催化工程參考題型試卷

1、精品文檔催化工程參考試卷一、填空1. 催化劑加速反應(yīng)的作用是通過(guò) 、而實(shí)現(xiàn)的。在反應(yīng)前后催化劑的 不變。2. 選擇性的含義是不同反應(yīng)要 、相同的反應(yīng)物 用不同 催化劑，其產(chǎn)物,選擇性的計(jì)算公式是。3. 評(píng)價(jià)工業(yè)催化劑性能好壞的指標(biāo)有 、等。在生產(chǎn)上常用、來(lái)表示催化劑的活性。4. 化學(xué)吸附具有 性，及 層吸附的特點(diǎn)，因此用來(lái)測(cè)定催化劑的5. 化學(xué)吸附熱表征 ;吸附活化能隨 而變化；其原因是。火山型曲線(xiàn)的含義是 o6 .固體酸催化劑表面有、等酸性中心；其強(qiáng)度大小主要與 有關(guān)。7 .造成催化劑失活的原因有 、等。8 .常用的工業(yè)催化劑制備方法有 、等。9 .固體催化劑大多數(shù)由 、三部分組成。10 .

2、催化劑的毒物因 而異，還因 而異。11 . p型半導(dǎo)體的附加能級(jí)是 能級(jí)，它使半導(dǎo)體的 ef,電導(dǎo)率o12 . langmuir吸附等溫式用于 ,吸附量與壓力的關(guān)系是 。13 . 絡(luò)合物催化反應(yīng)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟有 、。. 。1歡迎下載精品文檔14 .在多相催化反應(yīng)中有 、三類(lèi)控制步驟。在連串反應(yīng)中，控制步驟 總過(guò)程速度。當(dāng)過(guò)程處于 時(shí)，催化劑內(nèi)表面利用率最高。15 .均相催化的優(yōu)點(diǎn)是 、;但其缺點(diǎn)是、等。16 .催化劑按導(dǎo)電性分可分為 、。17 .分子篩催化劑具有 性能，其特點(diǎn)是 。18. h2的吸附常采用 ,烯煌的吸附常采用。反應(yīng)物在催化劑上的吸附態(tài) 決定了催化反應(yīng)的。二、分別畫(huà)出zno和n

3、io的能帶結(jié)構(gòu)圖。三、（二選一）。1 .寫(xiě)出co+o2co2在n型半導(dǎo)體催化劑上的反應(yīng)機(jī)理。2 .試解釋p型半導(dǎo)體催化劑利于氧化反應(yīng)。四、沉淀法制備催化劑應(yīng)該如何選擇原料？沉淀過(guò)程中控制的條件有哪些？五、混合氧化物 sio2-al2o3的表面酸性是如何形成的？六、判斷與改錯(cuò)1 .催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速度，增大反應(yīng)平衡常數(shù)。2 .催化劑的性能取決于其化學(xué)組成，與其他因素?zé)o關(guān)。3 .酸催化劑的酸強(qiáng)度越大，催化活性越高；酸度越大，催化活性也越高。4 .半導(dǎo)體的附加能級(jí)使其電子脫出功增大、電導(dǎo)率升高。1.1、 論述催化劑是如何加速反應(yīng)速率的？催化劑可使化學(xué)反應(yīng)物在不改變的情況下，經(jīng)由只需較少活化能的路徑

4、來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。因而加快了反應(yīng)速率。1.2、 催化作用有哪些基本特征？1）催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上無(wú)法進(jìn)行的反應(yīng)。2）催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡的位置（平衡常數(shù)）。3）催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性。4）實(shí)際上催化劑并不能無(wú)限期地使用，在長(zhǎng)期受熱和學(xué) 物理作用下，會(huì)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(shuō)明催化劑為什么不能改變平衡反應(yīng)的平衡位置？對(duì)于給定的反應(yīng)，在已知條件下，其催化和非催化過(guò)程的-ago r值是相同的，即kf值是相同的，所以平衡位置沒(méi)有改變。另一種答案：化學(xué)平衡是由熱力學(xué)決定的，np gr其中p k為反應(yīng)

5、的平衡常數(shù)，g是產(chǎn)物與 反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)自由烙之差，是狀態(tài)函數(shù)，只決定于過(guò)程的始終態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)。催化劑的存在不影響g值，它只能加速達(dá)到平衡所需的時(shí)間，而不能移動(dòng)平衡點(diǎn)。1.4、 具有加氫功能的催化劑往往對(duì)脫氫反應(yīng)也有活性。試給予解釋。根據(jù)kf= ，催化齊可以以相同機(jī)匕慟恒正、逆反應(yīng)的速符擻。因此對(duì)于可逆反應(yīng)，育券催化正方向反應(yīng)的催化劑，就應(yīng)該能催化逆方向反應(yīng)。2.1、 通常固體催化劑有哪幾個(gè)部分組成的？載體和助催化劑的功能分別是什么？通常估計(jì)催化劑由活性組分、載體和助催化劑三個(gè)部分組成。（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。4歡迎下載精品文檔(2)助催

6、化劑：本身沒(méi)有活性或者活性很小，但加入到催化劑中后，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)、表面結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度等，從 而提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命。2.2、 在甲烷催化氧化偶聯(lián)反應(yīng)研究中，如果反應(yīng)物進(jìn)料為甲烷和氧氣，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)氣相色譜分析結(jié)果 mol %&成如下：ch420% c2h430%c2h620%、co220%、co10%。不考慮反應(yīng)過(guò)程中的積碳問(wèn)題。試1t算(1)甲烷的轉(zhuǎn)化率；(2)乙烯的選擇性。解：設(shè)產(chǎn)物以100mol計(jì)(2.3、 試說(shuō)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

7、指在工業(yè)生產(chǎn)條件下，催化劑的活性能夠達(dá)到裝置生產(chǎn)能力和原料消耗定額的 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(zhǎng)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(zhǎng)，穩(wěn)定性不好的 則短。3.1、 多相催化反應(yīng)通常包括哪個(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)物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附；(3)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)物自催化劑內(nèi)表面脫附；(5)反應(yīng)產(chǎn)物在孔內(nèi)擴(kuò)散并擴(kuò)散到反應(yīng)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

8、 ),且是可逆的，無(wú)選擇性，分子量越大越容易發(fā)生?；瘜W(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(dòng)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。_ 。4歡迎下載精品文檔3.3、 固體表面發(fā)生化學(xué)吸附的原因是什么？表面反應(yīng)與化學(xué)吸附的關(guān)系是什么？發(fā)生化學(xué)吸附的原因，是由于位于固體表面的原子具有自由價(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)表面原子受到一種內(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)吸附是表面反應(yīng)的前提?；瘜W(xué)吸附的表面物種在二維的吸附層中并非靜止不動(dòng)的，只要溫度足夠高，它們就成為化學(xué)活

9、性物種，在固體表面遷移，隨之進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。表面反應(yīng)要成功進(jìn)行，就要求化學(xué)吸附不宜過(guò)強(qiáng)，也不能過(guò)弱。3.4、 金屬表面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？因?yàn)榉肿託?、燒分子在吸附之前先必須解離，因?yàn)楹芏噙@類(lèi)分子不能直接與金屬的“表 面自由價(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)催化反應(yīng)是存在內(nèi)、外擴(kuò)散的控制？如果反應(yīng)物流量的改變對(duì)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率影響較大，則存在外擴(kuò)散控制；如果催化劑的粒徑大小的改變對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響較大，則存在內(nèi)擴(kuò)散控制。4.1、 試敘述固體表面酸中心類(lèi)型測(cè)定方法以口比咤作吸附質(zhì)的ir譜法(1) l酸的紅外光譜

10、特征峰：1450cm-1、1490cm-1和1610cm-1(2) b酸的紅外光譜特征峰：1540cm-14.2、 試敘述固體酸強(qiáng)度測(cè)定方法。(1)胺滴定法：選用一種適合的pka指示劑(堿)，吸附于固體酸表面上，它的顏色將給出該酸的強(qiáng)度(2)氣態(tài)堿吸附法：當(dāng)氣態(tài)堿分子吸附在固體酸位中心時(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試用二元復(fù)合氧化物電價(jià)模型判斷：(a)tio2為主要組分，zro2為次要組分所形成的二元復(fù)合氧化物表面酸性。(復(fù)合氧化物中 t價(jià)態(tài)為+4,配位數(shù)6

11、, zr價(jià)態(tài)為+4 ,配位數(shù)8);(b) zro2為主要組分，t o2為次要組分所形成的二元復(fù)合氧化物表面酸性。（復(fù)合氧化物中t價(jià)態(tài)為+4,配位數(shù)6, zr價(jià)態(tài)為+4,配位數(shù)8）。5.1、 請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述沸石結(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(guò)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(guò)氧橋相互聯(lián)結(jié)，形成具有三維空間的多面體5.2、 請(qǐng)按 tio4四面體畫(huà)出六元環(huán)結(jié)構(gòu)窗5.3、a型、y型和zsm-融沸石的骨架結(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； 丫

12、型：十二元環(huán) 0.74nm； zsm-5型：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、4a和5a分子篩都是a型分子篩嗎？它們的孔徑大小分別為多少？其結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)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？5.7、 依形態(tài)結(jié)構(gòu)劃分，金屬催化劑可分為哪幾種類(lèi)

13、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)金屬簇狀物催化劑5.8、 金屬催化劑主要催化哪些類(lèi)型的反應(yīng)？(1)加氫反應(yīng)；(2)重整(異構(gòu))反應(yīng)；(3)氧化反應(yīng)；(4)汽車(chē)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(lái)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(yáng)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(jiǎn)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06.3、 分子篩擇形催化有哪四種不同形式(1)反應(yīng)物的擇形催化；(2)產(chǎn)物的

14、擇形催化；(3)過(guò)渡狀態(tài)限制的擇形催化；(4)分子交通控制的擇形催化6.4、 什么類(lèi)型的分子篩具有催化氧化性能ts-1分子篩；zsm-5分子篩6.5、 請(qǐng)以甲醇與苯反應(yīng)生產(chǎn)對(duì)二甲苯為例說(shuō)明分子篩催化劑的擇形催化原理甲醇與苯反應(yīng)可生成三種產(chǎn)物，分別為鄰二甲苯、間二甲苯和對(duì)二甲苯，其中鄰二 甲苯與間二甲苯體積較大，不能通過(guò)分子篩通道，而對(duì)二甲苯可通過(guò)分子篩通道，這即為 分子篩的產(chǎn)物擇形催化6.6、 以nay分子篩為例說(shuō)明用離子交換法制備b酸型和y分子篩的過(guò)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(lèi)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；

15、5)金屬簇狀物催化劑。7.2、 簡(jiǎn)述金屬催化劑可以發(fā)生的四種反應(yīng)類(lèi)型。1 )加氫反應(yīng)；2)氧化反應(yīng)；3)重整反應(yīng)；4）氫醛化反應(yīng)7.3、 什么是d帶空穴？它與金屬催化劑的化學(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(jí)未被充滿(mǎn)，可看作d帶中的空穴，稱(chēng)為“ d帶空穴”。有d帶穴，就能與被吸附的氣分子形成化學(xué)吸1鍵，生成表面中間物種，具有崔化性能。d帶空穴愈多，末配對(duì)的 d電子愈多，對(duì)反應(yīng)分子的化學(xué)吸附也愈強(qiáng)。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。過(guò)渡金屬的d空穴正是具有這種特性，然而對(duì)一定的反應(yīng)，要求催化劑具有一定 的d空穴，

16、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(lái)解釋?zhuān)空?qǐng)舉例說(shuō)明。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)吸附能力越強(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，吸附太弱貝呸足以活化反應(yīng)分子，所以要求d %有一定范圍。廣泛應(yīng)用的力函 催化劑主要是周期表中的第四、五、六周期的部分元素，它們d%差不多都在40%50%范圍內(nèi)。金屬的能帶模型，對(duì)于 cuk ag、au這類(lèi)金屬的能級(jí)密度分析，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果基本符合。對(duì)于金 屬

17、的電導(dǎo)和磁化率等物性，育卵劭w釋。但是對(duì)于fe、co等金屬的能級(jí)密度分析和表面催化的定量 分析，常相去甚遠(yuǎn)。因?yàn)樵撃Ｐ臀纯紤]到軌道的空間效應(yīng)、軌道間的雜化組合，以及軌道相 互作用的加寬等。7.5、 為什么金屬催劑都是過(guò)渡金屬？金屬催化劑主要是過(guò)渡金屬，特別是 viii族金屬。這與金屬的結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)鍵有關(guān)；過(guò)渡金屬是很好的加氫、脫氫催化劑，h2很容易在金屬表面吸附，吸附反應(yīng)不會(huì)進(jìn)行到催化劑的體相；一般金屬在反應(yīng)條件下很容易被氧化到體相，不能作為氧化反應(yīng)催化劑， 但貴金屬（pd,pt, ag, au等）能抗拒氧化，可作為氧化反應(yīng)催化劑；7.6、 什么是幾何對(duì)應(yīng)理論，又稱(chēng)為什么？來(lái)解釋什么？要求催

18、化劑原子和反應(yīng)物分子結(jié)構(gòu)在幾何尺寸上接近的理論稱(chēng)之為幾何對(duì)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？因?yàn)榻饘俅呋瘎┯绕涫琴F金屬，價(jià)格昂貴，將其分散成微小的顆粒附著在高表面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表面的機(jī)會(huì)。金屬的分散度：金屬在載體上微細(xì)程度。d=ns/nt=（表面的金屬原子數(shù)/總的金屬原子數(shù)）/每克催化劑8.2、 舉例說(shuō)明什么是結(jié)構(gòu)非敏感反應(yīng)和結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)。一類(lèi)是涉及h-h、c- h或o-h鍵的斷裂或生成的反應(yīng)，它們對(duì)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(chēng)之為結(jié)構(gòu)非敏感性反應(yīng)。（eg:環(huán)

19、丙烷在金屬鉗上加氫開(kāi)環(huán)生成丙烷的反應(yīng)：用負(fù)載于 a12o3或sio2上的pt彳晶11.5 nm, d1）催化劑;與大錨!pt（無(wú)分散，d0）作為催劑;所郁1反應(yīng)轉(zhuǎn)換頻率都是相同的。）另一類(lèi)是涉及 c-c、n-n或c-o鍵的斷裂或生成的反應(yīng)，對(duì)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(chēng)之為結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)。（eg:合成氨反應(yīng)在使用不同金屬顆粒大小時(shí) 其轉(zhuǎn)換頻率（vt）不相同。表明合成氨反應(yīng)對(duì)fe金屬催化劑來(lái)說(shuō)是一個(gè)結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)。）8.3、 請(qǐng)說(shuō)明雙金屬催化劑的主要類(lèi)型和用途。第一類(lèi)，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，加氫和脫氫等反應(yīng)；第二類(lèi)，兩種 舊