催化原理期末复习题

1、中国石油大学（北京）远程教育学院 催化原理 期末复习题一、给出下面概念和术语的定义1、催化剂的活性；2、Bronsted酸、Bronsted碱；3、清洁能源；4、原子经济；5、金属分散度；6、载体；7、结构不敏感反应；8、化学吸附；9、清洁化工技术；10、后过渡金属聚合催化剂；11、晶面；12、择形催化；13、催化剂的骨架密度；14、催化剂的比孔容；15、努森(Knudsen)扩散；16、晶胞；17、催化剂的化学稳定性；18、催化剂；19、催化剂的稳定性；20、吸附等温式（吸附平衡式、等温吸附方程）； 二、单项与多项选择题1、下列多相催化反应步骤中（ ）是化学步骤。A吸附氢解反应增强；B脱附；

2、C内扩散；D表面反应2、下面（ ）化合物为Lewis酸碱化合物。AMgO；BNaOH；CNH3；DKOH3、（ ）不是多相催化反应步骤中的物理步骤。A反应物内扩散；B产物外扩散；C反应物吸附；D产物内扩散4、下面（ ）物质含有固体酸中心。A分子筛；B高岭土；C烧碱；D阴离子交换树脂5、分子筛的空间结构基本单位有（ ）。 A八面体；B四面体；C六面体；D环6、催化剂的要素是（ ）。 A物质；B没有消耗；C能量；D自由能小于零的反应7、下面（ ）物质不含固体酸中心。 A阳离子交换树脂；B活性白土；C硅酸铝；D（NH4)2CO38、金属、载体间的强相互作用可导致（ ）。AH2吸附下降；B氧化反应速率

3、下降；CCO吸附下降；D加氢反应速率下降9、下面（ ）可作为活性的表示方法。 A转化率；B选择性；C反应温度；D时空产率10、晶体中存在下列（ ）因素将导致晶体不是理想晶体。 A点缺陷；B缝隙原子；C面缺陷；D线缺陷11、下列物质有可能作为催化剂的是（ ） A高岭土；B岩石；C木炭；D不锈钢12、下列多相催化反应步骤中（ ）是物理步骤。 A吸附；B脱附；C内扩散；D表面反应13、（ ）是Langmuir吸附模型的条件。 A单层，定位；B表面理想；C吸附质间无作用；D达到平衡14、催化剂的作用是（ ）。A改变反应温度；B改变反应压力；C改变物质的组成；D改变反应的途径15、金属原子产生化学吸附的

4、必要条件是（ ）。A有未配对的d电子；B表面理想；C有未占用的d空轨道；D有未配对的s电子16、下面（ ）化合物为Bronsted酸碱化合物。 AHF；BNaOH；CNH3；DMgO17、影响固体酸催化剂催化性能的酸性质因素有（ ）。 A温度；B酸类型；C压力；D酸量18、Miller指数的标记是（ ）。 Aabc；Babc；Ca,b,c；D(abc)19、丝光沸石型分子筛结构中含有（ ）。 A5元环；B10元环；C4元环；D8元环20、半导体氧化物的最大特点是它的阳离子价态（ ）。 A不可变；B可变；C结构可变；D结构不可变21、半导体氧化物催化剂中有关的电子性能的术语是（ ）。 Ad带空穴

5、；BFermi能级；C施主能级；D受主能级22、下面（ ）是配合催化的关键反应步骤。 A氧化加成；B烷基转移；C穿插反应；D氢转移23、下面（ ）物质含有固体酸中心。 AMgO；B高岭土；C阴离子交换树脂；DK2CO324、下面（ ）是化石能源。 A液化气；B原子能；C石油；D沼气25、燃料电池的类型有（ ）。A碱性燃料电池（AFC）；B磷酸燃料电池（PAFC）；C熔融碳酸盐燃料电池；D固体氧化物燃料电池26、酶的种类有（ ）。 A氧化还原酶；B转移酶；C水解酶；D裂解酶27、对反应的影响，（ ）因素不是由于固体酸催化剂产生的。 A酸量；B固体表面结构；C酸强度；D内扩散28、固体催化剂的制备

6、方法主要有（ ）。 A沉淀法；B浸渍法；C机械混合法；D离子交换法29、分子筛催化剂择形催化有（ ）种类型。 A3；B5；C2；D430、催化剂浸渍制备法中活性组分分布的类型有（ ）。 A蛋白型；B蛋黄型；C蛋壳型；D均匀型31、催化剂的密度有（ ）。 A真密度；B堆密度；C骨架密度；D颗粒密度32、介孔（或称中孔）分子筛的孔径为（ ）。 A150nm；B250nm；C050nm；D2100nm33、点阵中的点是（ ）。 A分立的；B周期相同的；C连续的；D有限的34、大气污染物产生或排放的源头有动态源和静态源两类，下面（ ）是动态源。 A发电厂烟气；B水泥厂烟气；C机动车尾气；D工业锅炉烟气

7、35、洁净的固体表面上存在下面的（ ）结构。 A空位；B台阶；C梯步；D平面36、下列（ ）是内扩散。 A容积扩散；B构型扩散；C气相扩散；D努森(Knudsen)扩散37、下面（ ）不是化学工业过程中的4R原则。AReduction(减少)；BReuse(再用)；CRecycling(再循环)；DRetreatment(再处理）38、下面（ ）氧化物是半导体氧化物。 ASiO2；BMnO2；CMgO；DZrO239、碱土金属氧化物表面上具有（ ）碱位。A具有得到电子能力的；B可提供碱性的；C可获得碱性的；D具有给予电子能力的40、催化剂沉淀制备法的单元操作有（ ）。 A过滤；B浸渍；C沉淀；

8、D干燥三、判断题1、电是一种催化剂。（A对； B错）2、天然气分为压缩天然气（CNG）、液化天然气（LN G）和管输天然气。（A对； B错）3、催化剂的作用是改变化学反应的途径。（A对； B错）4、过渡金属硫化物对二苯基噻吩脱硫的比反应速率与金属硫化物生成焓成“单向变化”关系。（A对； B错）5、活性组分可改变化学反应的途径。（A对； B错）6、对烷基异构反应，固体酸催化剂酸强度越强越好。（A对； B错）7、助催化剂可改变化学反应的活化能。（A对； B错）8、固体表面酸碱性质包括酸碱中心的类型、酸碱强度和酸碱含量。（A对； B错）9、半导体氧化物的能带由空带、满带和禁带组成。（A对； B错）1

9、0、助催化剂可改变活性组分的电子结构。（A对； B错）11、d特性百分数反映了金属晶体中金属键所含d轨道的量。（A对； B错）12、载体可分散活性组分。（A对； B错）13、固体表面上一定含有Bronsted酸碱中心和Lewis酸碱中心。（A对； B错）14、分子筛催化剂最重要的催化特性是它的择形催化。（A对； B错）15、载体可改变化学反应的途径。（A对； B错）16、分子筛的酸性结构是相同的。（A对； B错）17、载体可作为活性组分之一。（A对； B错）18、丝光沸石和ZSM-5分子筛结构中没有笼形结构。（A对； B错）19、固体表面上B酸中心和L酸中心可通过红外光谱分析加以区别。（A对；

10、 B错）20、工业催化剂应该是环境友好的。（A对； B错）21、分子筛单晶是一种具有孔道结构的晶体。（A对； B错）22、均相催化剂与反应物或产物处于同一相态中。（A对； B错）23、离子交换树脂催化剂一般使用温度低于200。（A对； B错）24、催化反应中的吸附总是化学吸附。（A对； B错）25、杂多酸固体是一种由多种元素组成的杂多化合物。（A对； B错）26、物理吸附总是放热的。（A对； B错）27、按照Peri酸碱模型，Al2O3表面上存在5种酸性强度不同的羟基。（A对； B错）28、吸附等温式描述的是温度一定下平衡吸附量与压力的关系方程。（A对； B错）29、NH3程序升温脱附法可测定

11、固体酸强度和酸量。（A对； B错）30、半导体氧化物可以作为导电控制材料用。（A对； B错）四、简答题1、何为竞争吸附制备方法？举例说明竞争吸附在制备催化剂时的作用。2、就化工工艺过程来说，催化剂的应用有哪些方面？3、p-型半导体的能带结构是怎样的？4、在化工领域，20世纪50年代最重要的发明是什么？5、催化剂的宏观物性包括那些内容？6、何谓催化科学？它解决的基本科学问题是什么？7、在Langmuir吸附模型中有哪些模型条件。8、何谓稳定性？有哪些类型？9、分子筛结构构型分成哪几个方面，以及哪几个结构层次？10、如何制得阳离子交换树脂或阴离子交换树脂，并举例说明。11、工业上使用的催化剂应具备

12、什么条件？12、金属氧化物催化剂中各氧化物的作用是什么？13、何谓配合催化？其主要特征是什么？14、汽车尾气净化三效催化剂的主要构成是什么？15、与传统的化工催化相比，酶催化具有哪些特点？16、写出臭氧生成与分解化学反应式？17、光催化的原理是什么？18、请简述A型分子筛的空间结构。19、燃料电池的工作原理是什么？20、在H2-O2燃料电池中，在正、负极上发生什么反应？21、均相催化与多相催化相比，有何优点？22、茂金属催化剂有几种结构，分别是什么？23、与Ziegler-Natta型催化剂相比，茂金属催化剂有何特点？24、固体超强酸催化剂失活的原因有哪些方面？25、按照酶的系统分类法，酶分成

13、几大类，分别是什么？26、工业上使用的固体催化剂有几种的制备方法。分别是什么？27、多相催化反应过程中，从反应物到产物一般经历哪些步骤？28、在沉淀法制备催化剂的过程中，溶质浓度是如何影响沉淀形成的？29、分子筛的酸性是如何形成的？30、叙述在用浸渍法制备催化剂时，活性组分在载体断面上的不同分布。五、计算题1、用HgHe法测得3g某催化剂的骨架体积为1.5 mL，颗粒体积为3.0 mL，求此催化剂的比孔容和孔隙率。2、H2在Pt催化剂表面上的吸附为解离吸附，推导H2在Pt催化剂表面上吸附的Langmuir等温式： H2+2Pt 2H*Pt 式中：H2为吸附物分子；Pt原子为吸附中心3、设定金属

14、原子的直径为a，计算面心立方密堆积（fcc）结构的原子填充分数。4、CO2（二氧化碳）在Ni催化剂表面上的吸附为单中心缔合吸附，推导CO2在Ni催化剂表面上吸附的Langmuir等温式： CO2 + Ni CO2*Ni 式中：CO2为吸附物分子；Ni原子为吸附中心5、设定金属原子的直径为a，计算体心立方密堆积（bcc）结构的原子填充分数。6、推导下列吸附的Langmuir等温式： A2+B+3S 2 A*S + B*S 式中：A2，B分别为吸附物分子；S表示吸附中中国石油大学（北京）远程教育学院 催化原理 期末复习题答案一、给出下面概念和术语的定义1、催化剂的活性：是指催化剂影响反应进程变化的

15、程度。2、Bronsted酸、Bronsted碱：能给出H+的物质为Bronsted酸，简称B酸；能接受H+的物质为Bronsted碱，简称B碱。 3、清洁能源：所谓清洁能源是指不污染环境的能源，也是指可再生的能源，包括太阳能、风能、生物质能、地热能以及潮汐能等。清洁能源从广义和现实可行的角度来说，低污染的天然气、利用洁净技术处理过的洁净煤都属于此类。4、原子经济：所谓“原子经济”，就是反应分子中的原子进入最终目的产品中的程度。5、金属分散度：金属在载体上微细的程度用分散度D表示，其定义为： 6、载体：载体是催化活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。7、结构不敏感反应：结构非

16、敏感反应是涉及H-H、C-H或O-H的断裂或生成的反应，它们对结构的变化、合金化的变化或金属性质的变化敏感性不大，称这种反应为结构非敏感反应。8、化学吸附：是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性，吸附热大(40800kJ/mol)，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附。化学吸附为单分子层吸附，具有饱和性。9、清洁化工技术：即不会造成环境污染的新型化工技术。对包括生产原料、产品设计、工艺技术、反应过程及设备、能源消耗等各个环节，实行全流程污染控制，生产出对环境无毒无害的新型产品，实现反应过程中废弃物的“零排放”。 10、后过渡金属聚合催化剂：后过渡金属是指Ni、

17、Pd、Fe、Co等构成配合物的聚合催化剂。这类催化剂同样具有单位活性中心。11、晶面：是三维晶体在各个取向上的截面。12、择形催化：分子筛结构中存在均匀的晶孔，当反应物和产物的分子线度与晶内孔径相近时，反应的选择性常取决于分子与孔径的比。这种选择性称为择形催化选择性。13、催化剂的骨架密度：当测量的体积仅是催化剂的实际固体骨架的体积时，测得的密度称为真密度，又称为骨架密度。14、催化剂的比孔容：每克催化剂颗粒内所有孔的体积总和称为比孔体积，或比孔容，亦称孔体积（孔容）。15、努森(Knudsen)扩散：是分子与催化剂孔壁间的碰撞，且孔道的平均直径小于分子平均自由程时出现的内扩散。16、晶胞：在

18、三维晶体或点阵结构中，存在着一种结构单元，通过这个结构单元在三维方向上的重复叠加，就可组成完整的晶体或三维点阵。这个结构单元就称之为晶胞。17、催化剂的化学稳定性：在反应温度、反应物、产物和杂质的作用下，活性组份和状态稳定存在的能力，它包括活性组份的流失和化学态的改变。 3、竞争吸附：在吸附体系中，有两种或多种气体分子能在同一吸附位上产生吸附时，这种吸附称为竞争吸附。18、催化剂：是一种物质。它可加速热力学上可行的化学反应速率，且不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化，反应结束后，自身没有任何消耗。19、催化剂的稳定性：是指它的活性和选择性随时间变化的情况。或是指催化剂在使用过程中稳定于某一活

19、性值下的能力。稳定时间越短，催化剂的稳定性越差。20、吸附等温式（吸附平衡式、等温吸附方程）：对于给定的物系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附量与压力的关系称为吸附等温式（吸附平衡式、等温吸附方程）。二、单项与多项选择题1、ABD；2、AC；3、C；4、AB；5、BD；6、ABD；7、D；8、ACD；9、ACD；10、ABCD；11、A；12、C；13、ABCD；14、D；15、AC；16、ACD；17、BC；18、D；19、ACD；20、B；21、BCD；22、ACD；23、B；24、ACD；25、ABCD；26、ABCD；27、D；28、ABCD；29、D；30、ABCD；31、ABCD

20、；32、B；33、AB；34、C；35、ABCD；36、ABD；37、D；38、BD；39、BD； 40、ACD； 三、判断题1、B；2、A；3、A；4、B；5、A；6、B；7、B；8、A；9、A；10、A；11 A、；12、A；13 B、；14、A；15、B；16 A、；17、A；18、A；19、A；20、B；21、A；22、A；23、A；24、A；25、A；26、A；27、A；28、A；29、A；30、A；四、简答题1、答：竞争吸附制备方法：在溶液中引入竞争吸附剂来控制活性组分在载体上的分布的方法。常使用的竞争吸附剂有盐酸、硝酸、三氯乙酸、乙酸等。例如在制备Pt/Al2O3催化剂时，采用柠

21、檬酸作竞争吸附剂，可得到蛋壳型、蛋白型和蛋黄型活性组分分布。2、答：就化工工艺过程来说，催化剂的应用有以下几方面：（1）更新原料路线，采用更廉价的原料；（2）革新工艺流程，促进新工艺过程的开发；（3）缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的（4）开发新产品，提高产品的收率，改善产品的质量；（5）开发消除环境污染、有效利用资源的环境友好的“绿色催化工艺”。 3、答： p-型半导体的能带结构是由空带、禁带、满带以及受主能级构成，受主能级位于空带和满带之间，即处于禁带之中。4、答：在化工领域，20世纪50年代最重要的发明是Ziegler与Natta发明了聚合催化剂体系，合成了结晶型的线型高密度聚乙烯(H

22、DPE)和等规结晶型聚丙烯塑料。Ziegler和Natta的发明在两个方面改变了世界：一是引发了很多科学家利用金属有机化合物作催化剂的研究领域；二是发现了聚烯烃工业合成的新方法。这种催化聚合方法产生了一个新的工业部门聚合物高分子工业。5、答：催化剂的宏观物性，是指催化剂的表面积、孔体积、形状及大小分布的特点，以及与此有关的传递特性及机械强度等。6、答：催化科学是催化剂催化作用的理论、规律和原理的总和，它所解决的基本科学问题是：、催化剂如何活化反应物分子？、活化后的分子反应性能和行为如何？、催化剂上的活性中心是怎样形成的？它在反应过程中又是如何变化的？助催化剂又是如何在起作用？等一些科学的基本问

23、题。7、答：在Langmuir吸附模型中，有5个模型条件，分别是a、吸附剂表面是理想的、均匀的；b、吸附的分子之间无作用力、或可忽略；c、吸附物分子只有碰撞于空的吸附位上才可被吸附。一个吸附分子只占据一个吸附位；d、吸附是单分子层的、定位的；e、当r吸r脱时，吸附达到平衡。8、答：稳定性是指催化剂在使用过程中稳定于某一活性值下的能力。稳定时间越短，催化剂的稳定性越差。有以下几个类型：、热稳定性， 、化学稳定性， 、水热稳定性， 、机械稳定性， 、抗积碳稳定性， 、抗毒稳定性。9、答：分子筛的结构构型可以分成二个方面、四种不同的结构层次来表述。两个方面就是：一是空间结构的基本单位（单元）；二是分

24、子筛的晶胞。四种结构层次是：四面体、环、笼、晶胞。空间结构的基本单位包括：四面体、环、笼。10、答：阳离子交换树脂或阴离子交换树脂是在苯乙烯与交联剂二乙烯基苯的树脂共聚物中引入不同的官能团即可制得阳离子树脂或阴离子树脂。例如，使用发烟硫酸将共聚物中的苯环磺化即可制得强酸型阳离子树脂，而引入羧基则可制得弱酸性阳离子树脂 。引入季铵基可制得强碱型离子树脂。11、答：工业上使用的催化剂，不论是自己研制的、由厂家生产的，还是从市售催化剂中选择的，都必须具备下述条件：、反应活性高；、选择性好；、构型规则； 、机械强度大；、寿命长。12、答：金属氧化物催化剂，常为复合氧化物，即指多组分的氧化物。复合氧化物

25、催化剂中，有的组分是主催化剂，有的为助催化剂或载体。主催化剂组分单独存在就有催化活性，如Bi2O3-MoO3中的MoO3；助催化剂组分单独存在无活性或很少活性，加入主催化剂中就使活性增强，如Bi2O3。13、答：配合催化，是指催化剂在反应过程中对反应物起配合作用，并且使之在配位空间内进行催化的过程。配合催化的一个重要特征，是在反应过程中催化剂活性中心与反应体系始终保持着化学结合（配位络合）状态。14、答：三效催化剂的构成主要由载体、涂层和活性组分所组成，置于汽车尾气催化转化器中。15、答：与传统的化工催化相比，酶催化具有许多特点：、酶催化效率极高，是非酶催化的1061019倍。、酶催化剂用量少

26、。、生物酶催化具有高度的专一性。、酶催化的反应条件较温和，可在常温常压和酸碱度（pH值为58，一般在7左右）下进行。、不同的酶催化剂所催化的反应条件往往是相同或相似的。16、答：臭氧是O2受到阳光照射的产物，其反应如下：O3在一些自由基（FR）的作用下，可以发生下面反应，再转化成O2，造成O3层破坏。 17、答：光催化的原理是：当TiO2吸收光子能量后，其价带上的一个电子跃迁到导带；原价带保留一个空缺，称为空穴，带正电荷。跃迁电子和电空穴都极不稳定，可以供给周围介质，使其还原或氧化。因为TiO2的带隙宽约为3.2eV，只有紫外线的能量（波长380nm）才能激发。产生的电子-空穴对迁移至TiO2

27、表面，分别进行还原(电子)、氧化(空穴)反应。18、答： A型分子筛的空间结构类似于NaCl的晶体结构，用笼取代Na+和Cl-所占据的晶格点，相邻笼是四元环面面相对，通过笼联结起来。A型分子筛空间结构的晶胞为立方晶胞 ，笼占据晶胞的晶格点，构成新的笼，称为笼。A型分子筛中存在相互正交的三维晶孔和晶穴，晶孔和晶穴的孔径分别为0.30.5 nm和0.91.1 nm。19、答：在燃料电池中，燃料极为负极，也称阳极，由对燃料的氧化过程有电催化作用的材料组成，如贵金属、石墨等。在阳极表面发生燃料的氧化反应，生成正离子进入电池内的回路，并释放出电子进入外电路，经负载做出电功流往负极。氧化剂极为正极，又称阴

28、极，由对氧化剂的还原过程有电催化作用的材料组成，如Pt、Al、石墨等。在阴极表面氧化剂接受电子，发生还原反应，生成负离子从电池内回路流向阳极，与燃料正离子反应，生成化合物。20、答：在H2-O2燃料电池中，负极反应为H2直接氧化，正极反应总是氧还原反应。正极反应总是氧还原反应，其中一个机理为：负极反应为氢氧化反应，涉及气体在催化剂表面吸附，随后分子解离，电化学反应形成两个质子(酸性电解质)。 21、答：均相催化与多相催化相比，其优点是：反应性能单一，具有特定的选择性；反应条件温和，有利于节能；配位催化剂易于通过配体设计调配催化性能和产物分布。22、答：茂金属催化剂，一般有以下三种结构：、以两个

29、环戊二烯基夹持过渡金属的烷基化合物或卤化物；、桥链结构式茂金属催化剂，用两个烷基联结两个环结构；、限制几何结构式茂金属催化剂，采用一个环戊二烯，用氨基取代另一个环戊二烯，然后用烷基或硅烷基桥链。23、答：与Ziegler-Natta型催化剂相比，茂金属催化剂显出以下特点：、聚合活性极高；、活性中心单一，通过调变温度、催化剂浓度和配位体等即可调节聚合物的分子量，设计聚合物的微观结构；、均相茂金属催化剂活性寿命长，在空气中稳定；、能为各种聚合工艺提供了多样性条件。24、答：固体超强酸催化剂失活的原因有以下几方面：（1）、表面上的促进剂SO42-的流失；（2）、反应体系中反应物、中间物和产物在催化剂

30、表面进行的吸附、脱附、表面反应以及积炭的发生，造成超强酸催化剂的活性下降或失活；（3）、反应体系中由于毒物的存在，使固体超强酸中毒，或者由于促进剂SO42-被还原。25、答：按照酶的系统分类法，将酶分为六大类，、氧化还原酶；、转移酶；、水解酶；、裂解酶；、异构酶；、连续酶。26、答：工业上使用的固体催化剂有5种主要的制备方法。分别是沉淀法、浸渍法、机械混合法、离子交换法、熔融法等。27、答：多相催化反应过程中，从反应物到产物一般经历5个步骤：、反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；、反应物分子在催化剂内表面上吸附；、吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；、反应

31、产物自催化剂内表面脱附；、反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。28、答：下图是在沉淀法制备催化剂的过程中，溶质浓度与晶核生成速率、晶核长大速率、晶粒大小的关系图：图中，曲线1表示晶核生成速率和溶液过饱和度的关系，随着过饱和度的增加，晶核生成速率急剧增大。 曲线2表示晶核长大速率随过饱和度增加缓慢增大的情况。 总的结果是曲线3，随着过饱和度的增加，生成晶体颗粒愈来愈小。29、答：分子筛的酸性是、通过离子交换来实现的，如形成H型分子筛，其上羟基显酸位中心；、骨架外的铝离子会强化酸位，形成L酸位中心；、多价阳离子也可产生羟基酸位中心 ；、过渡金属离子还原形成酸位中心。30、答：在用浸渍法制备催化剂时，活性组分在载体断面上的分布有四种，分别是蛋壳型分布；蛋白型分布；蛋黄型分布和均匀型分布。五、计算题（10分）。1、解：根据题意，骨架密度= 3/1.5 = 2 g/mL 颗粒密度= 3/3.0 = 1.0g/mL 1g某催化剂的骨架体积为（1/骨架密度），颗粒体积为（1/颗粒密度），而，颗粒体积=孔体积+骨架体积所以，孔体积=颗粒体积-骨架体积即