催化剂与催化作用参考标准答案.docx

1、催化剂与催化作用参考标准答案1、催化剂定义催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。2、催化剂活性、表示方法(1)活性定义:一般,指定条件下（压力、温度）一定量催化剂上的反应速率(来衡量）。(2)表示方法:对于反应，速率 3、催化剂选择性、表示方法(1)定义:当反应可以按照热力学上几个可能的方向进行时,催化剂可以选择性地加速其中的某一反应。4、载体具有哪些功能和作用?8分散作用,增大表面积，分散活性组分;稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；支撑作用,使催化剂具备一定机械强度,不易破损;传热和稀释作用,能及时移走热量，提高热稳定性;助催化作用,

2、某些载体能对活性组分发生诱导作用,协助活性组分发生催化作用。、催化剂选择考虑因素:选择性寿命活性价格 工业催化剂:、催化剂一般组成1)活性组份或称主催化剂2）载体或基质3)助催化剂7.催化剂分类按物相均一性:均相催化、多相催化、酶催化按作用机理：氧化还原催化，酸碱催化(离子型机理，生成正碳离子或负碳离子)配位催化：催化剂与反应物分子发生配位作用而使反应物活化。按反应类型分类：加氢、脱氢、部分氧化、完全氧化、水煤气、合成气、酸催化、氯氧化、羰基化、聚合8、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步?实质上可分为几步？(）外扩散内扩散化学吸附表面反应脱附内扩散外扩散(2)物理过程化学过程物理过程9、吸附是

3、如何定义的?物理吸附与化学吸附的本质不同是什么?吸附：气体与固体表面接触时,固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。固体表面吸附:物理吸附:作用力:vn er l力静电力:具有永久偶极矩的分子间的静电吸引力诱导力:容易极化的分子被极性分子诱导产生的诱导偶极子和永久偶极子之间的作用力色散力:原子内电子密度的瞬时诱导邻近原子产生偶极而致的两个瞬时偶极子之间的相互作用力化学吸附：作用力：价键力,形成化学键本质:二者不同在于其作用力不同,前者为范德华力,后者为化学键力，因此吸附形成的吸附物种也不同,而且吸附过程也不同等诸多不同。 .催化剂的孔结构参数包括)密度 =m V=V隙+V孔+V真 堆密度:

4、堆=m/v 颗粒密度：P=(V-V隙)=m/(孔+V真o骨架)真密度（骨架密度):骨架m（堆-(孔+隙) 视密度： 视/（V堆-(孔隙)）2)比孔容在体积为V的容器中装满重量为的催化剂颗粒或粉末,抽真空后，充入氦气,测定出充入氦的体积V,即:容器内除去催化剂骨架体积以外的所有空间体积。然后,将氦抽出,并在常压下充入汞,测定出充入汞的体积Vg,即：除去催化剂骨架体积和颗粒中的孔隙体积以后容器中剩余的体积。也就是说，催化剂的孔容:V孔He-Vg3）孔隙率4)平均孔径 5）孔径分布 6）孔的形状与连通性11、为何说Langmuir吸附为理想吸附?基本假设是什么?模型假设:吸附表面均匀,各吸附中心能量

5、相同；吸附分子间无相互作用;单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附,一个分子只占据一个吸附中心；在一定条件下,吸附与脱附可建立动态平衡。12.扩散类型（1）扩散定义:分子通过随机运动,从高浓度向低浓度进行传播的现象。常规扩散(容积扩散)多孔固体介质的孔径00nm;孔径尺寸大小 分子平均自由程;分子间碰撞几率 分子与孔道壁的碰撞几率；扩散阻力主要为分子之间的碰撞。克努森（Kudsen）扩散多孔固体介质的孔径100m;孔径尺寸分子平均自由程；分子间碰撞几率 分子与孔壁的碰撞几率；扩散阻力主要为分子与孔壁的碰撞。构型扩散沸石微孔尺寸与扩散分子尺寸接近，分子尺寸的微小变化可使扩散系数显著改变。(

6、孔径1nm)扩散阻力与分子形状、临界尺寸、分子与孔壁的相互作用、分子的旋转和扭转等多种因素有关。表面扩散1.固体表面性质固体表面的原子:存在自由价,表面不饱和位，具有趋向于饱和的性质;吸附质分子与吸附剂表面自由价相互作用；固体表面自由能减小固体表面自由能：处于平衡态的凝聚物质,其形状倾向于具有尽可能小的表面积，使表面自由能趋向于最小固体表面的吸附：自发过程,表面自由能减小(吸附的推动力）1.各类化合物在不同固体表面的吸附态（1）氢的吸附态：（2）氧的吸附态:负离子态:O2-*， 2 2, O-*, O*,分子氧：O*,不稳定的O3-*（）氮的吸附态:二位吸附和多核吸附,低温：二位吸附(4)CO

7、的吸附态：线形结构、键合、桥式结构、孪生吸附(5)烃类的吸附态：饱和烃（H4):解离吸附、不饱和烃:非解离吸附为主15、催化剂的比表面测定有哪些实验方法?(1)BET法测比表面积1）测定原理和计算方法依据BET提出的多层吸附理论以及BET吸附等温曲线进行测定和计算的。利用T方程进行作图，采用试验采集数据并利用图解法进行计算。）最常用的方法:N2吸附法3) BET理论假设:固体表面均匀；吸附脱附不受周围分子影响;由于范德华力，不一定第一层吸满后才发生多层吸附。（2)色谱法测定比表面积色谱法测定比表面积时载气一般采用H或H2,用N做吸附质,吸附在液氮温度下进行。1.金属催化剂的特性多为d区元素(,

8、VIB,B,VII族元素）外层：12个S电子,次外层10个d电子未成对的d轨道,可以被S电子或p电子配对，形成化学吸附特征:1）裸露的表面,配位不饱和,亚稳状态)金属原子之间有凝聚作用(是具有导热性、导电性、延展性以及机械强度的原因,化学键非定域性并由此获得了额外的共轭稳定化能,金属很难在原子水平进行分散)3)以“相”的形式参与反应为何能作为催化剂:过渡族金属有空的d轨道能够接受成对电子和共轭键，同时也能够重新恢复为空轨道。这样就能够使得反应物间活化能降低，从而催化反应发生。17.化学吸附与催化逸出功电子脱离金属表面所需要的最小能量;或者能带中为最高空能级与最高填充能级的能量差。电离势I将电子

9、从反应物中移到外界所需的最小功。或者反应物失去电子的难易：反应物e催化剂正离子吸附芳烃脱烷基异构烷烃裂化,双键异构脱水反应许多实验证明，在一定酸强度范围，酸浓度与催化活性有很好的对应关系总之:调节酸的强度与浓度可以调节催化剂的活性和选择性43、过渡金属氧化物的电子性质有哪些？过渡金属氧化物中的金属阳离子的电子层容易失去电子或夺取电子,具有较强的氧化还原性能。过渡金属氧化物具有半导体性质。过渡金属氧化物中金属离子的内层价轨道与外来轨道可以发生劈裂。过渡金属氧化物与过渡金属都可作为氧化还原反应催化剂，而前者由于其耐热性、抗毒性强，而且具有光敏、热敏、杂质敏感性，更有利于催化剂性能调变,因此应用更加

10、广泛。44、过渡金属氧化物的氧化还原机理是怎样的？答：过渡金属氧化物催化剂在催化氧化反应过程当中,特别是对烃类氧化反应中，反应产物中的氧往往不是直接来自气相中的氧，而是来自金属氧化物中的晶格氧,气相中的氧只是用来补充催化剂在反应中消耗的晶格氧。其氧化还原过程为：5、工业催化剂的设计开发包括哪些过程?（?）1） 探索阶段 根据反应特点,查阅有关文献分析、理论指导等,从技术上和济济上设计并初步进行研制。经测定、筛选、改进，确定供进一步放大研究的催化剂。该阶段通常在实验室中进行。一般只进行合成方法与催化剂活性、选择性的评价试验。实验室通常是在小型的能反映催化剂本征活性的装置上进行试验。2 )模拟放大

11、阶段将第一阶段筛选的催化剂取一定数量，在工业生产条件下,进行活性、选择性、寿命、再生产性等性能方面的考察，经过改进与完善,获得催化剂的全面性能数据，提出可以在工业生产规模上应用以及进行工业生产的数据。试验通常是在一定规模的工业装置上进行（按生产条件),可在放大实验室或工业装置侧线进行。在这阶段还应对反应动力学规律进行研究,为工业放大提供数据与资料。3 ）工业生产阶段设计与建立工业生产的反应装置和催化剂生产车间，经过试车正式进行工业化生产。应当特别指出的是,在上述每一个阶段中，都应十分注意经济上的可行性，进行技术与经济的全面评价与分析，否则生产上全无意义。46、原料和配料的选择原则是什么?答:（

12、1)原料的选择：.符合产品的性能要求；2.所含的杂质容易去除,或限定在某个范围；3.容易获得,价格便宜,易于加工;.对环境不存在污染或经处理能除去污染（2）配料的选择原则：1.当配制成溶液时，水溶性物质可用水作为配料，但也应注意其酸性。2.当原料不溶于水时,采用其它溶剂作为配料时，应容易除去，或者它的存在不影响催化剂的催化性能。.原料的配比可用重量比或原子比，关键在于准确并且符合催化剂的要求47、沉淀法和凝胶法有什么特点与不同?()优点:有利于杂质的去除; 可获得活性组分分散度较高的产品; 制备多组分催化剂时,有利于组分间的紧密结合，形成适宜的活性构造； 活性组分于载体的结合较紧密，不易流失。

13、(2)缺点： 沉淀过程机理复杂，不易掌握;制备多组分催化剂时，均匀度不易保证; 制造工艺流程较长，而且复杂，生产费用大。(3)区别:凝胶法于沉淀法相比较,它能制备较为均匀的多组分催化剂，但凝胶法的设备更加庞大，费用更高。 8、浸渍法有何特点？它可以采用已经成型的外形与大小的载体，无需再进行以后的催化剂成型操作；浸渍法能够将一种或几种活性组分负载在载体上,活性组分都分布在载体表面上,活性组分利用率较高,用量少,这对于贵重金属意义重大;载体的结构基本决定了所制备的催化剂的孔结构与比表面大小。则可选择具有合适的结构和比表面的载体,以提供适合催化剂所需的各种机械与物理性能。4、催化剂失活的原因有哪些？

14、1)烧结:高温下，粒子发生迁移,降低表面使得体系向稳定的方向进行,从而导致催化剂烧结。2）中毒:由于毒物的存在而使得催化剂失活.3)积炭(结焦）:高温下，反应物料由于分解、聚合等反应生成的碳或焦炭沉积在催化剂表面,使得催化剂的活性表面减少，堵塞孔道，影响活性使得其下降。4）催化剂相组成的变化0.碳离子反应规律:酸碱催化剂对许多烃类分子具有催化活性。酸性催化剂可以提供质子或接受电子对，使烃类分子转变成带正电荷的正碳离子,循正碳离子反应机理进行催化转化；而碱性催化剂进攻烃类分子后,往往夺取质子或给烃类分子施放电子对，使反应按负碳离子反应机理进行。5催化剂寿命：是指催化剂在一定反应条件下维持一定反应

15、活性和选择性的使用时间。52催化剂中毒：是指催化剂在微量毒物作用下丧失活性和选择性。简答1酸碱催化作用与氧化还原催化作用的对比酸碱型催化反应其反应机理是因为催化剂与反应物分子之间通过收受电子对而配位,或者发生极化,形成离子型活性中间物种所进行的催化反应。氧化还原型催化反应其反应机理是因为催化剂与反应物分子之间通过单个电子的转移,而形成活性中间物种进行的催化反应。.固体酸碱催化剂的酸碱性来源与调节 （1）来源 :结构不同,在相同的配位数情况下，以不同的价态的原子取代,产生电荷不平衡而产生的；同样当价态相同而配位数不同，会使其结构不平衡，产生酸性。 对于金属盐类，当含有少结构量水时,金属离子对2极

16、化作用，会产生酸中心。(我的答案：电离、接受电子、提供电子） (2）调节：合成具有不同硅铝比的沸石，或者将低硅沸石通过脱铝通过硅铝比；通过调节交换阳离子类型、数量，来调节酸强度或酸浓度,改善活性和选择性;通过高温焙烧、高温水热处理、预积碳或碱中毒，减少或减弱其强酸中心,从而改变活性和选择性；通过改变反应气氛,从而改变活性。1、论述题:试分析沉淀法与凝胶法制备催化剂的影响因素,并对其制备方法的优缺点（在前面第五章第)进行评述。答：(1)沉淀法:其化学组成和结构,沉淀物的性能又由沉淀状态和条件（浓度、温度、H值等)所决定。浓度、温度、搅拌、PH值.(2)凝胶法:除了P值外，引入的物质的酸性以及其电

17、离性(电解质性质)和凝胶放置的时间都对其有较大的影响。另外,缩合反应的强弱，对凝结过程也有一定的影响。 催化剂与催化作用思考题1催化反应的反应热、活化能是否与非催化反应的相同?为什么?(1）不改变反应热:因为催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应前后的能量变化是由反应物和产物在反应体系中的相对能位来决定,反应物与产物的结构确定了它们的相对能位，即不改变反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变反应热。(2）降低活化能:因为催化剂通过改变反应历程，使反应沿着一条更容易进行的途径进行。催化剂能否改变化学平衡?不会改变,因为反应终了时催化剂的化学性质没有改变，不会影响反应体系的标准

18、自由能变化(状态函数,决定于过程的始态与终态,与过程无关）,因而也不会影响平衡常数K。3.影响催化剂的寿命的因素有哪些?化学稳定性:化学组成与化学状态稳定,活性组分与助剂不反应与流失;耐热稳定性:不烧结、微晶长大和晶相变化;抗毒稳定性:抗吸附活性毒物失活;机械稳定性：抗磨损率、压碎强度、抗热冲击。决定催化剂使用过程中的破碎和磨损4.载体在催化剂中的作用是什么?分散活性组分:提供大表面和孔隙结构、节省活性组分、提高抗中毒能力、提高抗烧结能力(热量散发和移去）、提高机械强度(粘结剂）提供催化活性(双功能催化剂）调变活性相纳米粒子的结构、形貌、大小一个好的工业催化剂应满足哪些条件？（1)高活性：缓和

19、的反应条件低压、低温、高空速、大处理量；降低装置造价；降低操作费用；提高过程经济性（)稳定性好:长寿命、使用时间长活性下降慢；抗烧结、中毒、结焦、污染能力强；降低催化剂费用；提高过程经济性(）流体流动：流体的分布、压力降、扩散效应催化剂利用率和过程控制；流体的分布：均匀、湍流、接近活塞流反应器与催化剂颗粒直径比510;反应器长与催化剂颗粒直径比00（4)压力降:尽可能小提高催化剂床层空隙6、何为转化率、收率和比活性？如何计算转化率、收率和选择性?转化率:已经转化的物料量占总进料量的比例大小产率：生成的目的产物量占反应物初始总量的比例选择性:目的产物占总产物的比例(m%, mol%)7.说明吸附热、吸附活化能、脱附活化能随表面覆盖度变化而变化的原因?并画出变化关系图。（1）规律:随着表面覆盖度的增加,吸附热见减小，吸附活化能增大（2)原因：1)表面不均匀性:吸附热随覆盖程度的增加而线性下降，表面上各吸附位不是能量均等的,吸附的分子之间有相互作用,先