催化剂及其基本特征

1、1、 催化剂及其基本特征？ 催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。 催化剂的基本特征 催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应； 催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置； 催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程；催化剂对反应具有选择性。2、 催化剂的组成？主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、

2、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用3、 催化剂的稳定性？指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。4、 物理吸附与化学吸附的主要区别？ 物理吸附： 指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱

3、导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。 化学吸附：指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。5、 何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法？ 能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Brönsted定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是

4、通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。6、 如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸？7、 如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量？就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。8、 如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量？就是在TPD装置上将预先吸

5、附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。9、 简述固体酸催化剂的催化作用机理。固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子

6、，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。 10、 催化裂化反应有哪些规律？（1）新生成的伯正碳离子极不稳定，并迅速转化为仲正碳离子，然后再处断裂，反应继续下去，直至成为不能再断裂的小正碳离子为止，并在反应过程中将H+ 传给催化剂变成烯烃。（2）烯烃裂化时也首先形成正碳离子，并遵循处断裂原则，生成一个较小的烯烃和一个伯正碳离子，伯正碳离子再重排，裂化为较小的烯烃。（3）环烷烃裂化时形成的正碳离子的机理与烷烃一体，但由于存在大量仲碳离子和叔碳离子，所以环烷烃的反应能力很高，并能生成各种与烯烃裂化类似的产品，同时还存在一定的芳烃。（4）芳烃裂化时也先形成正碳离子，然后在侧链断裂，而芳环

7、基本上不参加反应。（5）裂化速率按与环所连的碳原子伯、仲、叔顺序和随侧链的长度增加而增加。11、 FCC工艺中三个主要部分的特点？（一）反应 再生系统 新鲜原料经过一系列换热后与回炼油混合，进人加热炉预热到 370 左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷人提升管反应器下部，与来自再生器的高温（约 650700 ）催化剂接触并立即气化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以 78 m/s的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落人沉降器下部，油气排带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进人分馏系统。 积有焦炭的待生催化剂由沉降器进人其下面的汽提段，用过热蒸汽进行汽提以脱除

8、吸附在催化剂表面上的少量油气。待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进人再生器，与来自再生器底部的空气接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度度（密相段温度约650680 ）。再生器维持0.150.25MPa，床层线速约 0.71.0 m/s。再生后的催化剂经淹流管、再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进人旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排人烟囱。（二）分馏系统分馏系统的作用是将反应 再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。由反应 再生系统来的高温油气进人催化分馏塔

9、下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进人分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。（三）吸收 稳定系统从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶解有C3和C4甚至 C2组分。吸收稳定系统的作用就是利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气 ( C2 )、液化气（ C3 、C4）和蒸气压合格的稳定汽油。12、 三反应器催化重整过程中的基本反应有哪些？ 1、加氢-脱氢反应； 2、异构化、环化反应；3、芳构化反应。13、 什么是表面弛豫、Schottky缺陷、Frenkel缺陷、堆垛层错？在金属的表面原子层中，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，使

10、表面相中原子层间距偏离体相内的层间距，即发生了收缩或膨胀，表面相中原子的这种位移称为表面弛豫。当表面层晶格中的一个离子运动到表面，并在扭折位置处结合，这样在原来的晶格位置上就会留下一个空位而形成缺陷，这种缺陷成为Schottky缺陷。如果原来处于正常晶格位置上的离子由于热运动迁移到了晶格间隙，原来的晶格位置也会留下一个空位，结果在晶体中间隙离子与相应的空位一起构成了缺陷，这样的缺陷称为Frenkel缺陷。理想的晶面堆垛中出现错配和误位形成的缺陷称为堆垛层错。14、 简述溢流效应。溢流是指固体催化剂的一个相（给体相）表面上吸附或产生的活性物种（溢流子）向另一个在同样条件下并不能吸附或产生该活性物

11、种的相（受体相）表面上迁移的过程，可以认为是负载型金属催化剂金属和载体相互作用的一种特殊情况。15、 简述“几何结构适应原则”。在多相催化反应中，反应物分子起反应的部分常常只涉及少数原子，催化剂中活性中心也只是由某几个原子所组成的所谓多位体(multiplet)。实现催化反应的基本步骤就是反应分子中起反应的部分与催化剂的多位体之间的作用。这种相互作用不仅能使反应物分子的部分价键发生变形，而且会使部分原子活化，促使新键的生成。常见的多位体有二位体、三位体、四位体、六位体。16、 烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中，CoO的作用是什么？CoO的作用是使MoS2晶体保持分离状态。17、 合成氨工艺

12、流程中，甲烷化的目的是什么？主要的催化活性组分？低变后, 原料中微量的CO和CO2 (< 0.5%) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除。Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni > Co > Fe > Cu > Mn > Cr > V18、 钙钛矿型复合金属氧化物的结构特征？这种复合金属氧化物是结构与钙钛矿CaTiO3类似的一大类化合物，通式为ABO3，其中A：B 配位数为6：6的ABO3复合金属氧化物的结构和实例如表所示；A：B配位数为12：6的ABO3 复合金属氧化物的结构和实例如表19、 以萘氧化反应为例论述金属

13、氧化物催化剂的催化作用机理。萘氧化反应分两步进行：（1）萘与氧化物催化剂反应，萘被氧化，氧化物催化剂被还原；（2）还原了的氧化物催化剂与氧反应恢复到起始状态，在反应过程中催化剂经历了还原氧化循环过程。20、简述氧物种在催化反应中的作用。各种氧物种在催化氧化反应中的反应性能是不一样的，根据氧物种反应性能的不同，可将催化氧化分为两类，一类是经过氧活化过程的亲电氧化，另一类是以烃的活化为第一步的亲核氧化：在第一类中，O2- 和O- 物种是强亲电反应物种，它们进攻有机分子中电子密度最高的部分。对于烯烃，这种亲电加成导致形成过氧化物或环氧化物中间物。在多相氧化条件下，烯烃首先形成饱和醛，芳烃氧化形成相应

14、的酐，在较高的温度下，饱和醛进一步完全氧化。在第二类中，晶格氧离子O2- 是亲核试剂，它是通过亲核加成插入由活化而引起的烃分子缺电子的位置上而导致选择性氧化的。21、 简述乙烯环氧化催化反应的机理。Ag是这一反应的特效催化剂，工业催化剂是负载型银催化剂，含Ag1035，载体是Al2O3、SiO2等，并添加少量Re, Cs, Li等助催化剂。目前为一般所能接受的乙烯环氧化反应的机理（ 乙烯与催化剂表面吸附氧反应生成产物）可表示如下：22、 简述丙烯醛在Mo-V催化剂上的反应机理。23、 均相络合催化剂的特征？ 络合物催化剂是种以过渡金属为中心构成的络合物，处在中心地位的过渡金属原子或离子与配位体

15、原子、分子或离子键合形成络合离子或分子。其物理和化学性质由金属和配位体之间的键的性质及配位体在金属离子周围的几何排列所决定。大多数原子簇的金属骨架是以三角形为骨架的多面体，最常见的有六配位八面体、五配位双三角锥和四配位平面四边形，多核配合物的各个金属原子的配位体和单核配合物的相同，也是多种多样的。24、 金属-配体化学键的成键有哪些形式?（1）由金属提供一个半充满轨道，配体提供一个半充满轨道形成配键；（2）由金属提供一个空轨道，配体提供一个充满轨道形成配键；（3）由金属提供一个充满轨道，配体提供一个空轨道形成配键；（4）金属同时提供一个空轨道和一个充满轨道分别与配体的一个充满轨道和空轨道作用，

16、形成金属配体间的双键。25、 简述络合催化中插入反应和消除反应机理。在各种类型的均相催化反应中，插入反应也是重要的基元反应。所谓插入反应是指反应物种（例如R，其通常预先配位到中心金属上，成为中心金属的一个配位体）插入到中心金属（如M）与另一个原有配位体（如L）的配位键（ML）之间。在最终产物中，如果金属M和配体L都连到同一原子上，则称为1，1加成。如果他们分别连到相邻的两个原子上，则称为1，2加成。消除反应是插入反应的逆反应，还原消除反应在一些均相催化反应中可能是关键步骤。26、 简述-重排过程？由不饱和烃与过渡金属所形成的-络合物一般容易与对应的烷基络合物（络合物）达到平衡。在电子给予体的配

17、体（如膦等碱性化合物）影响下，下式平衡向右移动，在金属和碳之间形成定域的键，能形成-烯丙基，即生成-络合物。在电子接受配体(如Cl-)存在下，则有利于-烯丙基生成，形成络合物。这是因为含碳配位体仅提供一个电子给络合物，而-烯丙基（或-烯烃加氢基）配位体却可为络合物的形成贡献三个电子，所以在电子给予体型或电子接受体型配位体存在时，分别对-络合物或-络合物有利。27、 什么是乙烯齐聚反应？将乙烯通过催化作用转化成为具有偶数碳原子数的C4 C20的烯烃的方法叫乙烯齐聚。28、 羰基化反应及类型？ 以不饱和烃类化合物和CO 、HY（Y = H、-OH、-OR）为原料，在羰基金属配合物的催化作用下，引入

18、羰基到有机物分子中的反应。主要有三类：（1）氢甲酰化反应：Y = H（2）氢羧基化反应：Y = -OH（3）氢酯基化反应：Y = -OR（R = 烷基）29、 Wacker法制乙醛的基本反应过程？Zeise盐的阴离子PtCl3(C2H4)-水解可以得到乙醛。Wacker过程中类似于Zeise盐结构的Pd()-烯配合物产生乙醛，该配合物是由乙烯与PdCl42-进行键合而得：PdCl2在反应体系内存在形式之一是PdCl42-。上述反应得到的Pd()-烯配合物按下列步骤转化为乙醛：30、 简述均相催化反应的特点。 （1）催化剂和反应物组分处于相同物相（大多是液相）的催化反应 （2）反应中间物容易获得

19、和鉴定，催化作用机理比较 清楚 （3）反应条件比较温和，特定选择性高（优点） （4）产物分离困难，催化剂很贵（贵金属活性组分和昂贵的配体）（缺点）31、 环保催化的特点？1、 被处理的气体或液体的浓度很低；2、 被处理的物质往往是催化剂的毒物；3、 催化过程的处理量一般都很大；32、 简述NH3还原法催化脱硫的过程及反应式。 以NH3为还原剂，还原SO2主要用于焦炉煤气的脱硫过程，因为该反应条件适合于还原反应的发生。常用TiO2负载过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu）硫化物作为催化剂，几种过渡金属硫化物催化剂活性顺序为: CoS2-TiO2 > FeS2-TiO2> NiS2-

20、TiO2 > CuS2-TiO2> MnS2-TiO2。硫化物催化剂的反应机理：NH3 首先在过渡金属硫化物上发生分解反应，然后分解的H2 与SO2 反应，紧接着生成H2S 与SO2 发生克劳斯反应： 2NH3N2+3H2 SO2+3H2H2S +2H2O 2H2S+SO21.5S2+2H2O 总反应为： 4NH3 + 3SO2 = 2N2 + 6H2O + 3S 33、 简述催化氧化法脱氮常用催化剂的特性。因燃煤烟气中的NOx 90以上是NO，而NOx脱除的主要困难在于NO难溶于水，气相选择性催化氧化（SCO）是指先将NO氧化成NOx，再用氨水吸收的同时脱硫脱

21、氮的技术。该法的特点是NO的SCO过程能耗低、效率高；氨水可同时吸收NO和SO2，属于化学吸收， NO和SO2能够形成氧化还原反应硫酸铵，因此该技术可实现燃煤烟气同时脱硫脱氮。 34、 简述机动车尾气净化三效催化剂的作用机理。 三效催化法是采用能同时对CO、NOx和碳氢化合物有催化作用的催化剂，如Pt、Rh等为主要活性组分，稀土为助剂，堇青石蜂窝陶瓷为载体的整体式催化剂，利用排气中的CO和碳氢化合物将NOx还原为氮，使排气中三种有害气体大幅度减少。进入发动机的空气与燃料配比（即空燃比）必须控制在14.6±0.25的较狭窄的范围内，以保证较高的净化效率，因此需要在进入催化反应

22、器处安装测定气体中含氧浓度的氧传感器和控制空燃比的自动控制装置。由于燃油是在接近理论空燃比下燃烧，因此发动机的输出功率不会降低，燃料的能量利用率高。35、 简述常见的水污染物及其治理技术。 污染物种类：（1）酚类（如苯酚、甲酚等）（2）芳烃及衍生物（如苯、二甲苯等）（3）氰及腈化物（如乙腈、氰醇等）（4）有机氧化物（如甲醛等）（5）有机氯化物（如多氯联苯等）（6）农药（如有机氯、磷、汞、砷等）几种处理技术：（1）光催化臭氧化（O3/UV）技术 可有效消除氰化物、醇、醛、酚等，污染物可完全降解为CO2和H2O。（2）多相光催化氧化技术 以n型半导体，如TiO2、ZnO、CdS等为催化剂，在 UV

23、作用下，降解有机污染物，如TiO2/UV可有效消除多氯联苯。（3）超临界催化氧化净化技术 超临界水可与氧气或有机物以任意比例互溶，在催化剂的作用下，有机污染物可快速被降解。有均相催化和多相催化。如Pt、Pd /Al2O3催化剂等。（4）湿式催化氧化技术 始于20世界70年代，在传统的湿式氧化技术的基础上发展起来，由于催化剂的作用，反应温度和压力较低，时间较短。36、 什么是光化当量定律和量子产率？在光化学反应中，初期过程是一个光子活化一个反应分子，这被称为光化当量定律。活化一个分子吸收的光成为1光量子。在光化学反应中，量子产率是指参加反应的分子数与被吸收的光量子数之比，即：37、 生物催化剂、

24、底物、酶的活力？生物催化剂一般包括生物酶、整体细胞、催化抗体等。然而大多数情况下生物催化剂主要指酶，它是由细胞产生的具有催化功能的生物大分子。在酶催化反应中，被酶催化的物质叫底物，酶的催化能力常用“酶的活力”表示，酶的活力是指在一定条件下、单位时间内酶催化反应底物转化的量或产物生成的量。38、酶的 绝对专一性？一种酶只催化一种底物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。例如脲酶只能催化尿素水解生成二氧化碳和氨，而对尿素的类似物却均无作用。具有绝对专一性的酶不但对所作用底物的键有严格要求，而且对底物整个分子的化学基团也有同样严格的要求。39、 酶的相对专一性包括哪些？1、键专一性： 酶能够

25、作用于具有相同化学键的一类底物，而不辨识键两侧的基团。如酯酶可以催化所有酯类底物水解生成醇和酸。2、基团专一性： 酶作用于底物时不仅识别特定的化学键，而且还识别键某一侧的基团。例如消化道中胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、胰蛋白酶水解肽键时的选择性。3、区域专一性：指酶对位于同一底物分子中不同位置官能团的选择性。如磷脂酶A2仅水解3-sn-磷脂酰胆碱的2位酯键，而对1位酯键无作用。40、 简述酶和底物的三种结合机理。锁-钥机理：假设酶和底物分别像锁和钥匙一样机械地匹配，底物比酶要小得多，而且酶的结构是刚性的。该机理可解释酶的专一性，但不能解释酶为什么能催化比自身大的底物，也无法说明酶催化可逆

26、反应和酶的相对专一性现象。诱导契合机理：认为酶的活性中心与底物的结构不是刚性互补而是柔性互补，当酶与底物靠近时底物能够诱导酶的构象发生变化，使其活性中心变得与底物的结构互补，就好像手与手套的关系一样，该机理能很好解释酶催化的相对专一性现象。三点附着机理：该机理认为，立体对映的一对手性底物虽然基团相同，但空间排列不同，这就可能出现底物基团与酶分子表面活性中心的结合能否互补的问题，只有三点都互补匹配的特定对映异构体，酶才能互补地与其结合，并发生催化作用。41、 简述酶催化作用的本质。 趋近效应： 普通化学基团在水溶液中与底物分子有一定距离，通过扩散才有相互接近并发生碰撞的机会。而在酶分子中由于活性

27、中心结合部位与底物分子结合形成酶-底物复合物，使催化部位基团与底物可以相互靠近，因此易于发生催化作用。 定向效应： 在酶分子中，由于底物与酶的紧密结合，活性部位的催化基团总是从一个方向趋近底物，因此易于进行催化。 广义酸碱催化： 酸碱催化是化学催化中最常见的类型，从广义酸碱理论，质子供体和质子受体分别等于酸和碱。酶活性中心的氨基、羧基、巯基、酚羟基和咪唑基等都可作为酸或碱，对底物进行催化加快反应速率。例如组氨酸残基的咪唑基，不仅在中性溶液中同时以广义酸碱两种形式存在，而且供给和接受质子的速度十分迅速，因此在酶催化中的作用极为重要。 底物形变： 酶的诱导契合机理指出了底物诱导酶的构象改变，研究表

28、明酶和底物的结合是相互诱导契合的动态过程，不仅酶的构象发生改变，底物分子的构象也发生变化，酶使底物中的敏感键发生“张力”甚至“变形”，从而使敏感键更容易断裂，加速反应进行。 共价催化：某些酶增强反应速率是通过和底物以共价键形成不稳定的中间物，使能阈降低，反应加快。42、如何用均匀沉淀法制备催化剂? 该法首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个非常均匀的体系，然后调节沉淀操作的温度等条件，进而改变沉淀体系的 pH 值，在沉淀体系中逐渐生成沉淀，并使沉淀缓慢进行，从而制得颗粒大小十分均匀、而且比较纯净的沉淀物。43、 待沉淀盐类和沉淀淀剂的选择原则?待沉淀盐类：首选的是各类金属硝酸盐，因为绝

29、大部分硝酸盐都可溶于水，这样配制沉淀溶液时较方便，对沉淀反应比较有利。某些金属的甲酸盐和草酸盐也是常选的盐类，但价格相对较贵。贵金属的盐类常为氯化物，因其硝酸盐较少，沉淀后的氯离子也容易被水洗干净。沉淀剂：应选择沉淀后容易分解、挥发和较易洗涤干净的沉淀剂，如氨水、尿素、碳酸铵等铵盐、碳酸钠等碳酸盐、氢氧化钠等碱金属盐类，这样才能制备出纯度较高的催化剂。另外，形成的沉淀物应便于过滤和洗涤，避免形成非晶型沉淀。同时，沉淀物的溶解度愈小愈好，这样沉淀反应完全，可减少原料的浪费。44、 如何用等体积浸渍法制备催化剂? 将多孔载体与它正好可吸附体积的浸渍液相浸渍，由于浸渍溶液的体积与载体的微孔体积相当，浸渍后浸渍溶液恰好浸渍载体而无过剩，无需过滤等单元操作。等体积浸渍法制备催化剂时，能精确调节负载量。45、 如何制备骨架(雷尼)镍催化剂?首先制出熔炼Ni-Al或Ni-Si合金，然后以NaOH溶液溶出Al或Si组分，剩下的Ni使成为类似于海绵的多孔骨架结构，这种金属镍骨架催化剂对于加氢脱氢具有极高的催化活性，同时镍不易脱落。因此，骨架镍催化剂在食品和医药等精细化学品中间体的加氢反应中应用很广。46、 干燥与焙烧的异同点?干燥是固体催化剂的脱水过程，通常在较低的温度下进行。虽然干燥主要是一个物理过程，但