催化劑與催化作用復(fù)習(xí)資料很有用的教學(xué)內(nèi)容

1、催化劑與催化作用復(fù)習(xí)資料（很有用的）第1、2章復(fù)習(xí)思考題1、催化劑是如何定義的？催化劑是一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度而不能改變反應(yīng)的熱力學(xué)平衡位置，且自身不被明顯消耗的物質(zhì)。2、催化劑在工業(yè)上的作用功能或者效果有哪些？1)使得原來難以在工業(yè)上實現(xiàn)的過程得以實現(xiàn)。2)由過去常常使用的一種原料，可以改變?yōu)槎喾N原料。3)原來無法生產(chǎn)的過程，可以實現(xiàn)生產(chǎn)。4)原來需要多步完成的，變?yōu)橐徊酵瓿伞?)由原來產(chǎn)品質(zhì)量低，能耗大，變?yōu)樯a(chǎn)成本低，質(zhì)量高6)由原來轉(zhuǎn)化率低，副產(chǎn)物多，污染嚴(yán)重，變?yōu)檗D(zhuǎn)化率高，產(chǎn)物單一，污染減少3、載體具有哪些功能和作用？分散作用，增大表面積，分散活性組分；穩(wěn)定化作用，防止活性組分熔化

2、或者再結(jié)晶；支撐作用，使催化劑具備一定機(jī)械強(qiáng)度，不易破損；傳熱和稀釋作用，能及時移走熱量，提高熱穩(wěn)定性；助催化作用，某些載體能對活性組分發(fā)生誘導(dǎo)作用，協(xié)助活性組分發(fā)生催化作用。4、代表催化劑性能的重要指標(biāo)是什么？催化劑的反應(yīng)性能是評價催化劑好壞的主要指標(biāo)，它主要包括催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。(1)催化劑的活性：指催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度的程度(2)催化劑的選擇性：使反應(yīng)向生成某一特定產(chǎn)物的方向進(jìn)行。(3)催化劑的穩(wěn)定性：是指在使用條件下，催化劑具有穩(wěn)定活性的周期5、多相催化反應(yīng)的過程步驟可分為哪幾步？實質(zhì)上可分為幾步？(1)外擴(kuò)散一內(nèi)擴(kuò)散一化學(xué)吸附一表面反應(yīng)一脫附一內(nèi)擴(kuò)散一外擴(kuò)散(2

3、)物理過程一化學(xué)過程一物理過程6、吸附是如何定義的？氣體與固體表面接觸時，固體表面上氣體的濃度高于氣相主體濃度的現(xiàn)象。7、物理吸附與化學(xué)吸附的本質(zhì)不同是什么？本質(zhì)：二者不同在于其作用力不同，前者為范德華力，后者為化學(xué)鍵力，因此吸附形成的吸附物種也不同，而且吸附過程也不同等諸多不同。不同的表現(xiàn)形式為：（后面）8、為何說Langmuir吸附為理想吸附？基本假設(shè)是什么？模型假設(shè)：吸附表面均勻，各吸附中心能量相同；吸附分子間無相互作用；單分子層吸附，吸附分子與吸附中心碰撞進(jìn)行吸附，一個分子只占據(jù)一個吸附中心；在一定條件下，吸附與脫附可建立動態(tài)平衡。9、催化劑的比表面測定有哪些實驗方法？（1）BET法測

4、比表面積1）測定原理和計算方法依據(jù)BET提出的多層吸附理論以及BET吸附等溫曲線進(jìn)行測定和計算的。利用BET方程進(jìn)行作圖，采用試驗采集數(shù)據(jù)并利用圖解法進(jìn)行計算。2）實驗方法測定表面積的實驗方法通常有，低溫氮吸附容量法、重量法和色譜法等，當(dāng)表面積比較小時，采用氮吸附法。（2）色譜法測定比表面積色譜法測定比表面積時載氣一般采用He或H2,用N2做吸附質(zhì)，吸附在液氮溫度下進(jìn)行。10、何為擴(kuò)散？催化劑顆粒內(nèi)部存在幾種擴(kuò)散形式？（1）擴(kuò)散：分子通過隨機(jī)運(yùn)動，從高濃度向低濃度進(jìn)行傳播的現(xiàn)象。（2）1）普通擴(kuò)散（分子擴(kuò)散）：分子擴(kuò)散的阻力來自分子間的碰撞,通常在大孔（孔徑大于100nm）或者壓力較高的條件下

5、發(fā)生的擴(kuò)散多為分子擴(kuò)散。2）微孔擴(kuò)散（努森擴(kuò)散Kundsen）：微孔擴(kuò)散的阻力重要來自分子與孔壁的碰撞3）過渡區(qū)擴(kuò)散：指介于分子擴(kuò)散與微孔擴(kuò)散之間的過渡區(qū)。4）構(gòu)型擴(kuò)散：在同一孔隙中擴(kuò)散，由于分子構(gòu)型不同，而擴(kuò)散系數(shù)相差很大的擴(kuò)散，稱為構(gòu)型擴(kuò)散。5）表面擴(kuò)散:由于表面上分子的運(yùn)動而產(chǎn)生的傳質(zhì)過程11、Fick擴(kuò)散定律描述的物理意義是什么？Fick擴(kuò)散定律：dn/dt=-Dedc/dx答：描述：在擴(kuò)散過程中，體系內(nèi)部各處擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)的濃度不隨時間變化，在x方向各處擴(kuò)散流量相等。定律含義：單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位面積上擴(kuò)散的物質(zhì)數(shù)量和濃度梯度成正比?？保篐205峨、幽二懶搬）第3、4章復(fù)習(xí)思

6、考題：1、固體酸酸性來源和酸中心的形成是怎樣的？填（1）來源：電離、提供電子、接受電子。（2）1）浸漬在載體上的無機(jī)酸中心的形成2）鹵化物酸中心的形成3）金屬鹽酸中心的形成4）陽離子交換樹脂酸中心的形成5）氧化物酸堿中心的形成6）雜多酸化合物酸中心的形成2、固體酸的性質(zhì)包括哪幾方面？1）酸中心的類型：通常與催化劑作用相關(guān)多為B酸和L酸。2）酸中心的濃度（酸中心的數(shù)目）：指單位催化劑表面或單位催化劑質(zhì)量所含酸中心的數(shù)目的多少。3）酸中心強(qiáng)度：指給出質(zhì)子（B酸）或者接受電子對（L酸）能力的強(qiáng)弱。3、均相酸堿催化機(jī)理是怎樣的？一般以離子型機(jī)理進(jìn)行，即酸堿催化劑與反應(yīng)物作用形成正碳離子或負(fù)碳離子中間物

7、種，這些中間物種與另一反應(yīng)物作用，生成產(chǎn)物并釋放出催化劑，構(gòu)成酸堿催化循環(huán)。4、碳離子反應(yīng)規(guī)律是什么？酸堿催化劑對許多姓:類分子具有催化活性。酸性催化劑可以提供質(zhì)子或接受電子對，使姓:類分子轉(zhuǎn)變成帶正電荷的正碳離子，循正碳離子反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化；而堿性催化劑進(jìn)攻姓:類分子后，往往奪取質(zhì)子或給姓:類分子施放電子對，使反應(yīng)按負(fù)碳離子反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。5、分子篩催化劑的特點(diǎn)是什么？具有較高活性；具有較高選擇性，可擇形催化；具有較靈活的調(diào)變性；具有較好的穩(wěn)定性。6、試說明金屬催化劑的特性？（1）金屬催化劑通常是以金屬晶體的形式存在，而且具有多種晶體結(jié)構(gòu)，由此也為化學(xué)吸附提供多種吸附中心。（2）由于這些中

8、心相互靠近，有利于被吸附物種相互作用而進(jìn)行反應(yīng)。（3）由于吸附中心的多樣性，也就造成競爭反應(yīng)的同時發(fā)生，降低了金屬催化劑的選擇性。（4）對雙原子分子，容易進(jìn)行解離吸附，從而進(jìn)行各類反應(yīng)。7、試說明金屬與載體間的相互作用？相互作用為三種類型：一是金屬顆粒和載體的接觸位置處在界面部位處，則分散了的金屬可保持陽離子的性質(zhì)；二是分散了的金屬原子熔于氧化物載體的晶格結(jié)構(gòu)中或與載體形成混合氧化物；三是金屬顆粒表面被來自載體氧化物涂釋。正是由于金屬-載體的相互作用，結(jié)果使得電子流體在二者之間轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)電荷的位移。金屬與載體之間的相互作用，使得催化過程發(fā)生了變化。8、試說明金屬催化劑的哪些特性對其催化作用有較

9、大的影響？(1)金屬催化劑品格缺陷及其對催化作用的影響點(diǎn)缺陷是指在品格上缺少原子或者有多余的原子，造成缺陷的原因大致有三種：機(jī)械點(diǎn)缺陷電子缺陷化學(xué)缺陷。(2)金屬催化劑不均一表面對催化作用的影響第5、7章復(fù)習(xí)思考題1、過渡金屬氧化物的電子性質(zhì)有哪些？過渡金屬氧化物中的金屬陽離子的d電子層容易失去電子或奪取電子，具有較強(qiáng)的氧化還原性能。過渡金屬氧化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。過渡金屬氧化物中金屬離子的內(nèi)層價軌道與外來軌道可以發(fā)生劈裂。過渡金屬氧化物與過渡金屬都可作為氧化還原反應(yīng)催化劑，而前者由于其耐熱性、抗毒性強(qiáng)，而且具有光敏、熱敏、雜質(zhì)敏感性，更有利于催化劑性能調(diào)變，因此應(yīng)用更加廣泛。2、過渡金屬氧化物

10、的氧化還原機(jī)理是怎樣的？答：過渡金屬氧化物催化劑在催化氧化反應(yīng)過程當(dāng)中，特別是對爛類氧化反應(yīng)中，反應(yīng)產(chǎn)物中的氧往往不是直接來自氣相中的氧，而是來自金屬氧化物中的晶格氧，氣相中的氧只是用來補(bǔ)充催化劑在反應(yīng)中消耗的晶格氧。其氧化還原過程為：3、晶體場對過渡金屬氧化物的影響結(jié)果如何？第一個峰大多在電子構(gòu)型為d3(Cr2O3,MnO2)處；第二個峰大多出現(xiàn)在電子構(gòu)型為d6d7(Co3O4)處；d0、d5和d10電子構(gòu)型的氧化物(TiO2、Fe2O3MnO、CuO)幾乎在所有的反應(yīng)中活性最低。4、工業(yè)催化劑的設(shè)計開發(fā)包括哪些過程？（1）探索階段根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，查閱有關(guān)文獻(xiàn)分析、理論指導(dǎo)等，從技術(shù)上和濟(jì)濟(jì)上

11、設(shè)計并初步進(jìn)行研制。經(jīng)測定、篩選、改進(jìn)，確定供進(jìn)一步放大研究的催化劑。該階段通常在實驗室中進(jìn)行。一般只進(jìn)行合成方法與催化劑活性、選擇性的評價試驗。實驗室通常是在小型的能反映催化劑本征活性的裝置上進(jìn)行試驗。2）模擬放大階段將第一階段篩選的催化劑取一定數(shù)量，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，進(jìn)行活性、選擇性、壽命、再生產(chǎn)性等性能方面的考察，經(jīng)過改進(jìn)與完善，獲得催化劑的全面性能數(shù)據(jù)，提出可以在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上應(yīng)用以及進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。試驗通常是在一定規(guī)模的工業(yè)裝置上進(jìn)行（按生產(chǎn)條件），可在放大實驗室或工業(yè)裝置側(cè)線進(jìn)行。在這階段還應(yīng)對反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律進(jìn)行研究，為工業(yè)放大提供數(shù)據(jù)與資料。3）工業(yè)生產(chǎn)階段設(shè)計與建立工業(yè)生產(chǎn)

12、的反應(yīng)裝置和催化劑生產(chǎn)車間，經(jīng)過試車正式進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)特別指出的是，在上述每一個階段中，都應(yīng)十分注意經(jīng)濟(jì)上的可行性，進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的全面評價與分析，否則生產(chǎn)上全無意義。5、選擇催化劑的方法有哪些？1、周期表模擬：利用活性組分在元素周期表中位置，進(jìn)行參考模擬。2、活性樣板：利用具備同種活性的物質(zhì)作為活性組分。3、主體性質(zhì)：根據(jù)活性組分應(yīng)該具備的催化性質(zhì)，如屬于固體酸、氧化還原、絡(luò)合配位性質(zhì)等選擇。4、幾何構(gòu)型：利用反應(yīng)物分子的結(jié)構(gòu)不同，選擇活性組分。5、化學(xué)吸附：利用對反應(yīng)物的吸附能力及其吸附中間物種來選擇活性組分。6、原料和配料的選擇原則是什么？3.容易答：（1）原料的選擇：1.符合產(chǎn)品

13、的性能要求；2.所含的雜質(zhì)容易去除，或限定在某個范圍；獲得，價格便宜，易于加工；4.對環(huán)境不存在污染或經(jīng)處理能除去污染2.當(dāng)（2）配料的選擇原則：1.當(dāng)配制成溶液時，水溶性物質(zhì)可用水作為配料，但也應(yīng)注意其酸性。原料不溶于水時，采用其它溶劑作為配料時，應(yīng)容易除去，或者它的存在不影響催化劑的催化性能。3.原料的配比可用重量比或原子比，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確并且符合催化劑的要求7、沉淀法和凝膠法有什么特點(diǎn)與不同？優(yōu)點(diǎn)：有利于雜質(zhì)的去除；可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品；制備多組分催化劑時，有利于組分間的緊密結(jié)合，形成適宜的活性構(gòu)造；活性組分于載體的結(jié)合較緊密，不易流失。缺點(diǎn)：沉淀過程機(jī)理復(fù)雜，不易掌握；制備多組

14、分催化劑時，均勻度不易保證；制造工藝流程較長，而且復(fù)雜，生產(chǎn)費(fèi)用大。（3）區(qū)別：凝膠法于沉淀法相比較，它能制備較為均勻的多組分催化劑，但凝膠法的設(shè)備更加龐大，費(fèi)用更高。8、浸漬法有何特點(diǎn)？它可以采用已經(jīng)成型的外形與大小的載體，無需再進(jìn)行以后的催化劑成型操作；浸漬法能夠?qū)⒁环N或幾種活性組分負(fù)載在載體上，活性組分都分布在載體表面上，活性組分利用率較高，用量少，這對于貴重金屬意義重大；載體的結(jié)構(gòu)基本決定了所制備的催化劑的孔結(jié)構(gòu)與比表面大小。則可選擇具有合適的結(jié)構(gòu)和比表面的載體，以提供適合催化劑所需的各種機(jī)械與物理性能。9、催化劑失活的原因有哪些？1）催化劑相組成的變化2）燒結(jié):高溫下，粒子發(fā)生遷移，

15、降低表面使得體系向穩(wěn)定的方向進(jìn)行，從而導(dǎo)致催化劑燒結(jié)。3）流失:在高溫下，由于某些組分被揮發(fā)、或是由于遷移而使得活性組分流失，導(dǎo)致催化劑失活。4）中毒：由于毒物的存在而使得催化劑失活.5）積炭（結(jié)焦）：高溫下，反應(yīng)物料由于分解、聚合等反應(yīng)生成的碳或焦炭沉積在催化劑表面，使得催化劑的活性表面減少，堵塞孔道，影響活性使得其下降。10、實驗室評價催化劑的方法是怎樣的？（1）催化劑制備方法考察。(2)催化劑制備條件對反應(yīng)性能的影響:pH值、攪拌、晶化(老化)時間、催化劑配比(3)工藝條件考察原料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時間、催化劑用量、助催化劑用量、空速；(4)催化劑的回收方法及重復(fù)使用情況(壽

16、命)(5)分析方法的建立(物料平衡)一般采用色譜分析手段：內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、歸一化法等等。(6)催化劑的表征SEM、Ft-IR、XRD、TPR、XPS等(7)空白試驗11、實驗室篩選催化劑過程(1)確定一個過程(目標(biāo)反應(yīng))(2)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)(3)反應(yīng)歷程分析與熱力學(xué)分析(4)反應(yīng)體系的確定(5)催化劑制備方法確定(6)實驗裝置的選擇(7)催化劑性能評價(5)加上：乙烯環(huán)氧化制環(huán)氧乙烷的催化劑活性組分是銀，并負(fù)載在催化劑上，因此可采用浸漬法同時還應(yīng)考慮其他助催化劑的使用。(6)加上：屬于氣固反應(yīng)體系，可采用固定床微分反應(yīng)器：補(bǔ)充：1 .催化作用：催化劑對化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的作用。2 .載體：載體

17、是催化劑中主催化劑和助催化劑的分散劑、粘合劑和支撐體。.碳離子反應(yīng)規(guī)律：酸堿催化劑對許多姓:類分子具有催化活性。酸性催化劑可以提供質(zhì)子或接受電子對，使姓:類分子轉(zhuǎn)變成帶正電荷的正碳離子，循正碳離子反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化；而堿性催化劑進(jìn)攻姓:類分子后，往往奪取質(zhì)子或給姓:類分子施放電子對，使反應(yīng)按負(fù)碳離子反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。3 .表面作用定律：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，而表面濃度的事是化學(xué)計量方程的計量系數(shù)。4 .催化劑壽命：是指催化劑在一定反應(yīng)條件下維持一定反應(yīng)活性和選擇性的使用時間。5 .酸強(qiáng)度：是指給出質(zhì)子（B酸）或者接受電子對（L酸）能力的強(qiáng)弱。6 .老化：

18、沉淀和凝膠在母液中放置時的再結(jié)晶過程。8浸漬法：是指將固體粉末或一定形狀及尺寸的已成型的固體浸泡在含有活性組分的可溶性化合物溶液中，接觸一定時間后，分離殘液，這樣活性組分就以離子或化合物的形態(tài)附著在固體上，形成催化劑的方法。9催化劑中毒：是指催化劑在微量毒物作用下喪失活性和選擇性。簡答.酸堿催化作用與氧化還原催化作用的對比酸堿型催化反應(yīng)其反應(yīng)機(jī)理是因為催化劑與反應(yīng)物分子之間通過收受電子對而配位，或者發(fā)生極化，形成離子型活性中間物種所進(jìn)行的催化反應(yīng)。氧化還原型催化反應(yīng)其反應(yīng)機(jī)理是因為催化劑與反應(yīng)物分子之間通過單個電子的轉(zhuǎn)移，而形成活性中間物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。1 .固體酸堿催化劑的酸堿性來源于調(diào)節(jié)（1）來源：結(jié)構(gòu)不同，在相同的配位數(shù)情況下，以不同的價態(tài)的原子取代，產(chǎn)生電荷不平衡而產(chǎn)生的；同樣當(dāng)價態(tài)相同而配位數(shù)不同，會使其結(jié)構(gòu)不平衡，產(chǎn)生酸性。對于金屬鹽類，當(dāng)含有少結(jié)構(gòu)量水時，金屬離子對H2O極化作用，會產(chǎn)生B酸中心。（我的答案：電離、接受電子、提供電子）通過調(diào)節(jié)交換陽（2）調(diào)節(jié)：合成具有不同硅鋁比的沸石，或者將低硅