工业催化与反应部分试题.docx
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工业催化与反应部分试题
工业催化与反应部分
[判断题]
1、气体线速与催化剂线速之比叫做滑落系数。
参考答案：
对
[判断题]
2、提高反应温度对分解反应和芳构化反应的反应速度的提高要超过对氢转移反应的提高，因此，提高反应温度后，汽油的辛烷值增加，而汽油的安定性降低。
参考答案：
对
[单项选择题]
3、主风流量与装置再生部分的烧焦量和再生器温度密切相关，主风流量变化将影响装置的（）和再生剂活性。
A.热平衡
B.相平衡
C.物料平衡
参考答案：
A
[单项选择题]
4、排污率是指排除炉水的量与锅炉（）之比。
A.上水量
B.产汽量
C.上水量与产汽量平均值
参考答案：
B
[单项选择题]
5、由于汽，液负荷过大，液体充满了整个降液管，使上下塔盘的液体连成一体，分馏效果完全遭到破坏，这种现象称为（）。
A.冲塔
B.淹塔
C.漏塔
参考答案：
B
[单项选择题]
6、下列密封属于接触式的是（）。
A.口环密封
B.封油密封
C.机械密封
参考答案：
C
[填空题]
7催化装置的污染物有哪些？
参考答案：
（1）水的污染物。
主要是油、硫、酸、COD、氰。
（2）大气的污染物。
烟气中硫的化合物、氮的化合物、CO、催化剂粉尘及烃类气体。
（3）废渣的污染物。
废碱渣、再生器卸废催化剂。
（4）噪声的污染。
[填空题]
8请说明双金属催化剂的主要类型和用途。
参考答案：
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。
[填空题]
9溢流现象是
参考答案：
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。
[填空题]
10请说明正常的尖晶石结构？
参考答案：
正常的尖晶石结构，A原子占据正四面体位，B原子占据正八面体位。
[填空题]
11什么是络合催化？
络合催化的特征是什么？
举例说明典型的络合催化工艺。
参考答案：
络合催化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，故又称为配位催化特征：
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）。
[填空题]
12催化剂失活的原因有哪些？
参考答案：
1）相组成的变化
2）烧结
3）流失
4）中毒
5）积炭（结焦）
[填空题]
13关于苯在金属上的吸附已经提出的看法有？
参考答案：
6位σ型吸附、2位σ型吸附、η6π缔合型吸附态、解离吸附
[填空题]
14生物催化
参考答案：
利用生物催化剂（主要是酶或微生物）改变（通常是加速）化学反应速率，合成有机化学品和药物制品。
[填空题]
15催化裂化的发展方向？
参考答案：
（1）原料的重质化，
（2）降低装置能耗，
（3）减少环境污染，
（4）适应多种需要的催化剂和工艺，
（5）过程模拟和计算机应用。
[填空题]
16未来催化技术研究的重点主要有哪些？
参考答案：
在分子水平上设计催化剂；
发展高速测试和合成催化剂的方法；
改进原位催化剂表征技术；
开发具有特殊活性位结构的催化剂的制备方法。
[填空题]
17在浸渍法制备催化剂时如何选择载体？
参考答案：
从物理因素考虑有颗粒的大小、比表面积和孔结构。
从化学因素考虑，根据载体性质的不同可分为三种情况：
1.惰性载体：
这种情况下载体的作用是是活性组分得到适当的分布，是催化剂具有一定的形状、孔结构和机械强度。
2.载体和活性组分具有相互作用：
它使活性组分有良好的分散并趋于稳定，从而改变催化剂的性能。
3.载体具有催化作用：
载体除了具有负载活性组分的功能外，和所负载的活性组分一起发挥自身的催化作用。
[单项选择题]
18、在同样的反应条件和要求下，为了更加经济的选择反应釜，通常选择（）。
A.全混釜；
B.平推流反应器；
C.间歇反应器；
D.不能确定。
参考答案：
B
[单项选择题]
19、固体催化剂的组分包括（）。
A.活性组分、助催化剂、引发剂；
B.活性组分、助催化剂、溶剂；
C.活性组分、助催化剂、载体；
D.活性组分、助催化剂、稳定剂。
参考答案：
C
[单项选择题]
20、对g—s相流化床反应器，操作气速应（）
A.大于临界流化速度；
B.小于临界流化速度；
C.大于临界流化速度而小于带出速度；
D.大于带出速度。
参考答案：
C
[单项选择题]
21、制备好的催化剂在使用的活化过程常伴随着（）和（）。
A.化学变化和物理变化；
B.化学变化和热量变化；
C.物理变化和热量变化；
D.温度变化和压力变化。
参考答案：
A
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[单项选择题]
22、关于催化剂的作用，下列说法中不正确的是（）。
A.催化剂改变反应途径；
B.催化剂能改变反应的指前因子；
C.催化剂能改变体系的始末态；
D.催化剂改变反应的活化能。
参考答案：
C
[单项选择题]
23、在对峙反应A+B«C+D中加入催化剂（k1、k2分别为正、逆向反应速率常数），则（）
A.k1、k2都增大，k1/k2增大；
B.k1增大，k2减小，k1/k2增大；
C.k1、k2都增大，k1/k2不变；
D.k1和k2都增大，k1/k2减小。
参考答案：
C
[单项选择题]
24、催化剂的特性是（）
A.催化剂是能够提高反应压力，但本身能够复原的物质
B.催化剂是能够增大反应速率，但本身能够复原的物质
C.催化剂是能够减小反应速率，但本身不能复原的物质
D.催化剂是能够增大反应速率，但本身不能复原的物质
参考答案：
B
[单项选择题]
25、固体催化剂的组成不包括下列哪种组分（）。
A.活性组分；
B.载体；
C.固化剂；
D.助催化剂。
参考答案：
C
[单项选择题]
26、对于中温一氧化碳变换催化剂如果遇H2S发生中毒可采用下列哪种方法再生（）
A.空气处理；
B.用酸或碱溶液处理；
C.蒸汽处理；
D.通入还原性气体。
参考答案：
C
[单项选择题]
27、下列性质不属于催化剂三大特性的是（）。
A.活性；
B.选择性；
C.稳定性；
D.溶解性。
参考答案：
D
[单项选择题]
28、固定床反应器具有反应速度快、催化剂不易磨损、可在高温高压下操作等特点，床层内的气体流动可看成（）
A.湍流；
B.对流；
C.理想置换流动；
D.理想混合流动。
参考答案：
C
[单项选择题]
29、固体催化剂的组成主要有主体和（）二部分组成。
A.主体；
B.助催化剂；
C.载体；
D.阻化剂。
参考答案：
C
[单项选择题]
30、使用固体催化剂时一定要防止其中毒，若中毒后其活性可以重新恢复的中毒是（）
A.永久中毒；
B.暂时中毒；
C.碳沉积；
D.钝化。
参考答案：
B
[单项选择题]
31、流化床反应器主要由四个部分构成，即气体分布装置，换热装置，气体分离装置和（）
A.搅拌器；
B.内部构件；
C.导流筒；
D.密封装置。
参考答案：
B
[填空题]
32络合催化的关键步骤有哪些？
配位不饱和有哪几种情况？
参考答案：
步骤：
配位不饱和与氧化加成；穿插反应、β-氢转移、配位体解离和配体交换。
情况：
原来不饱和；暂时为介质分子所占据，易为基质分子（如烯烃）取代；潜在的不饱和，可能发生配位体的解离。
[填空题]
33催化剂的表征手段主要有哪些？
在催化研究中有哪些应用？
参考答案：
气相色谱技术：
用于研究催化剂表面性质、吸附和脱附过程。
1.程序升温脱附法（TPD）：
表征固体酸催化剂表面酸性质；研究金属催化剂表面性质；研究脱附动力学参数。
2.程序升温还原法（TPR）：
表征金属催化剂金属间或者金属-载体间的相互作用以及还原过程。
3.氢氧滴定脉冲色谱法（HOT）：
测定金属的分散度。
热分析法：
研究物质的量、物性和温度变化的关系。
1.差热分析法（DTA）：
峰位置可以作为鉴别物质或者其变化的定性依据；峰面积可以表征热效应的大小，是计量热效应的定量依据；峰形状可以得到有关动力学行为的信息。
2.热重分析法（TG）：
阶梯温度区间可以作为鉴别质量变化的定性依据；阶梯高度是进行各种质量参数计算的定量依据；阶梯斜度和反应速率有关，可以得到动力学信息。
3.差示扫描量热法（DSC）：
催化剂制备条件的选择，如焙烧温度、还原温度等；催化剂组成的确定；活性组分单层分散阈值；研究活性金属离子的配位状态和分布；研究活性组分和载体的相互作用；固体催化剂表面酸碱性表征；催化剂老化和失活的机理研究；沸石催化剂积炭行为的研究；吸附反应机理研究；多相催化反应动力学研究。
X射线衍射分析法（XRD）：
鉴定催化剂物相结构以及定量分析该物相；分析催化剂制备过程或者使用过程中的物相变化；和其他表征手段（DTA、TG、IR等）联合，结合催化反应数据，分析物相和反应特性之间的关系。
光谱法：
对吸附分子进行表征，给出表面吸附物种变化及结构信息。
1.红外光谱法：
可以研究附加振动、表面基团氧化物、分子筛、探针分子、不稳定吸附物和反应中间物等，具体有表面组成、表面结构、表面电荷密度分布、不同组分间的相互作用、不同活性中心的鉴别。
2.拉曼光谱法：
沸石分子筛骨架结构的表征；负载氧化物催化剂的表征；吸附物种和表面吸附中心的研究；水相催化体系的研究。
显微分析法：
1.扫描电镜法（SEM）：
可以提供样品断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析和定量元素分析等。
2.透射电镜法（TEM）：
提供晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构、晶格和缺陷等。
3.扫描隧道显微镜法（STM）：
分辨单个原子、可用于表面结构研究和表面扩散等动态过程的研究可以观察表面缺陷、表面重构和表面吸附体的形态和部位、可以对原色和分子进行操纵。
4.原子力显微镜（AEM）：
显微技术应用于催化材料常规形貌检测、负载型催化剂表征、氧化物催化剂表征、沸石分子筛表征、碳纳米管的STM研究等。
[填空题]
34催化剂的宏观性能主要有哪些？
如何进行测定？
参考答案：
组成各粒子或者粒子聚集体的大小、形状和孔隙结构所构成的表面积、孔体积、形状以及大小分布的特点，以及有关的传递特性和机械强度等。
表面积：
可以用物理吸附法和化学吸附法测定，物理吸附法常用BET法和气相色谱法两类。
孔体积：
用水得到堆密度、用汞得到颗粒密度、用氦气得到真密度（骨架密度）。
孔隙分布：
大孔可用光学显微镜直接观察或者用压汞法，细孔用气体吸附法。
机械强度：
用正、侧压实验法测定单颗粒抗压碎强度，用阶梯加压法测定堆积压碎强度。
磨损强度：
用破碎-研磨法测定磨损强度。
[填空题]
35分析催化剂孔结构对活性、选择性的影响？
参考答案：
当化学反应在动力学区进行时，催化剂的活性和选择性不受孔结构的影响。
当反应分子由颗粒外部向内表面扩散或者产物从内表面向颗粒外表面扩散受阻碍时，孔结构和催化剂的活性选择性就有关了。
当孔半径增大时，催化剂的活性也增大；
当内扩散存在时，如果两个平行反应不相关，那么主反应速率大于副反应时，采用大孔径的催化剂，反之采用小孔径；如果采用同一种物质的平行反应，反应级数对孔结构的选择有影响，主反应反应级数低的话，采用小孔结构；如果是连串反应，产物为中间体，采用大孔催化剂合适。
[填空题]
36如何消除内、外扩散？
参考答案：
消除内扩散：
减小催化剂的孔径或者改变温度。
消除外扩散：
提高气体流量或者增大搅拌速率。
[填空题]
37催化剂颗粒与反应管直接之间应满足什么样的关系？
参考答案：
粒径和管径比小于1：
5。
[填空题]
38浸渍法制备催化剂中，活性组分在载体上有哪几种分布形态？
写出各种不同分布形态催化剂的适用条件及制备方法？
参考答案：
均匀型、蛋壳型、蛋黄型、蛋白型四种，蛋白和蛋黄型都属于埋藏型，所以实际上存在三种类型。
蛋壳型：
催化反应由外扩散控制时可选。
均匀型：
催化反应由动力学控制。
蛋白型：
当介质中含有毒物，而载体能够吸附毒物时可选。
[填空题]
39催化剂的形状有哪些？
催化剂几何形状和颗粒大小是如何确定的？
参考答案：
圆柱状、环状、球状、压片状、网状、粉末状、不规则状和条状等。
催化剂的几何形状以及颗粒大小和使用的环境有关。
催化剂通过破碎、压片、挤出、滚动、凝聚成球以及喷雾等方法得到合适的几何形状和颗粒大小。
[填空题]
40焙烧的作用有哪些？
参考答案：
第一是通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质，使其转化成所需的化学成分和化学形态。
第二是借助固态反应、互溶和再结晶获得一定的晶型、微晶粒度、孔径和比表面积等。
第三是对于成型之后再焙烧的催化剂，可以使微晶适当烧结，提高催化剂的机械强度，还可以通过造孔作用是催化剂获得较大的孔隙率。
[填空题]
41选择沉淀剂时应考虑哪些因素？
参考答案：
沉淀剂对pH的影响；
沉淀剂加入的方式对沉淀组成的影响；
[填空题]
42如何控制沉淀条件以获得晶型沉淀？
参考答案：
在适当稀释的溶液中进行；
在适当温度的溶液中进行；
采用合适的加料顺序，达到控制沉淀生成速率和控制pH的目的；
均匀搅拌。
[填空题]
43沉淀法制备催化剂时影响沉淀的因素有哪些？
如何控制沉淀条件以获得适宜晶粒的催化剂？
参考答案：
浓度：
溶液过饱和度增大时，生成晶体大小变小、晶核生成速率急剧变大，晶核生长速率变大。
所以沉淀应该在适当稀释的溶液中进行，这样沉淀开始时，溶液过饱和度不会太大，有利于晶体长大。
此外，过饱和度不太大时（S=1.5-2.0）可以得到完整结晶。
可以在不断搅拌下均匀缓慢地加入沉淀剂。
温度：
温度升高时，晶核生成的速率先快后慢，而低温有利于晶核生成不利于晶核长大。
所以低温沉淀一般能得到细小的颗粒。
溶液pH：
沉淀法常用碱性物质作为沉淀剂，故沉淀物的生成过程必然受到溶液pH变化的影响。
为了控制沉淀颗粒的均一性，需要保持pH的相对稳定。
加料顺序：
加料顺序不同对沉淀物的性能会有很大影响。
加料顺序可分为顺加法、逆加法和并加法。
顺加法是指把沉淀剂加入到金属盐溶液中，反之为逆加法；并加法是指把金属盐溶液和沉淀剂按照比例一起加到沉淀槽中。
[填空题]
44以Al2O3催化剂的制备为例，说明沉淀法制备催化剂的过程？
参考答案：
酸中和法制γ-Al2O3：
偏铝酸钠和硝酸在纯水中中和-过滤-洗涤（过滤和洗涤重复多次）-干燥-成型-活化得到成品。
碱中和法制η-Al2O3：
氯化铝溶液和氨水中和-过滤-洗涤（重复多次）老化-过滤-酸化-成型-干燥-煅烧得到成品。
[填空题]
45工业催化剂的性能主要取决于什么？
参考答案：
主要取决于反应活性、选择性和寿命。
[填空题]
46催化剂次要组分的设计方法主要有哪些？
参考答案：
第一类方法是针对问题症结所在，运用催化科学的一般知识解决，着重于实用性、简易可行。
第二类方法是通过催化机理的研究，弄清催化作用细节，以便对催化剂进行最佳的精馏调节。
[填空题]
47催化剂主要组分的设计方法主要有哪些？
参考答案：
基于吸附作用；
基于反应分子或化模式分析；
基于催化几何构型因素。
[填空题]
48催化过程的设计主要包括哪几个不同层次的设计？
参考答案：
从反应式考虑反应机理，寻找合适的催化过程。
物质层面考虑什么类型的催化剂可以使用，反应过程中是否有物质使催化剂中毒。
从反应条件考虑应采用什么样的外界环境可以完成整个过程。
从反应容器考虑采用什么样的反应器合适。
[填空题]
49过渡金属氧化物的能带结构有什么特点？
如何提高n型或p型半导体的导电性能？
参考答案：
他们的能带结构是不叠加的，形成分开的带。
在价带和导带之间有能量宽度为Eg的禁带。
可以提高反应温度或者添加一定量的助催化剂。
[填空题]
50什么是非晶态合金催化剂？
它有哪些特性及应用？
参考答案：
定义：
非晶态合金又成为金属玻璃或无定形合金。
这类材料大多由过渡金属和类金属（B、P、Si）组成。
通常是在熔融状态下的金属经过淬冷而得到类似于普通玻璃结构的非晶态物质。
特性：
短程有序、长程无序、可以大范围的调整组成。
应用：
一类是第Ⅷ族过渡金属和类金属的合金，如Ni-P、Co-B-Si等，另一种是金属与金属的合金，如Ni-Zr、Cu-Zn、Ni-Ti等。
非晶态合金催化剂主要用于电极催化、加氢脱氢、异构化以及分解等反应。
[填空题]
51举例说明金属催化剂催化哪些类型的反应？
参考答案：
加氢：
合成氨的熔铁催化剂（Fe-K2O-CaO-Al2O3）、不饱和碳碳键还原的雷尼镍、Ni/Al2O3、Ni-Cu或Ni-Cr合金的腈基还原；
氧化：
铂网氨催化氧化、电解银醇氧化；
甲烷化：
Ni/Al2O3还原CO；
环氧化：
Ag-刚玉；
氢醛化：
Fe3（CO）12铁簇化物。
[填空题]
52什么是择形催化选择性？
为什么分子筛具有很高的择形催化选择性？
参考答案：
因为分子筛中有均匀的小内孔，当反应物和产物的分子线度和晶内孔径接近时，催化反应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小。
这种选择性称为择形催化选择性。
分子筛的孔道的大小和结构是基本不变的，活性组分附着在孔道里面，只有和孔道结构相近的分子才能进入孔道发生反应。
[填空题]
53杂多酸催化剂有哪些催化性能，有哪些特点？
参考答案：
兼有酸碱性和氧化还原性。
特点：
可以通过杂多酸组成原子的改变来调节酸性和氧化还原性。
一些杂多酸化合物表现出准液相的行为，因而有一些独特的性质。
结构确定，兼具一般配合物和金属氧化物的主要结构特征，热稳定性好，在低温下不存在较高活性。
是一种环境友好的催化剂。
[填空题]
54什么是固体超强酸？
可分为哪几类？
参考答案：
固体酸强度如果超过100%硫酸强度，则称作超强酸。
可分为含卤素和不含卤素两大类。
[填空题]
55固体酸性质与催化作用之间存在什么样的关系？
参考答案：
大多数酸催化反应在B酸位上进行。
例如异构化、苯歧化和脱烷基化。
设计π重组的反应在L酸位上进行，例如有机物的乙酰化。
有些反应不仅要求在B酸位上进行，而且要求非常强的B酸。
例如烷基芳烃歧化。
有些反应要求L酸位和B酸位在催化剂表面临近处共存时才进行。
例如重油加氢裂化。
[填空题]
56固体酸、碱的种类有哪些？
哪些类型的反应可以用固体酸、碱催化？
参考答案：
固体酸：
天然黏土类、浸润类、阳离子交换树脂、活性炭在573K下热处理、金属氧化物和硫化物、金属盐、复合氧化物。
固体碱：
浸润类、阴离子交换树脂、活性炭在1173K下热处理或者用N2O、NH3活化、金属氧化物、金属盐、复合氧化物、用碱金属离子或者碱土金属离子处理交换的合成分子筛。
适用类型：
烃催化裂化、烯烃催化异构化、芳烃烯烃烷基化、烯烃二烯烃的低聚共聚和高聚、烯烃水合制醇和醇催化脱水等。
[填空题]
57多相催化的反应步骤有哪些？
哪些属物理过程？
参考答案：
（1）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散——物理过程。
（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）反应产物从催化剂表面脱附。
（5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去——物理过程。
[填空题]
58分子在金属上的吸附有什么规律？
参考答案：
分子吸附在催化剂表面上，与其表面形成吸附键，构成分子吸附态。
吸附键类型可以是共价键、配位键或者离子键。
某些分子吸附之前必须解离；具有孤对电子或者π电子的分子可以非解离化学吸附。
强吸附的都是过渡金属，吸附能力较弱的都是非过渡金属。
[填空题]
59什么是催化剂的吸附等温线？
有哪几种吸附等温式？
有什么用途？
参考答案：
对于给定的物系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附量和压力的关系绘制成的曲线成为吸附等温线。
简单的Langmuir吸附等温式：
可以解释某一个吸附体系是否符合Langmuir方程。
解离吸附的Langmuir等温式：
可以判断是否发生了解离吸附。
竞争吸附的Langmuir等温式：
判断两种或者多种物质竞争吸附的能力。
焦姆金等温式：
在合成氨体系的铁催化剂的化学吸附基础上研究而来，对中等吸附程度有效。
弗兰德里希吸附等温式：
该等温式预示不应存在饱和吸附量。
BET公式：
为固体吸附剂、催化剂的表面及测定提供了强有力的基础。
[填空题]
60催化剂寿命和稳定性有什么不同？
参考答案：
催化剂的稳定性是指它的活性和选择性随时间变化的情况。
催化剂的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。
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