6.催化剂经过一定处理又恢复了活性，这一过程称为催化剂的。

7.CO的几种吸附状态：

、、和吸附状态。

8.根据吸附质与吸附剂之间的电子云分配不同，吸附键可分为，

和，。

9.影响不同晶面暴露的比例的因素有二：

一是，另一是

10.物理吸附的作用力是，化学吸附作用力是。

11.影响吸附质与吸附剂之间化学作用力主要因素有和。

12.在用于固定床的较大颗粒催化剂的机械性能测试中，通常需要测定它的和。

13.催化剂失活的化学原因主要有、和。

14.催化剂的常用制备方法有、、、

、、及其他方法。

15.分子筛催化剂的择形催化作用有择形催化、

择形催化、择形催化和择形催化。

三、是非题

1.催化剂存在下，k正的增加倍数大于k逆。

2.加速反应但不参加反应者非催化剂。

3.凡是多相催化过程，至少有一个反应物在催化剂表面吸附。

4.物理吸附部是放热的，化学吸附总是吸热的。

5.载体使催化剂增大了活泼表面，降低了它对毒物的敏感性。

6.物理吸附热通常比化学吸附热大。

7.化学吸附具有选择性。

8.反应前后，键能和由大变小则吸热，由小变大则放热。

9.氧总是以负离子的形式化学吸附。

10.化学吸附是单层吸附。

11.表征一个催化剂的活性是指在给定的条件下，定量地测定一个催化剂促进某种化学转化的能力。

12.载体的最重要功能是分散活性组分，使活性组分保持大的表面积。

13.催化剂煅烧时会使平均孔径增大。

14.均相催化中，质量传递过程在动力学上占重要地位。

15.BET方程是基于多分子层吸附理论模型。

16.离子交换法比沉淀法可制得更高含量的金属负载型催化剂。

17.吸附等温线是在恒定温度下饱和吸附量与被吸附气体压力的关系曲线。

18.氮吸附法适用于半径为~20nm的孔径测定。

19.在沉淀法制备催化剂时以尿素代替常用的碱是为了得到颗粒大小宽分布的催化剂。

20.合成氨反应中，硫化氢对铁催化剂的中毒是可逆中毒。

三、简答题

1.简述为了说明吸附热随遮盖率而下降的原因：

答:

（1）表面不均匀性；

（2）吸附种之间的相互作用；（3）使用固体中不同的电子能级。

2.助催化剂的作用：

3.简述吸附等温线概念：

4.请简述Raney镍催化剂的制备方法其过程

5.简述载体的作用：

四、问答题

一、下图是合成氨反应的催化过程，请画图表示出N2分子在Fe表面的吸附过程？

并指出什么代表化学吸附活化能，解吸活化能，物理吸附热，化学吸附（反应）热，N2的离解能？

二、如图解释WO3氢还原行为中的溢流现象，并说明什么是给体相，什么是受体相？

并解释在SnO2-Sb2O4催化剂上异丁烯氧化反应中氧的溢流作用。

三、请列举几种常用固体催化剂表面酸碱性的分析方法，如酸碱指示剂法、程序升温脱附法和红外光谱法，并指出各自的优缺点。

四、列举出三种以上的催化剂制备方法，并说明其制备过程与特点。

五、阐述分子筛的四级结构单元，并详细说明分子筛的择型催化作用。

（10分）

六、实验发现Ni的三种晶面的乙烯加氢活性是：

（110）>（100）>（111）。

请用巴士金多位理论（几何对应理论）来解释说明。

七、请如图说明过渡金属氧化物催化剂在催化烃类氧化反应中的氧化—还原机理，并说明在氧化物表面上各种氧物种之间平衡关系，以及它们中的亲电氧物种和亲核氧物种在催化氧化中的作用。

八、请写出RhCl（PPh3）3催化Wilkinson氢化反应（hydrogenation）过程的反应方程式，并如图详细说明每步的催化反应机理与类型。

（10分）

五、计算题

1、请写出方程的数学表达式，并计算下面硅胶样品的比表面积（用液氮来测硅胶的比表面，通过利用对P/P0作图测得斜率=×10-3cm-3，截距=×10-3cm-3，硅胶样品量为，Am=nm2）。

参考答案：

1.BET方程为

V——吸附量；

p——吸附时的平衡压力；

p0——吸附气体在给定温度下的饱和蒸气压；

Vm——表面形成单分子层所需要的气体体积；

c为与吸附热有关的常数。

2.用实验测出不同的相对压力p/p0（~）下所对应的一组平衡吸附体积V；由作图法得

直线方程，截距为1/Vmc，斜率为（c-1）/Vmc。

Vm=1/（斜率+截距）。

Ag=（71/22400）××1023××10-20/=

2.在用的金属锰配合物催化25%双氧水氧化环己烯的环氧化反应中,假设在反应3h后,双氧水转化了90%,可生成环氧环己烷（C6H10O）、环己烯醇（C6H10O）和环己烯酮（C6H8O）三种氧化产物。

在忽略环己烯聚合和挥发损失的情况下，试计算反应后残余的环己烯量、环己烯的摩尔转化率、催化剂基于环己烯的转化频率（单位h-1）、环氧环己烷的选择性和双氧水的有效利用率（设生成一分子环氧环己烷或环己烯醇均消耗一分子双氧水；而生成一分子环己烯酮消耗二分子双氧水）

参考答案：

（1）环己烯剩余量=环己烯的加入量-环己烯的消耗量

=82–/98-/98-/96）=mol=mmol。

（2）环己烯的摩尔转化率（%）=（环己烯加入量-环己烯剩余量）/环己烯加入量100%

=[/82–/82）]100%=%。

（3）转换频率=环己烯消耗量（mmol）/（催化剂锰含量（mmol）反应时间（h）=/3）=h-1。

（4）环氧环己烷的选择性（%）=环氧环己烷的生成量（mmol）/环己烯消耗量（mmol）100%=[/98）/（/98+/98+/96）]100%=100%=%

（5）双氧水的有效利用率（%）=双氧水有效消耗量/双氧水的实际消耗量100%=（环氧环己烷+环己烯醇+2环己烯酮）/{[25%）/34]90%}100%=[（/98+/98+2/96））/]100%

=100%=%

3.用Hg-He法测某催化剂重量W=4g时,若已知容器容积V=,,测定充He和充汞体积分别为VHe=和VHg=59cm3。

求该催化剂的骨架密度骨架、颗粒密度颗粒、孔容V孔、比孔容Vp和孔隙率

参考答案：

（1）由骨架=W/（V-VHe）=4/=8g/cm3

（2）颗粒=W/（V-VHg）=4/=4g/cm3

（3）V孔=VHe-VHg==cm3

（4）Vp=（VHe-VHg）/W==cm3/g

（5）=（VHe-VHg）/（V-VHg）=.00）/=

六、选择题

1．关于催化剂描述不正确的是（）

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

2.-Al2O3是（）

A．酸性载体B．两性载体C．中性载体D．碱性载体

3.正丁烯异构为异丁烯选用的催化剂是（）

A．过渡金属催化剂B．过渡金属氧化物催化剂

C．酸性催化剂D．碱性氧化物催化剂

4.工业上用于空气氧化乙烯制环氧乙烷的Ag/-Al2O3催化剂中Ag和-Al2O3分别作为（）

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

5.合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3中对各组分作用描述正确的是（）

A．Fe是主催化剂，K2O是电子助催化剂，Al2O3是结构助催化剂

B．Fe与K2O是主催化剂，Al2O3是结构助催化剂

C．Fe是主催化剂，K2O是结构助催化剂，Al2O3是电子助催化剂

D．K2O是主催化剂，Fe是电子助催化剂，Al2O3是结构助催化剂

6.Pt/Al2O3重整催化剂中各组分所起的催化作用是（）

A．Pt起脱氢催化作用，Al2O3起酸催化与载体作用

B．Pt起氧化催化作用，Al2O3起酸催化与载体作用

C．Pt起脱氢催化作用，Al2O3只作为载体而没有催化作用

D．Pt起脱氢催化作用，Al2O3只起酸催化作用

7.苯加氢变环己烷反应所使用的催化剂是（）

A．Al2O3B．V2O5C．Ni/Al2O3D．CuO

载体是（）

A．酸性载体B．两性载体C．中性载体D．碱性载体

9.下列选项中关于物理吸附的描述正确的是：

（）

A．物理吸附前后分子结构发生变化B.物理吸附涉及的是价键力

C.物理吸附热一般较小D.物理吸附总是吸热的。

10.载体不可用于（）

A．改进催化剂的机械强度B．改变由于温度变化引起的各种应力的能力

C．改变由于温度相变引起的各种应力的能力D．改变催化剂的活性组分

11.关于吸附描述不正确的是（）

A．在不同温度下，可能不同的化学吸附机理占优势

B．尽管温度不同，吸附层的活动性相同

C．吸附根据吸附剂与吸附质的作用力不同可分为化学吸附和物理吸附

D．催化与化学吸附直接相关

12.对氮气有化学吸附作用的金属是（）

A．AgB．NaC．MnD．Fe

13.在过渡金属中，下列哪种物质的化学吸附最弱（）

A．乙烷B．乙烯C．乙炔D．苯

14.下列选项中不属于影响CO不同吸附态因素的是（）

A金属的类别B遮盖率C温度和压力D浓度

15.下述方法不是将氧化物分散于大表面积载体的方法：

（）

A沉淀B干燥C离子交换D浸渍

16.孔半径范围在~15nm的孔现在称为（）

A微孔B中间孔C中大孔D大孔

17.根椐吸附与催化的“火山形原理”，下列说法哪一种是正确的（）

A．吸附越强，反应活性越好B．吸附越弱，反应活性越好

C．中等吸附强度，反应活性最好D．中等吸附强度，反应活性最差

18.下列哪一种物质最不易被过渡金属活化（）

A．甲烷B．乙烯C．乙炔D．苯

19.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（）

A．沉淀法B．机械混合法C．离子交换法D．浸渍法

20.B．E．T．方程式的导出是基于（）

A．化学吸附的多分子层理论，借用Langmuir的理想表面吸附模型推导出来的

B．物理吸附的多分子层理论，借用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，借用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，借用Freundlich的非理想表面吸附模型推导出来的

21.在-Al2O3中加入少量SiO2或者ZrO2的目的是（）

A．增加-Al2O3比表面

B．降低-Al2O3的比表面

C．增加-Al2O3的热稳定性

D．降低-Al2O3的热稳定性

22.乙烯氧化制环氧乙烷所用银催化剂的适宜载体是（）

A．-Al2O3B．SiO2C．SiO2-Al2O3D．-Al2O3

23.在Pt-Re/-Al2O3重整催化剂中（）

A．Pt为助催化剂，Re为主催化剂，-Al2O3作载体；

B．Pt为主催化剂，Re为助催化剂，-Al2O3作载体；

C．Pt和Re均为主催化剂，-Al2O3作载体；

D．Pt和Re均为主催化剂，-Al2O3作助催化剂

24.下列选项中关于物理吸附描述正确的是（）

A．物理吸附前后分子结构发生变化

B．物理吸附涉及的是价键力

C．物理吸附热一般较小

D．物理吸附总是吸热的

25.下列哪种金属不与O2发生化学吸附（）

A．PtB．NiC．AuD．Ag

26.两种反应物参加的多相催化反应中（）

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

27.在大多数金属上最容易发生化学吸附的是（）

A．氮气B．氢气C．氧气D．二氧化碳

28.在催化剂的煅烧过程中，下列哪种说法不正确（）

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

29.催化裂化过程中，造成分子筛催化剂失活的主要原因是（）

A．活性组分的流失

B．催化剂晶相结构受到大的破坏

C．催化剂颗粒破裂

D．催化剂酸中心上发生严重积炭

30.合成氨反应混合气中，水蒸汽与硫化氢会使铁催化剂的中毒，其中（）

A．水蒸汽是可逆中毒，硫化氢是不可逆中毒

B．水蒸汽是不可逆中毒，硫化氢是可逆中毒

C．两者皆为可逆中毒

D．两者皆为不可逆中毒

31.下列哪一种物质在过渡金属上的化学吸附最强（）

A．炔烃B．直链烷烃C．烯烃D．环烷烃

32.在沉淀法制备Al2O3时，如果焙烧温度达到1200oC，将得到（）

A．-Al2O3B．-Al2O3C．-Al2O3D．-Al2O3

33.助催化剂（）

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

34.下列哪种制备方法是控制均匀沉淀的有效方法（）

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

35.在用压汞法测孔结构时（）

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

36.在用BET方法测定固体比表面积时，为了提高测定准确度，要求测定时吸附质N2的压力P与其饱和蒸气压P0之比，即相对压力范围为（）

A．~B．~C．~D．~

37.在物理吸附法测孔结构时，下列所给出相对压力P/P0（即吸附质压力P与其饱和蒸气压P0之比）值中，哪一个会在固体中孔内发生毛细管凝聚现象（）

A．B．C．D．

38,下列催化过程中，因活性组分挥发流失造成催化剂失活的是（）

A．用于催化重整反应的Pt-Re/-Al2O3催化剂

B．用于催化酯化反应的固体酸催化剂

C．用于催化醋酸和乙炔合成醋酸乙烯的醋酸锌/活性炭催化剂

D．用于催化加氢反应的骨架镍催化剂

39.催化剂因烧结而发生的变化有（）

A．催化剂微晶长大B．催化剂孔径分布发生变化

C．催化剂活性位减少D．以上变化都有可能发生

40.在沉淀法制备Al2O3时，如果焙烧温度控制在450oC时，将得到（B）

A．-Al2O3B．-Al2O3C．-Al2O3D．-Al2O3