2022年催化原理復(fù)習(xí)總結(jié)

1、學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載催化原理1.催化劑的性能指標(biāo)： （催化活性、選擇性、產(chǎn)物收率、穩(wěn)定性或壽命）2.催化作用的特征：a 通過(guò)改變反應(yīng)歷程改變反應(yīng)速度能減小活化能，提高反應(yīng)速度進(jìn)行的反應(yīng)b 只能加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡的位置只能加速熱力學(xué)上可以c 對(duì)加速反應(yīng)具有選擇性d 催化劑的壽命3.催化劑分類MoS 4.?金屬催化劑（ Ni,Fe, Cu, Pt, Pd多為導(dǎo)體 ) ?金屬氧化物催化劑和金屬硫化物催化劑(多為半導(dǎo)體 ) Cr2O3 ?酸堿催化劑?有機(jī)金屬化合物催化劑物理吸附：是由表面質(zhì)點(diǎn)和吸附分子之間的作用力，即范德華力所產(chǎn)生?；瘜W(xué)吸附：是由催化劑表面質(zhì)點(diǎn)與吸附質(zhì)分子之間的化學(xué)作用力而

2、引起的。5.化學(xué)吸附態(tài)： 是指分子或原子在固體催化劑表面進(jìn)行化學(xué)吸附時(shí)的化學(xué)狀態(tài)、電子結(jié)構(gòu)及幾何構(gòu)型。6.吸附物種與催化劑表面鍵合形成化學(xué)吸附鍵的強(qiáng)弱，由反應(yīng)物與催化劑的性質(zhì)及吸附條件決定。其數(shù)值大小可由化學(xué)吸附熱度量。吸附熱越大，吸附鍵愈強(qiáng)；吸附熱越小吸附鍵越弱。7. 產(chǎn)生真實(shí)吸附的原因：1、表面不均勻 2、吸附分子的相互作用 8. 當(dāng)吸附與脫附速度相等時(shí)，固體表面上吸附的氣體量維持不變，這種狀態(tài)即為吸附平 衡。吸附平衡有三種表達(dá)方式：等溫吸附平衡，等壓吸附平衡，等量吸附平衡。9.對(duì)于給定的物系， 在溫度恒定和達(dá)到平衡的條件下，吸附質(zhì)的吸附量與壓力的關(guān)系稱為吸附等溫式或稱吸附平衡式，繪制的曲

3、線稱為吸附等溫線。10. Langmuir 等溫方程的幾點(diǎn)假設(shè)：1、吸附的表面是均勻的，各吸附中心的能量同構(gòu)；2、吸附粒子間的相互作用可以忽略；3、吸附粒子與空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，吸附是單分子層的；一個(gè)吸附粒子只占據(jù)一個(gè)吸附中心，4、在一定條件下，吸附速率與脫附速率相等，從而達(dá)到吸附平衡。11.BET 理論的假設(shè)：1、吸附的表面是均勻的；2、吸附粒子間的相互作用可以忽略；3、多層吸附，各層間吸附與脫附建立動(dòng)態(tài)平衡。12. BET 等溫方程13.學(xué)習(xí)好資料歡迎下載催化劑的細(xì)孔可以分成三類：14.?微孔，指半徑小于2nm 左右活性炭、沸石分子篩等含有此種類型的孔；?中孔，指半徑在(250

4、)nm 。多數(shù)催化劑的孔屬于這一范圍；?大孔，指半徑大于50nm 的孔硅藻土、Fe2O3 等含有此類型孔。滯后環(huán)即吸附等溫線和脫附等溫線中有一段不重疊 附時(shí)的吸附量總大于吸附時(shí)的吸附量。,形成一個(gè)環(huán)。在此區(qū)域內(nèi)，在相等的壓力下脫15. 多相催化反應(yīng)過(guò)程分析包括五個(gè)連續(xù)的步驟。(1)反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散；(2)反應(yīng)物分子在催化劑表面上吸附；(3)被吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑表面脫附；(5)反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)催化劑表面向催化劑周圍的介質(zhì)擴(kuò)散 16.表面質(zhì)量作用定律 氣固多相催化反應(yīng)是在催化劑的表面進(jìn)行的，所以反應(yīng)速率與反

5、應(yīng)物的表面濃度或 覆蓋度有關(guān)。表面質(zhì)量作用定律認(rèn)為發(fā)生在理想吸附層中的表面基元反應(yīng)，其速率與反應(yīng)物在表 面上的濃度成正比，而表面濃度的冪是化學(xué)計(jì)量方程的計(jì)量系數(shù)。如：aA + bB + ? 產(chǎn)物b17. SO2 在 Pt/Al2O3 上的氧化反應(yīng)Adc Aa bkc c BkaABdt設(shè)想該反應(yīng)機(jī)理為Rideal 機(jī)理，它包括三個(gè)步驟總反應(yīng)總反應(yīng)平衡常數(shù)：18. 反應(yīng)物的擴(kuò)散過(guò)程是分以下兩步進(jìn)行的：?在催化劑周圍的介質(zhì)中的外擴(kuò)散DE ?催化劑孔中的內(nèi)擴(kuò)散Di 19.學(xué)習(xí)好資料歡迎下載（擴(kuò)外擴(kuò)散，是指發(fā)生在催化劑顆粒外部，反應(yīng)物自氣流主體穿過(guò)顆粒層外的一層氣膜散層、滯留層）轉(zhuǎn)移至顆粒外表面上的擴(kuò)

6、散，產(chǎn)物則經(jīng)歷相反的過(guò)程。內(nèi)擴(kuò)散，是指發(fā)生在催化劑顆粒內(nèi)部，反應(yīng)物自外表面孔口處向孔內(nèi)轉(zhuǎn)移的擴(kuò)散，產(chǎn)物則相反，自孔內(nèi)向孔口、孔外擴(kuò)散。內(nèi)擴(kuò)散較之外擴(kuò)散更為復(fù)雜，既有體相擴(kuò)散（容積擴(kuò)散），又有努森擴(kuò)散（Knudson 在分子篩類型孔道中的內(nèi)擴(kuò)散，屬于構(gòu)型擴(kuò)散。20. 氣體分子要在催化劑上起反應(yīng)，大體要經(jīng)過(guò)以下七個(gè)步驟：(1) 反應(yīng)物由氣體主體向催化劑外表面擴(kuò)散；(2) 反應(yīng)物由外表面向催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散；(3) 反應(yīng)物吸附在表面上；(4) 反應(yīng)物在表面上進(jìn)行反應(yīng)，生成產(chǎn)物；(5) 產(chǎn)物從表面上解吸；(6) 產(chǎn)物從內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散；(7) 產(chǎn)物從外表面向氣體主體擴(kuò)散。21. 將吸附、反應(yīng)和解吸，這

7、三個(gè)過(guò)程統(tǒng)稱為表面過(guò)程。22. 1）表面過(guò)程控制（動(dòng)力學(xué)控制） 氣流速度大，催化劑顆粒小，孔徑大，反應(yīng)溫度低，催化劑活性小，則擴(kuò)散速率大于表面過(guò)程速率。稱為表面過(guò) 程控制，或動(dòng)力學(xué)控制。例如以氧化鋅為催化劑使乙苯脫氫，制備苯乙烯的反應(yīng)，即為表 面過(guò)程控制的反應(yīng)。2）外擴(kuò)散控制 若反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行，催化劑顆粒小，孔徑大，活性也很高，但氣 體流速小，則表面過(guò)程與內(nèi)擴(kuò)散都較快，所以反應(yīng)為外擴(kuò)散控制。解決方法為加大氣體流速，消除外擴(kuò)散控制。如在230 C， 7.6 MPa 下的丙烯聚合反應(yīng)，750 900 C 時(shí)氨的氧化反應(yīng)，當(dāng)有適當(dāng)催化劑時(shí)，都是外擴(kuò)散控制3）內(nèi)擴(kuò)散控制 催化劑顆粒太大，孔徑過(guò)小

8、，而若減小催化劑顆粒的粒度、增大孔徑，反應(yīng)速率即可加大，則是內(nèi)擴(kuò)散控制 當(dāng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)排除擴(kuò)散的影響。不斷增加流速到反應(yīng)速率不受流速影響為 止，以消除外擴(kuò)散的影響；不斷減小催化劑粒度，直到反應(yīng)速率不受粒度影響為止，以消 除內(nèi)擴(kuò)散的影響。使控制步驟為表面過(guò)程。23. 外擴(kuò)散阻滯效應(yīng)的識(shí)別與估計(jì) 當(dāng)外擴(kuò)散成為速控步驟時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生以下一些現(xiàn)象（1）隨氣流線速增加，表觀反應(yīng)速率增加，或者，在保持空速或停留時(shí)間不變時(shí)，隨氣流 線速增加，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率加大。（2）隨溫度升高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率并不明顯提高。（3）總反應(yīng)過(guò)程表現(xiàn)為一級(jí)過(guò)程。（4）當(dāng)催化劑量不變，但顆粒變小時(shí)， 反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率略有增加。

9、（因顆粒變小，催化劑外表面增加，提高了外擴(kuò)散速率。由于顆粒變小引起的面積增加并不顯著，所以只 有當(dāng)粒度的變化幅度較大時(shí)才能觀察到上述效應(yīng)。）（5）測(cè)定的表觀活化能較低，在 412kJ/mol 。24. 內(nèi)擴(kuò)散阻滯效應(yīng)的識(shí)別與估計(jì) 反應(yīng)在內(nèi)擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行時(shí)，可觀察到以下一些現(xiàn)象（1）在催化劑量不變的情況下，改變催化劑粒度，隨粒度變小，表觀反應(yīng)速率或者轉(zhuǎn)化率 明顯增加，向動(dòng)力學(xué)區(qū)過(guò)渡。（2）表觀活化能接近于在低溫測(cè)定的真實(shí)活化能的一半。（3）增加停留時(shí)間，表觀反應(yīng)速率不受影響，增加停留時(shí)間只是提高在動(dòng)力學(xué)區(qū)進(jìn)行的反 應(yīng)的速率。25.學(xué)習(xí)好資料歡迎下載按 Br?nsted 和 Lewis 的定義：能給出

10、質(zhì)子或者接受電子對(duì)的固體稱之為固體酸。能接受質(zhì)子或者給出電子對(duì)的固體稱之為固體堿。26.27.硅鋁催化劑是無(wú)定型SiO2-Al2O3 催化劑的簡(jiǎn)稱。它是硅和鋁的復(fù)合氧化物。制備過(guò)程：（1）稀的硅酸鈉溶液酸化，放置后得硅凝膠。先由Si-O-Si 橋連成三維網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一次粒子，一次粒子凝聚構(gòu)成二次粒子，二次粒子堆積為聚集態(tài)，即為凝膠。（2）在形成凝膠后的溶液中加入鋁鹽，則鋁鹽水解成三水合鋁，三水合鋁與一次硅膠粒子表面的羥基縮合，形成氧化硅氧化鋁的一次粒子，一次粒子進(jìn)一步凝聚為SiO2-Al2O3 凝膠。28.沸石 (Zeolite)是指具有骨架型結(jié)構(gòu)的硅酸鹽中的硅（Si4+）被鋁（ Al3+ ）部

11、分取代后形成的硅鋁酸鹽。沸石分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽，其化學(xué)組成實(shí)驗(yàn)式可表示為：29. 分子篩的結(jié)構(gòu)分為三種層次：.基本結(jié)構(gòu)單元硅氧四面體和鋁氧四面體.各種環(huán).各種籠30. 沸石分子篩的催化作用特點(diǎn)? 擇形作用? 離子可交換特性? 表面酸性質(zhì)? 靜電場(chǎng)效應(yīng)31. 過(guò)渡金屬離子（原子）為中心離子（原子），與配體原子、分子鍵合，形成過(guò)渡金屬配合物（絡(luò)合離子或分子）。中心離子（或原子）應(yīng)具有空的價(jià)電子軌道，而配位體應(yīng)具有孤對(duì)電子，后者將孤對(duì)電子配位到中心離子（或原子）空軌道中形成化學(xué)鍵即配位鍵。32. 配體的類型33.乙烯氧化制乙醛學(xué)習(xí)好資料歡迎下載Wacker 過(guò)程在 PdCl2-CuCl2 系催化劑

12、存在下，乙烯直接氧化制乙醛，這在工業(yè)上叫做 Wacker 過(guò)程。這一過(guò)程的特點(diǎn)是乙醛選擇性高，收率也高?？偡磻?yīng)34. 羰基化反應(yīng)在過(guò)渡金屬絡(luò)合物（主要是羰基絡(luò)合物）催化劑存在下，有機(jī)分子中引入羰基（C=O ）的反應(yīng)稱為羰化反應(yīng)或羰基合成反應(yīng)。機(jī)理：1）烯烴被Rh 絡(luò)合并插入Rh-H 間；2）CO 插入 Rh烷基間；3）氫的氧化加成和醛的還原消去。35.在 Ziegler 催化劑作用下，丙烯或 -烯烴定向聚合，將得到具有異常高熔點(diǎn)、高結(jié)晶度、高立體規(guī)整性的產(chǎn)物，這樣的產(chǎn)物稱為等規(guī)聚合物。Ziegler 催化劑： -TiCl3 和烷基金屬化合物（如，Al(C2H5)2Cl ）36. 金屬催化劑的類

13、型? 塊狀金屬催化劑，如電解銀、熔鐵、鉑網(wǎng)等催化劑；? 負(fù)載型金屬催化劑，如 Ni/Al2O3 加氫催化劑；? 合金催化劑是指活性組分是二種或兩種以上金屬原子組成，如 Ni-Cu 合金加氫催化劑。37.學(xué)習(xí)好資料歡迎下載d 帶空穴愈多，所謂 d 空穴就是 d 能帶上有能級(jí)而無(wú)電子，它具有獲得電子的能力。則說(shuō)明末配對(duì)的 d 電子愈多 (磁化率愈大 )，對(duì)反應(yīng)分子的化學(xué)吸附也愈強(qiáng)。38. 催化劑的作用在于加速反應(yīng)物之間的電子轉(zhuǎn)移，這就要求催化劑既具有接受電子的能力，又有給出電子的能力。39. 能量對(duì)應(yīng)原則這個(gè)原則要求，反應(yīng)物分子中起作用的有關(guān)原子和化學(xué)鍵應(yīng)與催化劑多位體有某種能量上的對(duì)應(yīng)。只有當(dāng)選

14、擇的催化劑其吸附能等于反應(yīng)物和產(chǎn)物鍵能和的一半時(shí)，整個(gè)反應(yīng)所需活化能最小，反應(yīng)最快，這就是能量適應(yīng)原則。換句括說(shuō),當(dāng)中間絡(luò)合物與Cat 的鍵合既不強(qiáng)也不弱的時(shí)候，催化反應(yīng)進(jìn)行最快。40. 加氫反應(yīng)由于反應(yīng)條件不同，CO H2 可生成烷烴、烯烴或醇和酸等含氧有機(jī)化合物。此反應(yīng)被命名為 FischerTropsch 合成，簡(jiǎn)稱為 FT 合成。41. 半導(dǎo)體催化劑特點(diǎn)是能加速以電子轉(zhuǎn)移為特征的氧化、加氫和脫氫等反應(yīng)。與金屬催化劑一樣亦是氧化還原型催化劑，其催化性能與電子因素和晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)在光、熱、雜質(zhì)的作用下，性能會(huì)發(fā)生明顯的變化，這有利于催化劑性能的調(diào)變； (2)半導(dǎo)體催化劑

15、的熔點(diǎn)高 ,故熱穩(wěn)定性好；(3)較金屬催化劑的抗毒能力強(qiáng)。42. 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)滿帶：凡是能級(jí)被電子完全充滿的能帶叫滿帶。導(dǎo)帶：凡是未被電子完全充滿的能帶叫導(dǎo)帶?？諑В焊緵](méi)有填充電子的能帶叫空帶。禁帶：在導(dǎo)帶（空帶）和滿帶之間沒(méi)有能級(jí)，不能填充電子，這個(gè)區(qū)間叫禁帶。半43.?導(dǎo)體的禁帶寬度一般在0.2-3eV 。半導(dǎo)體的類型本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)，具有理想的完整晶體結(jié)構(gòu)，具有電子和空穴兩種載流體，例如 Si、Ge、PbS、 Fe3O4 等。?N 型半導(dǎo)體（靠準(zhǔn)自由電子導(dǎo)電）：含有能供給電子的雜質(zhì)，此電子輸入空帶成為準(zhǔn)自由電子，空帶變成導(dǎo)帶。此雜質(zhì)叫施主雜質(zhì)。?P 型半導(dǎo)體（靠準(zhǔn)自由空穴導(dǎo)電）

16、：含有易于接受電子的雜質(zhì)，半導(dǎo)體滿帶中的電子輸入雜質(zhì)中而產(chǎn)生空穴，此雜質(zhì)叫受主雜質(zhì)。44. 電子脫出功：將一個(gè)具有平均位能的電子從固體內(nèi)部拉到固體外部所需的最低能量，這個(gè)能量用以克服電子的平均位能，因此從功。2N2O 2N2 十 O2 45.例 1 Fermi 能級(jí)到導(dǎo)帶頂間的能量差就是電子脫出實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在P 型半導(dǎo)體上進(jìn)行分解反應(yīng)時(shí)，催化劑的電導(dǎo)率增加，而在N 型半導(dǎo)體上進(jìn)行時(shí)電導(dǎo)率下降。據(jù)此可以推測(cè)：N2O 在表面上吸附時(shí)是受主分子。若 N2O 分解分兩步進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理46.固體催化劑的組成：學(xué)習(xí)好資料歡迎下載活性組分，助劑，載體A：活性組分（主催化劑）： 在催化劑中產(chǎn)生活性的組分 ,

17、沒(méi)有它催化劑就沒(méi)有活性。如： SO2 氧化催化劑，為 V2O5-K2O-CaO/SiO2，加入 K2O 、 CaO 可提高催化劑活性, 但無(wú) V2O5 催化劑無(wú)活性 . B：助劑（助催化劑，促進(jìn)劑）：本身無(wú)活性或活性較小，加入少量后，可大大提高催化劑的活性、選擇性、壽命、穩(wěn)定性等性能的物質(zhì)。C：載體：擔(dān)載活性組分和助劑的物質(zhì)。足夠機(jī)械強(qiáng)度、多孔性的物質(zhì)，活性組分和助劑分散在上面。載體和助劑區(qū)別：載體量大，活性作用緩和、不明顯。助劑量少，活性作用明顯。47. 助催化劑的種類與功能（1）結(jié)構(gòu)性助劑：改變活性組分的物理性能。如：幾何狀態(tài)、孔結(jié)構(gòu)、比表面使催化劑不易燒結(jié)。（2）調(diào)變性（電子性）助劑：改

18、變活性組分的電子結(jié)構(gòu)（化學(xué)性能）來(lái)提高活性組分的活性和選擇性等的物質(zhì)。V2O5-K2O-CaO/SiO2 中： CaO ：使 V2O5 微晶分散度提高，高溫下延緩了微晶長(zhǎng)大、燒結(jié) -結(jié)構(gòu)性 K2O ：使 V2O5 能級(jí)發(fā)生變化， 改變了它的電子結(jié)構(gòu)性能，提高了活性- 調(diào)變性（3）晶格缺陷性助劑：使活性相原子排列無(wú)序化，從而使活性物質(zhì)微晶間形成更多的晶格缺陷，產(chǎn)生了新的活性中心，使活性提高的物質(zhì)。（4）擴(kuò)散性助劑：加入硝酸鹽、碳酸鹽或有機(jī)物，使之在焙燒時(shí)分解而在催化劑中形成孔，提高體相內(nèi)活性組分的利用率的物質(zhì)。48. 載體的作用1）提高活性組分的利用率，減少活性組分的用量，降低成本。2） 提高催

19、化劑的機(jī)械強(qiáng)度。3）提高催化劑的活性和選擇性。4）提供附加活性中心，雙功能 Pt/Al2O3 5）提高催化劑的耐熱性、耐毒性、提高傳熱系數(shù)并使活性組分穩(wěn)定化，從而延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。49. 載體的種類合成載體：硅膠、活性炭、活性氧化鋁天然載體：沸石、硅藻土、天然活性白土50. 沸石分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽，其化學(xué)組成實(shí)驗(yàn)式可表示為：M 2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O 式中， M 為金屬離子，人工合成時(shí)通常為 Na 開(kāi)始； n 為金屬離子的價(jià)數(shù)，x 為 SiO2 的分子數(shù)，也可稱 SiO2/Al2O3 的摩爾比，俗稱硅鋁比；y 為 H2O 分子的分子數(shù)。51. 沸石分子篩的催化作用特點(diǎn)

20、? 擇形作用? 離子可交換特性? 表面酸堿性質(zhì)? 靜電場(chǎng)效應(yīng)52. 孔結(jié)構(gòu)的選擇原則孔結(jié)構(gòu)對(duì)催化反應(yīng)速率、內(nèi)表面利用率、反應(yīng)選擇性、熱傳導(dǎo)和熱穩(wěn)定性都有影響。對(duì)于加壓反應(yīng)，一般選用單孔分布的孔結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載常壓下的反應(yīng)一般選用雙孔分布的孔結(jié)構(gòu)。在有內(nèi)擴(kuò)散阻力存在的情況下，催化劑的孔結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)雜體系反應(yīng)的選擇性有直接的影響?？捉Y(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性隨孔徑的增大而增大。53. 浸漬法的原理? 活性組份在載體表面上的吸附? 毛細(xì)管壓力使液體滲透到載體空隙內(nèi)部? 提高浸漬量（可抽真空或提高浸漬液溫度）? 活性組份在載體上的不均勻分布54. 沉淀法借助于沉淀反應(yīng)。用沉淀劑將可溶性的催化劑組分轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶化合物。經(jīng)過(guò)分離 洗滌干燥 焙燒成型或還原等步驟制成催化劑。這也是常用于制備高含量非貴金屬、金屬氧化物、金屬鹽催化劑的一種方法。共沉淀、均勻沉淀和分步沉淀5