工业催化复习纲要

1、复习纲要题型：选择题（30分）、填空（20分）、判断（10分）、简答（20）、简单推导（20分）第一章 绪论1、催化剂只能改变化学反应的反应速率，不能改变化学反应的平衡状态。2、合成氨使用的催化剂为Fe催化剂。3、CO+H2合成甲醇使用的催化剂有Cu-Zn-Al、Cu-Cr催化剂。4、费托合成使用Fe-Co-Ni催化剂。5、催化反应分为均相催化、多相催化、酶催化三类。6、固体催化剂由主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体四部分组成。7、配合物催化剂由主催化剂（中心原子或配合物），助催化剂（配体或配合物）组成8、酶由酶蛋白和辅基（辅酶）组成，大体相当于主催化剂和助催化剂，但是，两者分别存在时，均无活

2、性。 9、催化剂的特点：1）可改变反应路径：路径改变，相应的能垒发生改变；2）可改变速率：速率可增大，也可降低；如果正反应速率增大（或减小），则逆反应的速率也增大（或减小）；3）反应前后本身不发生质的改变；4）总反应的不变；5）催化剂具有选择性；6）催化剂具有一定的活化温度；7）催化剂具有专一性；8）催化剂具有高效性（可能中毒）10、催化剂的稳定性包括耐热稳定性、抗毒稳定性、催化组分的流失。11、解释催化剂的堆密度、颗粒密度、真密度。12、解释催化剂的转化数（turnover）：单位活性中心在单位时间内进行转化的反应分子数。第二章 催化作用与催化剂1、 什么是催化剂？IUPAC的定义：催化剂是

3、一类增加反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。2、 催化反应种类均相催化、非均相催化（多相催化）、酶催化3、 催化剂的种类均相、多相、酶催化剂4、 催化剂的化学组成a) 固体催化剂：主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体b) 配合物催化剂：主催化剂（中心原子），助催化剂（配体）或主催化剂和助催化剂均是配合物c) 酶催化剂：酶=酶蛋白+辅基（辅酶），大体相当于主催化剂和助催化剂，但是，两者分别存在时，均无活性。 5、 催化剂的特点a) 可改变反应路径：路径改变，相应的能垒发生改变b) 可改变速率：速率可增大，也可降低，如果正反应速率增大（或减小），则逆反应的速率也增大（或减小）c) 反应前后

4、本身不发生质的改变d) 总反应的不变e) 催化剂具有选择性f) 催化剂具有一定的寿命g) 催化剂具有一定的活化温度h) 催化剂具有专一性i) 催化剂具有高效性（可能中毒）其中三个指标最重要：活性、选择性、稳定性（寿命）研究中，开发新工艺和催化剂时首先追求高活性，其次是高选择性，最后才是稳定性；对现行流程和催化剂改进时，首先追求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。6、 载体的功能载体时催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。载体分为高比表面积和低比表面积两类。载体不仅关系到催化剂的活性、选择性，还关系到他们的热稳定性和机械强度，关系到催化过程的传递特性。7、 助催化剂分类按作

5、用机理不同分为：结构型和电子型。结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。电子型助催化剂的作用是改变主催化剂的电子结构，促进催化活性及选择性。助催化剂除促进活性组分的功能外，也可以促进载体功能。8、 共催化剂与助催化剂有什么区别？共催化剂：就是有至少两个不同的活性中心，缺少任何一个中心都不能显示出好的活性，但放在一起活性就能迅速增加，也就是11 > 2。一般翻译为co-catalyst 。 助催化剂：主要是改变催化剂的催化能力的。它可以改变催化剂对反应的催化效果，但它本身对反应没有什么活性。最主要的是即使没有它的加入，那个主催化剂也能有一定的活性，只是催化能力稍

6、差。其翻译一般认为是Promoter。两者都可提高催化剂的催化能力。 9、 载体的功能1）提供有效的表面和适宜的孔结构。维持活性组分高度分散是载体最重要的功能之一，能对抗烧结与和催化剂微粒的聚并。2）增强催化剂的机械强度。机械强度指载体抗磨损、抗冲击、抗重力、抗压和适应温变、相变的能力。即能耐受颗粒之间、颗粒与气流之间、器壁之间的磨损，运输、装填时的冲击与静压，温变、相变时的应力，结焦时的膨胀应力等3）改善催化剂的传导性：要求载体具有大热容、良好导热性，避免局部过热使催化剂烧结、失活、设备损坏、副反应等4）减少活性组分的含量：A）可减少贵金属的使用量；B）降低微晶的烧结与聚结5）载体提供附加的

7、活性中心。一般载体是无催化活性的，如有活性，若引发副反应则必须处理；如有活性，也尽可能促使目的反应朝有利方向进行。某些载体具有载体效应，即载体能提高催化剂的活性。6）活性组分与载体之间可能存在溢流现象和强相互作用。10、 什么是比活性？它有何特点？答：催化剂单位表面积的活性称为比活性。，其中k为催化反应速率常数，S为表面积或活性表面积。催化剂的比活性只取决于它的化学组成与结构，而与其表面大小无关。用其数值可以比较不同催化剂的催化能力。11、 什么是转化率、选择性、收率及计算。参见教材27页和例题2-1！。12、 工业催化剂的稳定性包括热稳定性、化学稳定性和机械稳定性三方面。13、 什么是均相催

8、化及其优缺点答：均相催化指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其它组分形成均匀物相的催化反应体系。优点：不管是反应原料还是催化剂都以独立的分子形态存在而分散，因此易于表征，获得原位反应过程的信息，可信度高，可用于对反应机理做出比较确切的描述。此外其反应性能单一，具有特定的选择性、反应条件温和，有利于节能，易于精心设计调配研究。缺点：稳定性差、与产物分离困难。第三章 吸附作与多相催化14、 具有对称性的图形，能够经过一种以上而不改变任意两点间隔距离的动作使之复原。复原调动可以基于点、线、面，称其为对称单元。15、 对称操作有简单与复杂两大类，简单操作有例反、反映、旋转和平移。复杂操作时简单操作的

9、组合。16、 简单立方晶面的标记17、 FCC（立方密堆结构）具有最高填充分数。18、 晶格缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三类19、 常见点缺陷有：空位、填隙、替位；常见线缺陷有：刃型位错（也称刃位错、棱位错）、螺旋位错；常见面缺陷有：晶界、堆垛间界（堆垛层错）。20、 多相催化反应的步骤a） 反应物分子从气流主体向催化剂表面和孔内扩散；b） 反应物分子在催化剂内表面上吸附；c） 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；d） 反应产物自催化剂内表面脱附；e） 反应产物从孔内扩散出催化剂并扩散到反应气流主体中。21、 物理吸附与化学吸附的区别1）物理吸附特点：分子间力

10、、弱、；可逆；无选择性；分子量越大越容易发生2）化学吸附特点：类似化学反应；遵从热力学与动力学规律；有选择性；一般不可逆；吸附热大；需要达到活化能垒；单分子层吸附；有饱和性22、 吸附等温线分类：经验型、理论型23、 简单的Langmuir吸附等温式的模型内容及推导、化简模型内容：吸附剂表面是均匀的；吸附的分子间无相互作用；每个吸附分子占据一个吸附位；吸附是单分子层的；吸附是达到平衡的。推导见课本44页。24、 解离吸附的Langmuir等温式推导及化简：见课本45页25、 竞争吸附的Langmuir等温式推导及化简：见课本45页26、 分子吸附在催化剂表面上，与其表面原子形成吸附键，构成分子

11、的吸附态。吸附键类型有共价键、配位键、离子键。27、 分子在金属表面吸附时，有些分子必须先自身解离，成为有自由价的基团后才能吸附成键。而具有孤对电子或p电子的分子，可以非解离的化学吸附吸附，通过相关的分子轨道再进行杂化。28、 金属对气体分子化学吸附强度的顺序为：O2>C2H2>C2H4>CO>H2>CO2>N2.29、 当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相这种现象称为吸附现象。被吸附的气体称为吸附质。吸附气体的固体称为吸附剂。吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为吸附态。吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。30、 当固体表面上的

12、气体浓度由于吸附而增加，称为吸附过程。气体浓度在表面上减少的过程，则称为脱附过程。当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变，这样的状态称为吸附平衡。31、 化学吸附的强度用摩尔分子吸附热来度量。32、 测定比表面积常用的是吸附法，它又可分为化学吸附法和物理吸附法。化学吸附法是通过吸附质对多组份固体催化剂进行选择吸附而测定各组份的表面积。物理吸附法是通过吸附质对多孔物质进行非选择性吸附来测定比表面积。33、 BET方程法测定的是催化剂的总表面积。通常是总表面中的一部分才有活性，这部分叫活性表面。利用化学吸附有选择性的特点可测定活性表面积。34、 物理吸附与化学吸附

13、的比较 物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层单层或多层单层选择性无有选择热效应性无较小，近于液化热较大，近于化学反应热吸附速度较快，不受温度影响，不需活化能较慢，温度升高速度加快，需活化能35、 半导体氧化物上化学吸附的特点半导体氧化物特点：阳离子氧化数可变、吸附发生时，伴随电子在其表面与吸附质之间的传递。能加速以电子转移为特征的氧化、加氢和脱氢等反应。36、 导电率随氧化气氛而增加称为氧化型半导体，是p型半导体，即正离子缺失，依靠空穴导电。电导率随还原气氛而增加称为还原型半导体，是n型半导体，即n型半导体依靠电子导电；导电类型随气氛中氧分压的大小而成p型或n型半导体称为两性

14、半导体。 37、 本征半导体：不含杂质，具有理想的完整的晶体结构具有电子和空穴两种载流体。38、 费米能级Ef 本征半导体，Ef 在满带和导带之间；N型半导体，Ef 在施主能级和导带之间；P型半导体，Ef 在受主能级和满带之间。39、 活性组分在载体上可以以（1）保单层；（2）逊单层；（3）多层形式存在40、 重构是表面原子寻求新的平衡位置的一种结构变化现象，它不仅改变原子间的键角，而且选择对称性和配位数也发生改变。弛豫与重构常常相伴发生.第四章 各类催化剂及其催化作用41、 酸碱催化剂是石油化工中使用最多的催化剂，其催化作用是通过质子转移得以实现的。42、 凡是能给出质子或者接受电子对的物质

15、称为酸(B酸或L酸)，凡是能接受质子或者给出电子对的物质称为碱(B碱或L碱) 43、 固体酸中心类型：B酸中心和L酸中心两类44、 固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度，则称为超强酸。固体超强酸分为含卤素和不含卤素两大类。45、 离子交换树脂分类：网络型、凝胶型，其使用温度分别为420K和390K。阴离子交换树脂的最高使用温度在340-370K之间。46、 分子筛按孔道大小划分为：a） 微孔分子筛：孔道尺寸小于2 nmb） 介孔分子筛：孔道尺寸250 nmc） 大孔分子筛：孔道尺寸大于50 nm47、 A型主要成分是硅铝酸盐，孔径为 4Å（1Å=10-10 米），称为 4

16、A（又称钠A型）分子筛；用Ca2+交换4A分子筛中的Na+，形成5Å的孔径，即为5A（又称钙A型）分子筛；用K + 交换4A分子筛的Na+，形成3Å的孔径，即为3A（又称钾A型）分子筛。48、 分子筛的三种结构层次a） 第一结构层次：硅氧四面体（SiO4）、铝氧四面体（AlO4）b） 第二结构层次（环）：相邻的四面体由氧连接成环c） 第三结构层次：这些氧环上的原子并不一定在同一平面，随着条件改变，会在多种形状间转换，因此形成三维空间上的多面体，这些多面体就是第三结构层次。这些多面体有中空的笼。49、 导致择形催化选择性的两种机理：a） 质量传递选择性：参与反应的分子扩散系数

17、有差别导致；b） 过渡态选择性：空间对过渡态的限制50、 A型分子筛的最大窗孔为八元环，而X型和Y型的最大窗孔为十二元环。高硅型分子筛的最大窗孔为10元环。51、 四类择形催化：反应物的择形催化、产物的择形催化、过渡状态限制的择形催化、分子交通控制择形催化。a） 反应物的择形催化：当反应化合物中的某些分子过大而不能扩散进入催化剂孔腔内，只有那些直径小于内孔径的分子才能进入内孔，在催化活性部位进行催化反应。b） 产物的择形催化：当产物混合物中的某些分子过大，难以从分子筛催化剂的内孔窗口扩散出来，成为观测到的产物，就形成了产物的择形选择性。c） 过渡状态限制的择形催化：有些反应，其反应物分子和产物

18、分子都不受催化剂窗口孔径扩散的限制，只是由于需要内孔或笼腔有较大的空间，才能形成相应的过渡状态，不然就受到限制，使该反应无法进行，反之，有些反应只需要较小空间的过渡状态，就不受这种限制，这就构成了限制过渡态的择形催化。d） 分子交通控制的择形催化：在具有两种不同形状和大小的孔道分子筛中，反应物分子可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位，进行催化反应，而产物分子则从另一孔道扩散出去，尽可能地减少逆扩散，从而增大反应速率。52、 非晶态催化剂特点a） 热力学上不稳定或亚稳定；b） 短程有序：10-9范围内有序；c） 长程无序；d） 易于调整组成。第五章 环境保护催化与环境友好催化技术53、

19、 汽车尾气污染物主要有：氮氧化物、CO、碳颗粒54、 COD：化学耗氧量（chemical oxygendemand）。是利用化学氧化剂（如高锰酸钾）将水中可氧化物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）氧化分解，然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量。它和生化需氧量（BOD）一样，是表示水质污染度的重要指标。COD的单位为ppm或毫克升，其值越小，说明水质污染程度越轻。 55、 BOD：（Biochemical Oxygen Demand）：生化需氧量或生化耗氧量(五日化学需氧量)，表示水中有机物在微生物的生化作用下进行氧化分解变为无机物或气体化时所耗水中溶解氧的总数量。56、 温室效应

20、气体有：CO2、CH4、氯氟烃、NO2、其它57、 什么是E因子？生产每千克产物所形成的废弃物量。58、 什么是原子经济性？第七章 新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料59、 茂金属催化剂分类：非桥联型（普通型）、桥联型、限制几何构型。它是单活性中心催化剂，但与Z-N催化剂一样，难以催化烯烃与极性单体的共聚，因为他们亲氧性较强，容易失活。60、 阳离子型二亚胺后过渡金属催化剂的亲氧性弱，因此能催化烯烃与极性单体的共聚。61、 写出常见的几种聚乙烯品种：HDPE（高密度聚乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）第八章 生物催化技

21、术62、 生物催化反应的特征特征一：催化效率极高，是非酶催化的106109倍。特征二：用量少。非酶催化剂：0.1%1%（摩尔比）；酶催化剂：10-4%10-3%（摩尔比）特征三：高度的专一性，分为绝对专一性和相对专一性特征四：条件温和，常温常压、近中性。63、 生物催化剂与化学催化剂的比较 项目生物催化剂化学催化剂催化底物多是大分子复杂底物较简单的纯的化合物反应模式多种催化剂同时作用催化多种反应单一催化剂催化单一化学反应反应条件比较温和相对较苛刻原料生物基质、化工资源以化石资源为主转化效率常温下高效高转化率、可立构专一在高温加压条件下也可高效转化，转化率相对较低对环境的影响环境友好、可持续发展

22、可污染环境也可环境友好64、 按系统命名法，酶分为六类，分别是氧化还原酶 EC1、转移酶 EC2、水解酶EC3、裂解酶EC4、异构酶EC5、连续酶（合成酶）EC665、 按组成生物催化剂分为单纯酶和结合酶。66、 按系统命名法，酶命名的四个数字分别代表如下第九章 工业催化剂的制备与使用67、 沉淀法制备催化剂的过程中，沉淀物的形成包括两个过程：晶核的生成、晶核的长大。68、 沉淀法制备催化剂：借助于沉淀反应，用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转变为难溶化合物。经过分离、洗涤、干燥和焙烧成型或还原等步骤制成催化剂。沉淀法制备催化剂分为：共沉淀、均匀沉淀和分步沉淀三类。叙述三种沉淀法。69、 焙烧的作用或目的：除去化学结合水和挥发性物质，转化成所需的化学成分和化学形态；借助固态反应、互溶和互结晶获得一定的晶型、微晶粒度、孔径和比表面积等；使微晶适当烧结，提高催化剂的强度，还可以通过造孔作用使