工业催化考试题目.doc

1.1、论述催化剂是如何加速反应速率的？ 催化剂可使化学反应物在不改变的情况下，经由只需较少活化能的路径来进行化学反应。因而加快了 反应速率。 1.2、催化作用有哪些基本特征？ 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) 实际上催化剂并不能无限期地使用，在长期受热和化学、物理作用下，会发生不可逆的变化，这 将导致催化剂活性下降，最终导致催化剂失活。 1.3、说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？ 对于给定的反应，在已知条件下，其催化和非催化过程的-G r值是相同的，即Kf值是相同的，所以平 衡位置没有改变。 另一种答案：化学平衡是由热力学决定的， ?G = ? RT ln k p ，其中 kp 为反应的平衡常数， ?G 是产物与 反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关。催化剂的存在不影响 ?G 值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。 1.4、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。 、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。 根据Kf= ,催化剂可以以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。因此，对于可逆反应，能够催化 正方向反应的催化剂，就应该能催化逆方向反应。 2.1、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？ 通常估计催化剂由活性组分、载体和助催化剂三个部分组成。 （1）载体：载体是催化剂活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。 （2）助催化剂：本身没有活性或者活性很小，但加入到催化剂中后，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、表面结构、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。 2.2、 在甲烷催化氧化偶联反应研究中， 如果反应物进料为甲烷和氧气， 反应产物经气相色谱分析结果mol % 、 在甲烷催化氧化偶联反应研究中， 如果反应物进料为甲烷和氧气， 反应产物经气相色谱分析结果 组成如下： 组成如下： CH4 20%、 C2H4 30%、 C2H6 20% 、CO2 20% 、CO 10% 。不考虑反应过程中的积碳问 、 、 试计算（ ）甲烷的转化率； （2） 题。试计算（1）甲烷的转化率； ）乙烯的选择性。 （ 乙烯的选择性。 解：设产物以100mol计 （1） x（转化率） = 30 2 + 20 2 + 20 1 + 10 1 100% = 88.67% 20 1 + 30 2 + 20 2 + 20 1 + 10 1 30 2 （2） s（选择性） = 100% = 46.15% 30 2 + 20 2 + 20 1 + 10 1 2.3、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。 、试说明催化剂稳定性与寿命的区别与联系。 稳定性：是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。 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。 区别：前者指的是变化情况，后者指的是时间长短。 联系：催化剂的稳定性直接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的则短。 3.1、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ 、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？ （1） 反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； （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） 反应产物自催化剂内表面脱附； （5） 反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。 3.2、试比较物理吸附与化学吸附。 、试比较物理吸附与化学吸附。 物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小（8-20kJ/mol） ，且是可逆的，无选择性，分子量越大 物理吸附 越容易发生。化学吸附 化学吸附是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性特征， 化学吸附 吸附热大（40-800kJ/mol） ，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附。 3.3、固体表面发生化学吸附的原因是什么？表面反应与化学吸附的关系是什么？ 反应与化学吸附的关系是什么？ 、固体表面发生化学吸附的原因是什么？表面反应与化学吸附的关系是什么 发生化学吸附的原因，是由于位于固体表面的原子具有自由价，这些原子的配位数小于固体内原子的 配位数，使得每个表面原子受到一种内向的净作用力，将扩散到其附近的气体分子吸附形成化学键 化学吸附是表面反应的前提。化学吸附的表面物种在二维的吸附层中并非静止不动的，只要温度足够 高，它们就成为化学活性物种，在固体表面迁移，随之进行化学反应。表面反应要成功进行，就要求化学 吸附不宜过强，也不能过弱。 3.4、金属表面上甲烷和氢分子的吸附，只能形成解离型化学吸附，为什么？ 、金属表面上甲烷和氢分子的吸附，只能形成解离型化学吸附，为什么？ 因为分子氢、烃分子在吸附之前先必须解离，因为很多这类分子不能直接与金属的“表面自由价”成 键，必须先自身解离，成为有自由价的基团，所以只能形成解离理化学吸附。 3.5、如何判断一个催化反应是存在内、外扩散的控制？ 、如何判断一个催化反应是存在内、外扩散的控制？ 如果反应物流量的改变对反应物的转化率影响较大，则存在外扩散控制；如果催化剂的粒径大小的改 变对转化率的影响较大，则存在内扩散控制。 4.1、试叙述固体表面酸中心类型测定方法 、 以吡啶作吸附质的IR谱法 -1 -1 -1 （1）L酸的红外光谱特征峰：1450cm 、1490cm 和1610cm -1 （2）B酸的红外光谱特征峰：1540cm 4.2、试叙述固体酸强度测定方法。 、试叙述固体酸强度测定方法。 （1） 胺滴定法：选用一种适合的pKa指示剂（碱） ，吸附于固体酸表面上，它的颜色将给出该酸的强度 （2） 气态碱吸附法：当气态碱分子吸附在固体酸位中心时，强酸位吸附的碱比弱酸位吸附的更牢固，使 其脱附也更苦难。当升温排气脱附时，弱吸附的碱将首先排出，故依据不同温度下排出（脱附）的 碱量，可以给出酸强度和酸量。 4.3试用二元复合氧化物电价模型判断： 试用二元复合氧化物电价模型判断： 试用二元复合氧化物电价模型判断 (a)TiO2为主要组分，ZrO2为次要组分所形成的二元复合氧化物表面酸性。 （复合氧化物中Ti价态为+4，配位 数6，Zr价态为+4 ，配位数8） ； 4 ? 4 2? ? + ? ? 8 = ? 即B酸 3 ? 8 3? (b) ZrO2为主要组分，TiO2为次要组分所形成的二元复合氧化物表面酸性。 （复合氧化物中Ti价态为+4，配 位数6，Zr价态为+4 ，配位数8） 。 ? 4 2? ? + ? ? 6 = +1 即L酸 ? 6 4? 5.1、请简要叙述沸石结构的三个层次 、 第一个结构层次：硅氧四面体和铝氧四面体 第二个结构层次：由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥联结成的环 第三个结构层次：氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体 5.2、请按 、请按TiO4四面体画出六元环结构 5.3、A型、Y型和 、 型 型和ZSM-5型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的，其孔径大小分别为多少？为 型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的， 型和 型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的 其孔径大小分别为多少？ 什么它们的孔径大小与相应多元环的临界直径有差异 ZSMA型：八元环 0.41nm；Y型：十二元环 0.74nm；ZSM-5型：十元环 0.55-0.6nm。 Y ZSM 由于多元环上的原子并不都是位于同一平面上，有扭曲和褶皱。 5.4、3A、4A和5A分子筛都是 型分子筛吗？它们的孔径大小分别为多少？其结构中的阳离子分别是什么？ 分子筛都是A型分子筛吗 、 、 和 分子筛都是 型分子筛吗？它们的孔径大小分别为多少？其结构中的阳离子分别是什么？ 是。3A：0.3nm 钾离子；4A：0.4nm 钠离子；5A：0.5nm 钙离子。 5.5、X型和 型分子筛的结构一样吗？它们的区别在哪里？其硅铝比分别是多少？ 型和Y型分子筛的结构一样吗 、 型和 型分子筛的结构一样吗？它们的区别在哪里？其硅铝比分别是多少？ 不一样。区别在于硅铝比不同。X型Si/Al为1-1.5；Y型Si/Al为1.5-3.0。 5.6、硅铝型分子筛的晶胞化学组成式的两种表达形式是什么？ 、硅铝型分子筛的晶胞化学组成式的两种表达形式是什么？ （1） M 2 / nO ? Al2O3 ? xSiO2 ? yH 2O （2） M p / n ( AlO2 )p ? (SiO2 )q ? yH 2O 5.7、依形态结构划分，金属催化剂可分为哪几种类型？ 、依形态结构划分，金属催化剂可分为哪几种类型？ （1）块状金属催化剂； （2）负载型金属催化剂； （3）合金催化剂； （4）金属簇状物催化剂 5.8、金属催化剂主要催化哪些类型的反应？ 、金属催化剂主要催化哪些类型的反应？ （1）加氢反应； （2）重整（异构）反应； （3）氧化反应； （4）汽车尾气处理 6.1、分别给出分子筛离子交换度、交换容量和残钠量的定义 、分别给出分子筛离子交换度、 + + （1） 交换度：即交换下来的Na 量占分子筛中原有Na 量的百分数 （2） 交换容量：为每100g分子筛中交换的阳离子毫克当量数 （3） 残钠量：交换后尚存在的钠量 6.2、简述分子筛的主要四种催化作用 、 （1）酸催化； （2）择形催化； （3）双功能催化； （4）催化氧化 6.3、分子筛择形催化有哪四种不同形式 、 （1）反应物的择形催化； （2）产物的择形催化； （3）过渡状态限制的择形催化； （4）分子交通控制的择形催化 6.4、什么类型的分子筛具有催化氧化性能 、 TS-1 分子筛；ZSM-5 分子筛 6.5、请以甲醇与苯反应生产对二甲苯为例说明分子筛催化剂的择形催化原理 、 甲醇与苯反应可生成三种产物，分别为邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯，其中邻二甲苯与间二甲苯体 积较大，不能通过分子筛通道，而对二甲苯可通过分子筛通道，这即为分子筛的产物择形催化 6.6、以NaY分子筛为例说明用离子交换法制备 酸型和Y分子筛的过程。 、 分子筛为例说明用离子交换法制备B酸型和 分子筛的过程。 分子筛为例说明用离子交换法制备 酸型和 分子筛的过程 7.1、依形态结构划分，金属催化剂分别有哪五种类型？ 、依形态结构划分，金属催化剂分别有哪五种类型？ 1）块状金属催化剂；2）分散或负载型金属催化剂；3）合金催化剂； 4）金属互化物催化剂；5）金属簇状物催化剂。 7.2、简述金属催化剂可以发生的四种反应类型。 、简述金属催化剂可以发生的四种反应类型。 1）加氢反应；2)氧化反应；3）重整反应；4）氢醛化反应 7.3、什么是 d 带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能之间的关系式什么？ 带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能之间的关系式什么？ 、 金属的 d 带中某些能级未被充满，可看作 d 带中的空穴，称为“d 带空穴” 。 有 d 带空穴，就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键，生成表面中间物种，具有催化性能。d 带空穴 愈多，末配对的 d 电子愈多，对反应分子的化学吸附也愈强。 催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移，这就要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给出电 子的能力。过渡金属的 d 空穴正是具有这种特性，然而对一定的反应，要求催化剂具有一定的 d 空穴，而 不是愈多愈好 7.4、什么是 d 特性百分数？它与金属催化剂的化学吸附和催化活性有什么关系。其在解释金属催化剂性能 特性百分数？它与金属催化剂的化学吸附和催化活性有什么关系。 、 时的局限性在哪里？这一局限性可由什么理论来解释？请举例说明。 时的局限性在哪里？这一局限性可由什么理论来解释？请举例说明。 d 特性百分数（d%） ：杂化轨道中 d 原子轨道所占的百分数。 d%越大化学吸附能力越强。但从活化分子的能量因素考虑，要求化学吸附既不太强，也不要太弱。吸 附太强导致不可逆吸附，吸附太弱则不足以活化反应分子，所以要求 d有一定范围。广泛应用的加氢催化 剂主要是周期表中的第四、五、六周期的部分元素，它们 d差不多都在 4050范围内。 金属的能带模型，对于 Cu、Ag、Au 这类金属的能级密度分析，与实验测试结果基本符合。对于金属 的电导和磁化率等物性，能较好解释。但是对于 Fe、Co 等金属的能级密度分析和表面催化的定量分析，常 相去甚远。 因为该模型未考虑到轨道的空间效应、轨道间的杂化组合，以及轨道相互作用的加宽等。 7.4、为什么金属催剂都是过渡金属？ 、为什么金属催剂都是过渡金属？ 金属催化剂主要是过渡金属，特别是 VIII 族金属。这与金属的结构、表面化学键有关；过渡金属是很 好的加氢、脱氢催化剂，H2 很容易在金属表面吸附，吸附反应不会进行到催化剂的体相；一般金属在反应 条件下很容易被氧化到体相，不能作为氧化反应催化剂，但贵金属(Pd,Pt, Ag, Au 等)能抗拒氧化，可作为氧 化反应催化剂； 7.5、什么是几何对应理论，又称为什么？来解释什么？ 、什么是几何对应理论，又称为什么？来解释什么？ 要求催化剂原子和反应物分子结构在几何尺寸上接近的理论称之为几何对应理论， 8.1、金属催化剂为什么大多数制备成负载型催化剂？负载型催化剂中金属分散度的定义是什么？ 、金属催化剂为什么大多数制备成负载型催化剂？负载型催化剂中金属分散度的定义是什么？ 因为金属催化剂尤其是贵金属，价格昂贵，将其分散成微小的颗粒附着在高表面积和大孔隙的的载体 上，可以节省用量，增加金属原子暴露于表面的机会。 金属的分散度：金属在载体上微细程度。D=ns/nt=(表面的金属原子数/总的金属原子数）/每克催化剂 8.2、举例说明什么是结构非敏感反应和结构敏感反应。 、举例说明什么是结构非敏感反应和结构敏感反应。 一类是涉及 H-H、CH 或 O-H 键的断裂或生成的反应，它们对结构的变化、合金化的变化、金属性 质的变化，敏感性不大，称之为结构非敏感性反应。 （eg：环丙烷在金属铂上加氢开环生成丙烷的反应：用 负载于 Al2O3 或 SiO2 上的 Pt 微晶（11.5 nm, D1) 催化剂；与用大单晶 Pt(无分散，D0)作为催化剂；所有 ） 的反应转换频率都是相同的。 另一类是涉及 C-C、N-N 或 C-O 键的断裂或生成的反应，对结构的变化、合金化的变化或金属性质的变 化敏感性较大，称之为结构敏感反应。 ：合成氨反应在使用不同金属颗粒大小时其转换频率（Vt）不相 （eg： ） 同。表明合成氨反应对 Fe 金属催化剂来说是一个结构敏感反应。 8.3、请说明双金属催化剂的主要类型和用途。 、请说明双金属催化剂的主要类型和用途。 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。 8.4、用实验说明晶格氧是如何参加氧化反应的。 、用实验说明晶格氧是如何参加氧化反应的。 同位素交换实验验证晶格氧的催化作用 8.5、金属硫化物催化剂的基本用途是什么？ 、金属硫化物催化剂的基本用途是什么？ 金属硫化物催化剂，如 Mo、W、Ni、Co、Fe 等的金属硫化物具有加氢、异构、氢解等催化活性，用 于油品的加氢精制；加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)、加氢脱金属(HDM)等过程。 9.1、用自己的话解释诱导契合和群体迁移理论，以说明酶的专一性。 、用自己的话解释诱导契合和群体迁移理论，以说明酶的专一性。 解释诱导契合和群体迁移理论 酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在,而是在受到诱导之后才形成互补的形状。这种方式 如同一只手伸进手套之后,才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去,就能诱导酶蛋图白的构 像发生相应的变化,从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物,这就是“诱导契合学说”。 9.2、用自己的话说说如何制备 pt/Al2O3 催化剂。 、 催化剂。 9.3、用自己的话说说你对浸渍沉淀法的理解。 、用自己的话说说你对浸渍沉淀法的理解。 9.4、用自己的话说说你对溶胶-凝聚法制备催化剂的过程。 、用自己的话说说你对溶胶 凝聚法制备催化剂的过程 凝聚法制备催化剂的过程。 9.5、制备催化剂时，沉淀为什么要陈化？ 、制备催化剂时，沉淀为什么要陈化？1. 什么是催化剂？ 什么是催化剂？ 什么是催化剂 根据 IUPAC 于 1981 年提出的定义， 催化剂) 是一种物质，它能够改变反应的速率而不 改变该反应的标准 Gibbs 自由焓变化 2催化作用的四个基本特征是什么？ 催化作用的四个基本特征是什么？ 催化作用的四个基本特征是什么 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； 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)， 且催化剂可同 时加速正逆反应； 催化剂对反应具有选 择性，当反应有一个以上生成多种产物的 方向时，催化剂仅加速其中的一种。 催 化剂由正常运转到更换所延续时间（寿 命） 。 3.什么是助催化剂？分为哪几种？ 什么是助催化剂？ 什么是助催化剂 分为哪几种？ 催化剂中加入的另一种或者多种物质，本 身不具活性或活性很小的物质，但能改变 催化剂的部分性质，如化学组成、离子价 态、酸碱性、表面结构、晶粒大小等，从 而使催化剂的活性、选择性、抗毒性或稳 定性得以改善。 结构型和电子型两类 4.请说明理想的催化剂载体应具备的条件。 请说明理想的催化剂载体应具备的条件。 请说明理想的催化剂载体应具备的条件 具有能适合反应过程的形状和大小； 有足够的机械强度，能经受反应过程中机 械或热的冲击；有足够的抗拉强度，以抵 抗催化剂使用过程中逐渐沉积在细孔里的 副反应产物(如积碳)或污物而引起的破裂 作用； 有足够的比表面，合适的孔结构 和吸水率，以便在其表面能均匀地负载活 性组分和助催化剂，满足催化反应的需要； 有足够的稳定性以抵抗活性组分、反应 物及产物的化学侵蚀，并能经受催化剂的 再生处理； 能耐热，并具有合适的导热 系数； 不含可使催化剂中毒或副反应增 加的物质； 原料易得，制备方便，在制 备载体以及制备成催化剂时不会造成环境 污染； 能与活性组分发生有益的化学作 用；能阻止催化剂失活 5 多相催化反应的一般步骤？物理过程和 多相催化反应的一般步骤？ 化学过程分别是哪几步？ 化学过程分别是哪几步？ 反应物分子从气流中向催化剂表面和孔 内扩散。反应物分子在催化剂内表面上 吸附。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。反应产物自催化剂内表面脱附。 反应产物在孔内扩散到反应气流中去 扩散为物理过程；为化学过程 6 物理吸附与化学吸附的特点？ 物理吸附与化学吸附的特点？ 物理吸附是借助分子间力，吸附力弱， 吸附热小(820kJ/mol)， 接近于气体的液化 热，且是可逆的，无选择性，分子量越大 越容易发生，吸附稳定性不高，吸附与解 吸速率都很快，可单分子层或多分子层吸 附，不需要活化能。 化学吸附与一般的化学反应相似，是 借助于化学键力，遵从化学热力学和化学 动力学的传统定律，具有选择性特征，吸 附热大(40800kJ/mol)， 吸附很稳定， 一般 是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸 附更是如此，吸附是单分子层的，具有饱 和性。 7.如何推导简单的 Langmiur 吸附等温式？以及重要的假设是什么 如何推导简单的 吸附等温式？以及重要的假设是什么? 两个重要假设： (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用 设：表面覆盖度 q = V/Vm 则空白表面为(1 - q ) V 为吸附体积；Vm 为吸满单分子层的体积 吸附速率为 Ka = Ka p (1 - ) 脱附速率为 Rd=Kd p 为被吸附气体的分压，达到平衡时，吸附与脱附速率相等。Ka p (1 - ) = kd = Ka p /(kd + ka p) 令Ka /Kd=K 吸附平衡常数（或吸附系数） /1-= Kp , =Kp/1-Kp 8.CO 分子的化学吸附都有哪几种可能的吸 附态？为什么会存在多种吸附态？ 附态？为什么会存在多种吸附态？ 吸附态：直线型、桥型、多重型、孪生型 CO 分子的化学吸附，既有 电子参加，又 有孤对电子参加，所以它可以有多种吸附 态；可以线形吸附在金属表面，也可以桥 式与表面上的两个金属原子桥联，在足够 高的温度下，还可以解离成碳原子和氧原 子吸附。 9. ZnO 和 NiO 在受热分别会变成什么类型 的半导体？为什么？ 的半导体？为什么？ ZnO 受热变成 n-型半导体。ZnO 受热失去 氧，阳离子氧化数降低，直至变成原子态。 导电是靠与 Zn 结合的带负电的电子。 NiO 受热变成 p-型半导体。 受热获得氧， NiO 2阳离子的氧化数升高， 导致晶格中 O 增加， 从而产生正离子的缺位，称作正空穴。半 导体依靠正空穴传递而导电。 10. 布 朗 斯 特 (Br?nsted) 酸 、 碱 和 路 易斯 (Lewis)酸、碱的定义是什么？ 是什么？ 酸 碱的定义是什么 B 酸：能够给出质子的都是酸。B 碱：能够 接受质子的都是碱。 L 酸：能够接受电子对的都是酸。L 碱：能 够给出电子对的都是碱。 11. 什么是 B 酸强度和 L 酸强度？ 酸强度？ B 酸强度，是指给出质子的能力；L 酸强度 是指接受电子对的能力。 12. 为什么 TiO2 占主要组分的 TiO2-SiO2 和 SiO2 占主要组分的 SiO2-TiO2 都是酸性催化 剂？ SiO2-TiO2 复合氧化物中，TiO2 为主要成分 时，正电荷过剩时，为 L 酸；SiO2 为主要成分时，负电荷过剩，为B酸13. 什么是超强酸 什么是超强酸? 固体酸的强度若超过 100%硫酸的强 度，则称之为超强酸。 （因为 100%硫酸的 酸强度用 Hammett 酸强度函数表示时为 H0 = 11.9，故固体酸强度 H0 11.9 者谓 之固体超强酸或超酸。 ） 14. 什么是分子筛？其化学组如何表示？ 什么是分子筛？其化学组如何表示？ 分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的 孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水， 加热时可汽化除去，故又称沸石。自然界 存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。 它们的化学组成可表示为 Mx/n(AlO2)x(SiO2)y ZH2O 15. 分子筛的结构构型三种层次是什么？ 分子筛的结构构型三种层次是什么？ 基本结构单元是硅氧四面体(SiO4)和铝氧 四面体(AlO4)。 硅氧四面体和铝氧四面 体可通过氧原子(氧桥)联结起来形成环。 由 四个四面体形成一个环就叫四元氧环。以 此类推有五元氧环、六元氧环，八元氧环， 十元氧环和十二元氧环等。窗口氧环的孔 口对通过的分子起筛分作用。 各种不 同的环通过氧桥相互联接又可形成三维空 间的多面体。各种各样的多面体构成中空 的笼，笼进一步相互联接形成分子筛。 16. 分子筛择形催化有哪几种形式？ 分子筛择形催化有哪几种形式？ 反应物择形催化 （ 当反应混合物中某 些能反应的分子因太大而不能扩散进入催 化剂孔腔内，只有那些直径小于内孔径的 分子才能进入内孔，在催化活性部分进行 反应。 ） 产物的择形催化（当产物混合物中某些 分子太大，难于从分子筛催化剂的内孔窗 口扩散出来, 就形成了产物的择形选择 性。 ） 过渡态限制的选择性（有些反应，其反 应物分子和产物分子都不受催化剂窗口孔 径扩散的限制，只是由于需要内孔或笼腔 有较大的空间，才能形成相应的过渡态， 不然就受到限制使该反应无法进行；相反， 有些反应只需要较小空间的过渡态就不受 这种限制，这就构成了限制过渡态的择形 催化。 ） 分子交通控制的择形催化（在具有两种 不同形状和大小和孔道分子筛中，反应物 分子可以很容易地通过一种孔道进入到催 化剂的活性部位，进行催化反应，而产物 分子则从另一孔道扩散出去，尽可能地减 少逆扩散，从而增加反应速率。这种分子 交通控制的催化反应，是一种特殊形式的 择形选择性，称分子交通控制择形催化。 ） 17.金属催化剂包括哪几种类型？ 金属催化剂包括哪几种类型？ 金属催化剂包括哪几种类型 块状催化剂（如电解银催化剂、融铁催 化剂、铂网催化剂等） 分散或者负载 。 型的金属催化剂（如 Pt-Re/Al2O3 重整催化 剂, Ni/Al2O3 加氢催化剂等） 金属互化 。 物催化剂（如 LaNi5 可催化合成气转化为 烃） 合金催化剂（如 Cu-Ni 合金加氢催 。 化剂） 金属簇状物催化剂（如烯烃氢 。 醛化制羰基化合物的多核 Fe3(CO)12 催化 剂）18.什么是金属晶体的费米 什么是金属晶体的费米(Fermi)能级？ 能级？ 什么是金属晶体的费米 能级 电子占用的最高能级称为费米(Fermi)能级 (金属的费米能级) 19.金属价键模型中的 d 特性百分数是什 金属价键模型中的 么意思？用什么符号表示？ 么意思？用什么符号表示？ 杂化轨道中 d 原子轨道所占的百分数称为 d 特性百分数，用符号 d%表示。 20. 什么是溢流现象 ？ 其发生的条件是什 什么是溢流现象？ 么？ 所谓溢流现象，是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。 条件：溢流物种发生的主源；接受新 物种的受体，它是次级活性中心。 21.造成催化反应结构非敏感性的原因有哪 造成催化反应结构非敏感性的原因有哪 几种？ 几种？ 表面的细微结构掩盖了，造成结构非敏 感。这种原因称之为表面再构。 活性组 分晶粒分散度低的（扁平的面）较之高的 （顶与棱）更活泼。 活性部位不是位于 表面上的金属原子，而是金属原子与基质 相互作用形成的金属烷基物种。 22.双金属系中作为合金催化剂主要有哪几 双金属系中作为合金催化剂主要有哪几 类？ 第一类为第 VIII 族和 IB 族元素所组成的双 金属系，如 Ni-Cu、Pd-Au 等； 第二类为两种第 IB 族元素所组成的，如 Au-Ag、Cu-Au 等； 第三类为两种第 VIII 族元素所组成的，如 Pt-Ir、Pt-Fe 等。 23.半导体主要分为哪几类？ 半导体主要分为哪几类？ 半导体主要分为哪几类 本征半导体、n 型半导体和 p 型半导体。 24.氧化物表面 M=O 键的成键方式有哪几 氧化物表面 种？ 金属 Co 的 eg 轨道（即 dx2-y2 与 dz2）与 O2 的孤对电子形成 键； 金属 Co 的 eg 轨道与 O2 的 分子轨道形 成 键； 金属 Co 的 t2g 轨道（dxy，dxz，dyz）与 O2 的 *分子轨道形成 键。 25.请说明正常的尖晶石结构？ 请说明正常的尖晶石结构 请说明正常的尖晶石结构？ 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。 26.什么是络合催化剂？络合催化的重要特 什么是络合催化剂？ 什么是络合催化剂 征是什么？ 征是什么？ 络合催化剂，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。 重要特征：是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)。能够通过在配位空间内的空间效应 和电子因素以及其他因素对其过程、速率 和产物分布等，起选择性调变作用。 27.CO 是如何配位活化的？ 是如何配位活化的？ 通过 - 键配位活化。 - 键合相互作用 经 后, 总的结果可以看成为配位体的孤对电 子, 电子(基态)通过金属向配位体自身空 *轨道跃迁(激发态)，分子得到活化。 28.什么是三效催化剂？ 什么是三效催化剂？ 什么是三效催化剂 三效催化剂普遍采用 Pt、Rh、Pd 贵金属做 活性组分，各组分间有相互协同作用，总 体起催化促进作用。在操作条件下可同时 将尾气中的 CO、HC、NOx 净化处理，达到 环保要求的限制标准，其构成主要由载体 涂层和活性组分所组成，置于汽车尾气催 化转化器中。 29.什么是燃料电池？ 什么是燃料电池？ 什么是燃料电池 燃料电池是一种能源转化系统，是将燃料 的化学能连续不断的直接转化成电能的电 化学装置，又称为电化学发电器。 30.酶催化有什么特点？ 酶催化有什么特点 酶催化有什么特点？ 6 酶催化效率极高，是非酶催化的 10 19 10 倍。生物酶催化具有高度的专一性： 绝对专一性和相对专一性。一种酶只能催 化一种底物进行一种反应，称为绝对专一 性；一种酶能够催化一类结构相似的底物 进行某种相同类型的反应，称为相对专一 性。酶催化的条件较温和，可在常温常 压和酸碱度 （pH 值为 58， 一般在 7 左右） 下进行，可以减少不必要的副反应，如分 解、异构、消旋、重排等。 31.沉淀法制备催化剂的基本原理和一般步 沉淀法制备催化剂的基本原理和一般步 骤是什么？ 骤是什么？ 沉淀法的基本原理是在含金属盐类的水溶 液中，加进沉淀剂，以便生成水合氧化物、 碳酸盐的结晶或凝胶。将生成的沉淀物分 离、洗涤、干燥、焙烧、成型后，即得催 化剂。 32.如何选择沉淀剂？ 如何选择沉淀剂？ 如何选择沉淀剂 尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉 淀剂。常用的有 NH3 、NH3 H2O、CO2 、 CO(NH2)2、(NH4)2CO3 形成的沉淀物必须 便于过滤和洗涤。盐类沉淀剂原则上可以 形成晶形沉淀，而碱类沉淀剂都会生成非 晶形沉淀； 沉淀剂的溶解度要大一些； 形成的沉淀的溶解度要小，沉淀较完 全； 沉淀剂不应造成环境污染。 33.晶形沉淀的形成条件是什么？ 晶形沉淀的形成条件是什么？ 晶形沉淀的形成条件是什么 开始沉淀时，沉淀剂在不断搅拌下均匀 而缓慢的加入，以免发生局部过浓同时也 能维持一定的过饱和度。沉淀应在适当稀 的热溶液中进行。沉淀完毕待老化、冷却 后过滤洗涤； 沉淀应放置老化。沉淀在其形成之后发 生的一切不可逆变化称之为老化。这些变 化主要是结构变化和组成变化。老化过程 中，细小晶体会溶解并沉积在粗晶体上， 从而可以得到颗粒大小较为均匀的粗晶 体，同时也导致孔隙结构和表面积的变化。 还可以去除杂质。此外刚形成的沉淀不一 定具有稳定的结构，还应放置一段时间。 34.焙烧在催化剂制备过程中的作用是什 焙烧在催化剂制备过程中的作用是什 么？ 通过热分解除去水和挥发性物质，使催 化剂转换成所需的化学成分和化学形态； 借助固态反应、互溶和再结晶获得一定 的晶型、孔径和比表面积等；使微晶烧 结，提高机械强度，获得较大孔隙率。 35.什么是催化剂的活化？其目的是什么？ 什么是催化剂的活化？ 什么是催化剂的活化 其目的是什么？ 催化剂在制备好以后，往往还要活化；需 较高温度的热处理，就是焙烧或在进一步 还原、氧化、硫化、羟基化等处理使催化 剂转变为活泼态。使钝态催化剂转变为活 泼态催化剂的过程就是催化剂的活化。 活化的目的在于使催化剂，特别是催化剂 表面形成催化反应所需要的活性结构。 36.浸渍法的优点是什么？ 浸渍法的优点是什么？ 浸渍法的优点是什么 可用已成型的载体（如氧化铝，氧化硅， 活性炭，浮石，活性白土等） 负载组份利用率高，用量少（如贵金属） 37.大多数固体催化剂由哪三部分组成？ 大多数固体催化剂由哪三部分组成？ 大多数固体催化剂由哪三部分组成 活性组分、助剂和载体。 38.催化剂设计参数的四要素是什么？ 催化剂设计参数的四要素是什么？ 催化剂设计参数的四要素是什么 活性、选择性、稳定性/寿命、再生性。 39.对许多涉及氧的反应，氧化物催化剂的 对许多涉及氧的反应， 对许多涉及氧的反应 活性顺序为？ 活性顺序为？ p 型半导体氧化物最活泼，绝缘体次之，n 型半导体氧化物最差。 40.载体为什么能延长催化剂的寿命？ 载体为什么能延长催化剂的寿命？ 载体为什么能延长催化剂的寿命 提高耐热性：一般用耐火材料作为载体。 烧结：一定温度下活性组分颗粒接触面上 的原子或分子会发生作用，使粒子增大。 金属在载体上的分散提高了金属烧结的温 度。提高耐毒性：使活性组分高分散； 载体可以吸附部分毒物，甚至可以分解部 分毒物。提高传热系数：可以防止催化 剂床层的过热而导致催化剂活性下降。 催化剂活性组分的稳定化：降低某些易升 华活性组分如 MoO3、Re2O7、P2O5、Te 的 损失，延长催化剂的寿命。 41. 什 么 是 空 速 、 堆 密 度 和 比 孔 体 积 ( 孔 容)？ 停留时间的倒数称为空速；气体空速 按反应物气体流量速率计算；液体空速按 液体流量速率计算；重量空速按反应物质 量流速除以催化剂重量所得比值计算；空 速可以用作催化剂活性的指示；体积进料 速率，通常基于标准状态或反应器入口条 件进行计算。 堆密度 堆:用量筒测量催化剂体积 V 堆 =V 隙+V 孔+V 真 比孔体积(孔容)： 每克催化剂颗粒内所 有孔的体积总和； 42.如何消除外扩散限制？ 如何消除外扩散限制？ 如何消除外扩散限制 为了消除内扩散对反应的影响而降低粒 径时，会导致温度差升高。同样温度差随 反应器直径的增大而迅速升高，所以需要 确定适宜的催化剂粒径和反应管直径。 应用流动法测定催化剂的活性时，为了避 免外扩散的影响，应当使气流处于湍流条 件，因为层流会影响外扩散速率。 43.什么情况下可以认为已经消除了内扩散 什么情况下可以认为已经消除了内扩散 的影响？ 当催化剂活性与催化剂粒径大小无关时， 可以认为已经消除了内扩散的影响。 44.对催化剂抗毒性进行评价的方法有哪几 对催化剂抗毒性进行评价的方法有哪几 种？ 在原料中加入毒物使催化剂中毒后改用 纯净原料，检测催化剂能否恢复活性和选 择性； 维持一定活性和选择性，逐渐提高毒物 量； 中毒催化剂再生后，检测活性和选择性 的恢复程度 45.影响催化剂寿命的因素有哪几种？ 影响催化剂寿命的因素有哪几种？ 影响催化剂寿命的因素有哪几种 (1) 催化剂热稳定性的影响 （催化剂在一定 温度下，特别是高温下发生熔融和烧结， 固相间的化学反应、相变、相分离等导致 催化剂活性下降甚至失活。 ） (2) 催化剂化学稳定性的影响 （在实际反应 条件下，催化剂活性组分可能发生流失、 或活性组分的结构发生变化从而导致活性 下降和失活。 ） (3) 催化剂中毒或被污染 （催化剂发生结焦 积炭污染或中毒。 ） (4) 催化剂力学性能的影响 （催化剂发生 破碎、磨损，造成催化剂床层压力降增大、 传质差等，影响了最终效果。 ）2.1 催化剂和催化作用 催化剂是一种能够与反应物相互作用， 催化剂是一种能够与反应物相互作用，加速反应速率而不改变化学反应