催化劑考試復(fù)習(xí)題

一、名詞解釋催化劑：一類(lèi)能夠變化化學(xué)反映的速度，不變化熱力學(xué)平衡，并不被明顯消耗的物質(zhì)。催化作用：是一種化學(xué)作用，是靠用量極少而本身不被明顯消耗的一種叫催化劑的外加物質(zhì)來(lái)加速或減慢化學(xué)反映速度的現(xiàn)象。載體：是催化活性的分散劑、粘合劑或支撐體，是負(fù)載活性組分的骨架。碳離子反映規(guī)律：酸堿催化劑對(duì)許多烴類(lèi)分子含有催化活性。酸性催化劑能夠提供質(zhì)子或接受電子對(duì)，使烴類(lèi)分子轉(zhuǎn)變成帶正電荷的正碳離子，循正碳離子反映機(jī)理進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化；而堿性催化劑攻打烴類(lèi)分子后，往往奪取質(zhì)子或給烴類(lèi)分子施放電子對(duì)，使反映按負(fù)碳離子反映機(jī)理進(jìn)行表面質(zhì)量作用定律：抱負(fù)吸附層中的表面基元反映，其速率與反映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)。催化劑壽命：是指催化劑在一定反映條件下維持一定反映活性和選擇性的使用時(shí)間。酸強(qiáng)度：是指給出質(zhì)子的能力（B酸強(qiáng)度）或接受電子對(duì)的能力（L酸強(qiáng)度）。浸漬法：把載體浸漬（浸泡）在含有活性組分（和助催化劑）的化合物溶液中，通過(guò)一段時(shí)間后除去剩余的液體，再經(jīng)干燥、焙燒和活化（還原或硫化）后即得催化劑（廣泛用于制備負(fù)載型催化劑，特別負(fù)載型金屬催化劑）。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。二、簡(jiǎn)答題催化劑在化工生產(chǎn)的重要功效1）使得原來(lái)難以在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)的過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。2）由過(guò)去經(jīng)常使用的一種原料，能夠變化為多個(gè)原料。3）原來(lái)無(wú)法生產(chǎn)的過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)。4）原來(lái)需要多步完畢的，變?yōu)橐徊酵戤叀?）由原來(lái)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(lái)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，污染減少酸堿催化作用與氧化還原催化作用的對(duì)比①酸堿型催化反映其反映機(jī)理是由于催化劑與反映物分子之間通過(guò)收受電子對(duì)而配位，或者發(fā)生極化，形成離子型活性中間物種所進(jìn)行的催化反映。②氧化還原型催化反映其反映機(jī)理是由于催化劑與反映物分子之間通過(guò)單個(gè)電子的轉(zhuǎn)移，而形成活性中間物種進(jìn)行的催化反映。分子篩催化劑的作用①含有較高活性；②含有較高選擇性，可擇形催化；③含有較靈活的調(diào)變性；④含有較好的穩(wěn)定性。催化劑制備中原料與配料的選擇原則（1）原料的選擇:1.符合產(chǎn)品的性能規(guī)定；2.所含的雜質(zhì)容易去除，或限定在某個(gè)范疇；3.容易獲得，價(jià)格便宜，易于加工；4.對(duì)環(huán)境不存在污染或經(jīng)解決能除去污染（2）配料的選擇原則：1.當(dāng)配制成溶液時(shí)，水溶性物質(zhì)可用水作為配料，但也應(yīng)注意其酸性。2.當(dāng)原料不溶于水時(shí)，采用其它溶劑作為配料時(shí)，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，核心在于精確并且符合催化劑的規(guī)定催化劑失活的重要因素與類(lèi)型在恒定反映條件下，進(jìn)行的催化反映的活性和選擇性，隨著運(yùn)行的時(shí)間而下降的現(xiàn)象，稱(chēng)為Cat的失活（Deactivation）或衰變（Decay）。催化劑的失活是一種復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，普通將失活過(guò)程劃分為三種類(lèi)型：（1化劑積炭等堵塞失活，屬于物理的；（2）催化劑中毒失活，屬于化學(xué)的；（3）催化的熱失活和燃燒失活；屬于熱學(xué)的。固體酸堿催化劑的酸堿性來(lái)源于調(diào)節(jié)（1）來(lái)源:①構(gòu)造不同，在相似的配位數(shù)狀況下，以不同的價(jià)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(jià)態(tài)相似而配位數(shù)不同，會(huì)使其構(gòu)造不平衡，產(chǎn)生酸性。②對(duì)于金屬鹽類(lèi)，當(dāng)含有少構(gòu)造量水時(shí)，金屬離子對(duì)H2O極化作用，會(huì)產(chǎn)生Ｂ酸中心。（我的答案：電離、接受電子、提供電子）(2)調(diào)節(jié)：①合成含有不同硅鋁比的沸石，或者將低硅沸石通過(guò)脫鋁通過(guò)硅鋁比；②通過(guò)調(diào)節(jié)交換陽(yáng)離子類(lèi)型、數(shù)量，來(lái)調(diào)節(jié)酸強(qiáng)度或酸濃度，改善活性和選擇性；③通過(guò)高溫焙燒、高溫水熱解決、預(yù)積碳或堿中毒，減少或削弱其強(qiáng)酸中心，從而變化活性和選擇性；④通過(guò)變化反映氛圍，從而變化活性。金屬催化劑的催化作用特性（1）金屬催化劑普通是以金屬晶體的形式存在，并且含有多個(gè)晶體構(gòu)造，由此也為化學(xué)吸附提供多個(gè)吸附中心。（2）由于這些中心互相靠近，有助于被吸附物種互相作用而進(jìn)行反映。（3）由于吸附中心的多樣性，也就造成競(jìng)爭(zhēng)反映的同時(shí)發(fā)生，減少了金屬催化劑的選擇性。（4）對(duì)雙原子分子，容易進(jìn)行解離吸附，從而進(jìn)行各類(lèi)反映。幾個(gè)吸附方程的特點(diǎn)載體的作用與功效①最重要的功效是分散活性組分、作為活性組分的基底，使活性組分保持大的表面積。②減少對(duì)毒物的敏感性；③載體為Cat.提供一定的孔隙構(gòu)造；④改善催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，及抵抗條件的應(yīng)力能力⑤有些載體含有雙功效性。工業(yè)催化劑設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的過(guò)程與程序1）探索階段根據(jù)反映特點(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)上設(shè)計(jì)并初步進(jìn)行研制。經(jīng)測(cè)定、篩選、改善，擬定供進(jìn)一步放大研究的催化劑。該階段普通在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。普通只進(jìn)行合成辦法與催化劑活性、選擇性的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室普通是在小型的能反映催化劑本征活性的裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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，通過(guò)改善與完善，獲得催化劑的全方面性能數(shù)據(jù)，提出能夠在工業(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)。實(shí)驗(yàn)普通是在一定規(guī)模的工業(yè)裝置上進(jìn)行（按生產(chǎn)條件），可在放大實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)裝置側(cè)線(xiàn)進(jìn)行。在這階段還應(yīng)對(duì)反映動(dòng)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(jì)與建立工業(yè)生產(chǎn)的反映裝置和催化劑生產(chǎn)車(chē)間，通過(guò)試車(chē)正式進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)特別指出的是，在上述每一種階段中，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)的全方面評(píng)價(jià)與分析，否則生產(chǎn)上全無(wú)意義。三、敘述題試分析沉淀法與凝膠法制備催化劑的影響因素，并對(duì)其制備辦法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述(1)沉淀法:其化學(xué)構(gòu)成和構(gòu)造，沉淀物的性能又由沉淀狀態(tài)和條件（濃度、溫度、ＰＨ值等）所決定。濃度、溫度、攪拌、PH值.(2)凝膠法：除了PH值外，引入的物質(zhì)的酸性以及其電離性（電解質(zhì)性質(zhì)）和凝膠放置的時(shí)間都對(duì)其有較大的影響。另外，縮合反映的強(qiáng)弱，對(duì)凝結(jié)過(guò)程也有一定的影響。1)優(yōu)點(diǎn)：①有助于雜質(zhì)的去除；②可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品；③制備多組分催化劑時(shí)，有助于組分間的緊密結(jié)合，形成適宜的活性構(gòu)造；④活性組分于載體的結(jié)合較緊密，不易流失。(2)缺點(diǎn)：①沉淀過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，不易掌握；②制備多組分催化劑時(shí)，均勻度不易確保；③制造工藝流程較長(zhǎng)，并且復(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。試分析過(guò)渡金屬氧化物催化劑的氧化還原反映機(jī)理（舉例闡明）。過(guò)渡金屬氧化物催化劑在催化氧化反映過(guò)程當(dāng)中，特別是對(duì)烴類(lèi)氧化反映中，反映產(chǎn)物中的氧往往不是直接來(lái)自氣相中的氧，而是來(lái)自金屬氧化物中的晶格氧，氣相中的氧只是用來(lái)補(bǔ)充催化劑在反映中消耗的晶格氧。試舉例闡明實(shí)驗(yàn)室篩選催化劑過(guò)程及內(nèi)容，并畫(huà)出評(píng)價(jià)裝置示意圖。（1）擬定一種過(guò)程（目的反映）（2）查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)（3）反映歷程分析與熱力學(xué)分析(4)反