完整版工業(yè)催化習(xí)題整理

1、1.1、 論述催化劑是如何加速反響速率的催化劑可使化學(xué)反響物在不改變的情況下,經(jīng)由只需較少活化能的路徑來進(jìn)行化學(xué)反響.因而加快了反響速率.1.2、 催化作用有哪些根本特征1) 催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反響,而不能加速熱力學(xué)上無法進(jìn)行的反響.2) 催化劑只能加速反響趨于平衡,而不能改變平衡的位置(平衡常數(shù)).3) 催化劑對反響具有選擇性.4) 實(shí)際上催化劑并不能無限期地使用,在長期受熱和化學(xué)、物理作用下,會發(fā)生不可逆的變化,這將導(dǎo)致催化劑活性下降,最終導(dǎo)致催化劑失活.1.3、 說明催化劑為什么不能改變平衡反響的平衡位置對于給定的反響,在條件下,其催化和非催化過程的-G0r值是相同的,即K

2、值是相同的,所以平衡位置沒有改變.另一種答案：化學(xué)平衡是由熱力學(xué)決定的,"G, =一RTln kP,其中kp為反響的平衡常數(shù),AG；是產(chǎn)物與反響物的標(biāo)準(zhǔn)自由始之差,是狀態(tài)函數(shù),只決定于過程的始終態(tài),而與過程無關(guān).催化劑的存在不影響AG,值,它只能加速到達(dá)平衡所需的時(shí)間,而不能移動平衡點(diǎn).1.4、 具有加氫功能的催化劑往往對脫氫反響也有活性.試給予解釋.根據(jù)Kf= k/k 催化劑可以以相同的比例加速正、逆反響的速率常數(shù).因此,對于可逆反響,能夠催化正方 向反響的催化劑,就應(yīng)該能催化逆方向反響.2.1、 通常固體催化劑有哪幾個(gè)局部組成的載體和助催化劑的功能分別是什么通常估計(jì)催化劑由活性組

3、分、載體和助催化劑三個(gè)局部組成.(1)載體：載體是催化劑活性組分的分散劑、黏合物或支撐體,是負(fù)載活性組分的骨架.(2)助催化劑：本身沒有活性或者活性很小,但參加到催化劑中后,可以改變催化劑的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、 離子價(jià)態(tài)、酸堿性、晶格結(jié)構(gòu)、外表結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度等,從而提升催化劑的活性、選擇性、 穩(wěn)定性和壽命.2.2、 在甲烷催化氧化偶聯(lián)反響研究中,如果反響物進(jìn)料為甲烷和氧氣,反響產(chǎn)物經(jīng)氣相色譜分析結(jié)果mol %組成如下： CH4 20% C2H4 30% C2H6 20%、CO220%、CO 10%.不考慮反響過程中的積碳問題.試計(jì)算(1)甲烷的轉(zhuǎn)化率；(2)乙烯的選擇性.解：

4、設(shè)產(chǎn)物以100mol計(jì)30 2 20 2 20 1 10 1(1) x (轉(zhuǎn)化率) =100% =88.67%20 1 30 2 20 2 20 1 10 1,一30 2(2) s (選擇性)=30- 100% =46.15%30 2 20 2 20 1 10 12.3、 試說明催化劑穩(wěn)定性與壽命的區(qū)別與聯(lián)系.穩(wěn)定性：是指催化劑的活性和選擇性隨時(shí)間變化的情況.壽命：是指在工業(yè)生產(chǎn)條件下,催化劑的活性能夠到達(dá)裝置生產(chǎn)水平和原料消耗定額的允許使用時(shí)間.區(qū)別：前者指的是變化情況,后者指的是時(shí)間長短.聯(lián)系：催化劑的穩(wěn)定性直接影響了其壽命,穩(wěn)定性好的催化劑的壽命長,穩(wěn)定性不好的那么短.3.1、 多相催化

5、反響通常包括哪個(gè)連續(xù)的步驟(1) 反響物分子從氣流中向催化劑外表和孔內(nèi)擴(kuò)散；(2) 反響物分子在催化劑內(nèi)外表上吸附；(3) 吸附的反響物分子在催化劑外表上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反響；(4) 反響產(chǎn)物自催化劑內(nèi)外表脫附；(5) 反響產(chǎn)物在孔內(nèi)擴(kuò)散并擴(kuò)散到反響氣流中去.3.2、 試比較物理吸附與化學(xué)吸附.物理吸附 是借助分子間力,吸附力弱,吸附熱小( 8-20kJ/mol ),且是可逆的,無選擇性,分子量越大越容 易發(fā)生.化學(xué)吸附 是借助于化學(xué)鍵力,遵從化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的傳統(tǒng)定律,具有選擇性特征,吸附熱大(40-800kJ/mol ), 一般是不可逆的,尤其是飽和燒分子的解離吸附.

6、3.3、 固體外表發(fā)生化學(xué)吸附的原因是什么外表反響與化學(xué)吸附的關(guān)系是什么發(fā)生化學(xué)吸附的原因,是由于位于固體外表的原子具有自由價(jià),這些原子的配位數(shù)小于固體內(nèi)原子的配位數(shù),使得每個(gè)外表原子受到一種內(nèi)向的凈作用力,將擴(kuò)散到其附近的氣體分子吸附形成化學(xué)鍵化學(xué)吸附是外表反響的前提.化學(xué)吸附的外表物種在二維的吸附層中并非靜止不動的,只要溫度足夠高,它們就成為化學(xué)活性物種, 在固體外表遷移,隨之進(jìn)行化學(xué)反響. 外表反響要成功進(jìn)行, 就要求化學(xué)吸附不宜過強(qiáng), 也不能過弱.3.4、 金屬外表上甲烷和氫分子的吸附,只能形成解離型化學(xué)吸附,為什么由于分子氫、燒分子在吸附之前先必須解離,由于很多這類分子不能直接與金屬

7、的“外表自由價(jià)成鍵,必 須先自身解離,成為有自由價(jià)的基團(tuán),所以只能形成解離理化學(xué)吸附.3.5、 如何判斷一個(gè)催化反響是存在內(nèi)、外擴(kuò)散的限制如果反響物流量的改變對反響物的轉(zhuǎn)化率影響較大,那么存在外擴(kuò)散限制；如果催化劑的粒徑大小的改變對轉(zhuǎn)化率的影響較大,那么存在內(nèi)擴(kuò)散限制.4.1、 試表達(dá)固體外表酸中央類型測定方法以口比咤作吸附質(zhì)的IR譜法(1) L酸的紅外光譜特征峰：1450cm“、1490cm1和1610cm1(2) B酸的紅外光譜特征峰：1540cm-14.2、 試表達(dá)固體酸強(qiáng)度測定方法.(1) 胺滴定法：選用一種適合的 pKa旨示劑(堿),吸附于固體酸外表上,它的顏色將給出該酸的強(qiáng)度(2)

8、 氣態(tài)堿吸附法：當(dāng)氣態(tài)堿分子吸附在固體酸位中央時(shí),強(qiáng)酸位吸附的堿比弱酸位吸附的更牢固,使其脫附也更苦難.當(dāng)升溫排氣脫附時(shí),弱吸附的堿將首先排出,故依據(jù)不同溫度下排出(脫附)的堿量,可 以給出酸強(qiáng)度和酸量.4.3、 用二元復(fù)合氧化物電價(jià)模型判斷：(a)TiO 2為主要組分,ZrO2為次要組分所形成的二元復(fù)合氧化物外表酸性.(復(fù)合氧化物中Ti價(jià)態(tài)為+4,配位數(shù)6,Zr價(jià)態(tài)為+4 ,配位數(shù)8);4 2八 4 -.+ m 8 =即 B酸.8 33(b) ZrO2為主要組分,TiO2為次要組分所形成的二元復(fù)合氧化物外表酸性.(復(fù)合氧化物中Ti價(jià)態(tài)為+4,配位數(shù)6,Zr價(jià)態(tài)為+4 ,配位數(shù)8).(+4 -

9、父6 = +1 即L酸,6 45.1、 請簡要表達(dá)沸石結(jié)構(gòu)的三個(gè)層次第一個(gè)結(jié)構(gòu)層次：硅氧四面體和鋁氧四面體第二個(gè)結(jié)構(gòu)層次：由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋聯(lián)結(jié)成的環(huán)第三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：氧環(huán)通過氧橋相互聯(lián)結(jié),形成具有三維空間的多面體5.2、 請按TiO4四面體畫出六元環(huán)結(jié)構(gòu)5.3、 A型、Y型和ZSM-阻沸石的骨架結(jié)構(gòu)中最大窗孔分別是由幾元環(huán)組成的,其孔徑大小分別為多少為什么 它們的孔徑大小與相應(yīng)多元環(huán)的臨界直徑有差異A型：八元環(huán)0.41nm ; Y型：十二元環(huán) 0.74nm ; ZSM-理：十元環(huán)0.55-0.6nm .由于多元環(huán)上的原子并不都是位于同一平面上,有扭曲和褶皺.5.4、 3A、4所口

10、 5A分子篩都是 Ml分子篩嗎它們的孔徑大小分別為多少其結(jié)構(gòu)中的陽離子分別是什么?是.3A： 0.3nm鉀離子；4A： 0.4nm鈉離子；5A： 0.5nm鈣離子.5.5、 X型和Y型分子篩的結(jié)構(gòu)一樣嗎它們的區(qū)別在哪里其硅鋁比分別是多少不一樣.區(qū)別在于硅鋁比不同.X型Si/Al為1-1.5 ; Y型Si/Al為1.5-3.0 .5.6、 硅鋁型分子篩的晶胞化學(xué)組成式的兩種表達(dá)形式是什么（1） M2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O（2） Mp/nAlO2 p SQql yLO5.7、 依形態(tài)結(jié)構(gòu)劃分,金屬催化劑可分為哪幾種類型1塊狀金屬催化劑；2負(fù)載型金屬催化劑；3合金催化劑；4金屬簇狀

11、物催化劑5.8、 金屬催化劑主要催化哪些類型的反響1加氫反響；2重整異構(gòu)反響；3氧化反響；4汽車尾氣處理6.1、 分別給出分子篩離子交換度、交換容量和殘鈉量的定義（1） 交換度：即交換下來的 Na+量占分子篩中原有Na+量的百分?jǐn)?shù)（2） 交換容量：為每100g分子篩中交換的陽離子毫克當(dāng)量數(shù)（3） 殘鈉量：交換后尚存在的鈉量6.2、 簡述分子篩的主要四種催化作用1酸催化；2擇形催化；3雙功能催化；4催化氧化6.3、 分子篩擇形催化有哪四種不同形式1反響物的擇形催化；2產(chǎn)物的擇形催化；3過渡狀態(tài)限制的擇形催化；4分子交通限制的擇形催化6.4、 什么類型的分子篩具有催化氧化性能TS-1分子篩；ZSM

12、-5分子篩6.5、 請以甲醇與苯反響生產(chǎn)對二甲苯為例說明分子篩催化劑的擇形催化原理甲醇與苯反響可生成三種產(chǎn)物,分別為鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯,其中鄰二甲苯與間二甲苯體積較大,不能通過分子篩通道,而對二甲苯可通過分子篩通道,這即為分子篩的產(chǎn)物擇形催化 6.6、以NaY子篩為例說明用離子交換法制備B酸型和Y分子篩的過程.7.1、 依形態(tài)結(jié)構(gòu)劃分,金屬催化劑分別有哪五種類型1塊狀金屬催化劑；2分散或負(fù)載型金屬催化劑；3合金催化劑；4金屬互化物催化劑；5金屬簇狀物催化劑.7.2、 簡述金屬催化劑可以發(fā)生的四種反響類型.1加氫反響；2氧化反響；3重整反響；4氫醛化反響7.3、 什么是d帶空穴它與金屬

13、催化劑的化學(xué)吸附和催化性能之間的關(guān)系式什么金屬的d帶中某些能級未被充滿,可看作d帶中的空穴,稱為“ d帶空穴.有d帶空穴,就能與被吸附的氣體分子形成化學(xué)吸附鍵,生成外表中間物種,具有催化性能.d帶空穴愈多,末配對的d電子愈多,對反響分子的化學(xué)吸附也愈強(qiáng).催化劑的作用在于加速反響物之間的電子轉(zhuǎn)移,這就要求催化劑既具有接受電子的水平,又有給出電子的能力.過渡金屬的d空穴正是具有這種特性,然而對一定的反響,要求催化劑具有一定的d空穴,而不是愈多愈好7.4、 什么是d特性百分?jǐn)?shù)它與金屬催化劑的化學(xué)吸附和催化活性有什么關(guān)系.其在解釋金屬催化劑性能時(shí)的 局限性在哪里這一局限性可由什么理論來解釋請舉例說明.

14、d特性百分?jǐn)?shù)d%:雜化軌道中d原子軌道所占的百分?jǐn)?shù).d%越大化學(xué)吸附水平越強(qiáng).但從活化分子的能量因素考慮,要求化學(xué)吸附既不太強(qiáng),也不要太弱.吸附太強(qiáng) 導(dǎo)致不可逆吸附,吸附太弱那么缺乏以活化反響分子,所以要求d%有一定范圍.廣泛應(yīng)用的加氫催化劑主要是周期表中的第四、五、六周期的局部元素,它們 d%差不多都在40%50%范圍內(nèi).金屬的能帶模型,對于 Cu、Ag、Au這類金屬的能級密度分析,與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果根本符合.對于金屬的電導(dǎo) 和磁化率等物性,能較好解釋.但是對于Fe、Co等金屬的能級密度分析和外表催化的定量分析,常相去甚遠(yuǎn).由于該模型未考慮到軌道的空間效應(yīng)、軌道間的雜化組合,以及軌道相互作用的加

15、寬等.7.4、 為什么金屬催劑都是過渡金屬金屬催化劑主要是過渡金屬,特別是VIII族金屬.這與金屬的結(jié)構(gòu)、外表化學(xué)鍵有關(guān)；過渡金屬是很好的加氫、脫氫催化劑,Ha很容易在金屬外表吸附,吸附反響不會進(jìn)行到催化劑的體相；一般金屬在反響條件下很容 易被氧化到體相,不能作為氧化反響催化劑,但貴金屬Pd,Pt, Ag, Au等能抗拒氧化,可作為氧化反響催化劑；7.5、 什么是幾何對應(yīng)理論,又稱為什么來解釋什么要求催化劑原子和反響物分子結(jié)構(gòu)在幾何尺寸上接近的理論稱之為幾何對應(yīng)理論,8.1、 金屬催化劑為什么大多數(shù)制備成負(fù)載型催化劑負(fù)載型催化劑中金屬分散度的定義是什么由于金屬催化劑尤其是貴金屬,價(jià)格昂貴,將其

16、分散成微小的顆粒附著在高外表積和大孔隙的的載體上,可以節(jié)省用量,增加金屬原子暴露于外表的時(shí)機(jī).金屬的分散度：金屬在載體上微細(xì)程度.D=n/nt=外表的金屬原子數(shù)/總的金屬原子數(shù)/每克催化劑8.2、 舉例說明什么是結(jié)構(gòu)非敏感反響和結(jié)構(gòu)敏感反響.一類是涉及H-H、C- H或O-H鍵的斷裂或生成的反響,它們對結(jié)構(gòu)的變化、合金化的變化、金屬性質(zhì)的變化, 敏感性不大,稱之為結(jié)構(gòu)非敏感性反響.eg：環(huán)丙烷在金屬粕上加氫開環(huán)生成丙烷的反響：用負(fù)載于Al2.或SiO2上的Pt微晶11.5 nm, D/催化劑；與用大單晶Pt無分散,D4作為催化劑；所有的反響轉(zhuǎn)換頻率都 是相同的.另一類是涉及 C-C、N-N或C

17、-O鍵的斷裂或生成的反響,對結(jié)構(gòu)的變化、合金化的變化或金屬性質(zhì)的變化敏 感性較大,稱之為結(jié)構(gòu)敏感反響.eg：合成氨反響在使用不同金屬顆粒大小時(shí)其轉(zhuǎn)換頻率Vt不相同.說明合成氨反響對Fe金屬催化劑來說是一個(gè)結(jié)構(gòu)敏感反響. 8.3、請說明雙金屬催化劑的主要類型和用途.第一類,第VIII族和 舊族元素組成的雙金屬系,如 Ni-Cu, Pd-Au等合金；主要用于燃的氫解,加氫和脫 氫等反響；第二類,兩種 舊族元素組成的,如 Ag-Au, Cu-Au等合金,用于改善局部氧化反響的選擇性；第三類,兩種 VIII族元素組成的,如 Pt-Ir, Pt-Fe 等合金,用于增加催化劑活性的穩(wěn)定性.重整催化劑 Pt

18、-Ir較之Pt的穩(wěn)定性大大提升,原因： Pt-Ir 形成合金減少外表燒結(jié)；Ir有強(qiáng)的氫解活性,抑制了外表積炭的生成.8.4、 用實(shí)驗(yàn)說明晶格氧是如何參加氧化反響的.同位素交換實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證晶格氧的催化作用8.5、 金屬硫化物催化劑的根本用途是什么金屬硫化物催化劑,如 Mo W Ni、Co Fe等的金屬硫化物具有加氫、異構(gòu)、氫解等催化活性,用于油品的 加氫精制；加氫脫硫HDS、加氫脫氮HDN、加氫脫金屬HDM等過程.9.1、 用自己的話解釋誘導(dǎo)契合和群體遷移理論,以說明酶的專一性.酶并不是事先就以一種與底物互補(bǔ)的形狀存在,而是在受到誘導(dǎo)之后才形成互補(bǔ)的形狀.這種方式如同一只手伸進(jìn)手套之后 ,才誘導(dǎo)手套的形狀發(fā)生變化一樣.底物一旦結(jié)合上去,就能誘導(dǎo)酶蛋圖白的構(gòu)像發(fā)生相應(yīng)的變化,從而使酶和底物契合而形成酶-底物絡(luò)合物,這就是“誘導(dǎo)契合學(xué)說.9.2、 用自己的話說說如何制備pt/Al 2Q催化齊I.9.3、 用自己的話說說你對浸漬沉淀法的理解.9.4、 用自己的話說說你對溶膠-凝聚法制備催化劑的過程.9.5、 制備催化劑時(shí),沉淀為什么要陳化1 .是以胺的合成反響為例,說明催化劑是如何加速反響速率的2 .催化劑為什么不