工业催化考试大纲

1、工业催化2016什么是催化剂：催化剂是一种能够加速反应速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化的物质。催化作用的四个基本特征是什么？催化剂为什么不能改变反应的平衡位置？催化指标有哪几个?工业生产角度讲指标的重要性顺序怎么样（P29）：（1）催化作用的四个基本特征：催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置催化剂对反应具有选择性催化剂的寿命。（2）在一定的条件下，反应的平衡常数为一定值，催化剂的作用是降低反应所需的活化能，增加活化分子数目，使单位时间内反应的分子数增多，但对正逆反应来说是等效的，故不改变平衡。（3）催

2、化指标：活性、选择性和稳定性。（4）从工业生产的角度来说，可以认为这三种指标的相对重要性，首先是要求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。什么是助催化剂？分为哪几种？以合成氨催化剂举例说明（P32）：（1）助催化剂是加入到催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或者活性很小，但把它加入到催化剂中，可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等，从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命。（2）助催化剂按作用机理的不同，一般分为结构型和电子型两类。（3）合成氨用的铁催化剂，通过加入少量的结构型助催化剂Al2O3使其活性提高，寿命

3、大大延长。其原因是由于Al2O3与活性铁形成了固熔体，有效地阻止了铁的烧结。请说明催化剂载体的功能有哪些（P32）：提供有效的表面和适宜的孔结构增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定的形状改善催化剂的传导性减少活性组分的含量载体提供附加的活性中心活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用。什么是催化剂的活性和选择性？各用什么来表示（P35）：（1）活性是指催化剂影响反应进程变化的程度；催化剂的选择性，是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。（2）催化剂的活性A=aS；选择性s=Y/x（改成：工业催化的几个发展阶段的代表性人物和成果）1）催化概念的诞生 J.J.Berzelius于1836年提出了

4、催化作用概念2）基础化工催化工艺的开发期 1910年Haber和Bosch以Fe为催化剂，用氮气和氢气合成氨 1930年，费-托由水煤气合成液体燃料（Fe,Co,Ni,和Ru）3)炼油和石油化学工业的蓬勃发展时期 1929年法国人E.J.Houdry开发了流化床催化裂化工艺（FCC）4)合成高分子材料工业的兴起 1953年，K.Ziegler发现金属Ni催化制PE5)择形催化与新一代石油炼制工业6)手性催化与制药工业 多相催化反应的一般步骤？物理过程和化学过程分别是哪几步（P47）：反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散（物理）反应物分子在催化剂内表面上吸附（化学）吸附的反应物分子在催化剂表

5、面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应（化学）反应产物自催化剂内表面脱附（化学）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。（物理）物理吸附与化学吸附各有什么特点？什么是吸附等温式（P38）：物理吸附：气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近；气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低，它们越容易液化或凝结，物理吸附量就越大；物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性；可以是单分子层吸附或多分子层吸附；被吸附分子的结构变化不大，不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有

6、位移；固体自溶液中的吸附多是物理吸附。 化学吸附：吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多；吸附热近似等于反应热；吸附是单分子层的；有选择性；对温度和压力具有不可逆性（2）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或称吸附平衡式。如何推导简单的Langmiur吸附等温式？重要假设是什么（P39）：（1）P39:吸附速率：ra=Kap(1-)，脱附速率：rd=Kd，达平衡时=，且K=Ka/Kd，所以=Kp/(1+Kp)（2）吸附剂表面是均匀的；吸附的分子之间无相互作用；每个吸附分子占据一个吸附位，吸附是单分子层的。ZnO和NiO在受热分别会变成什么类型的

7、半导体？为什么？什么类型的半导体易吸附氧和氧化性气体（P45）：（1）ZnO是n型，NiO是p型（2）ZnO在空气中受热时，会失去氧，阳离子氧化数降低，直至变成原子态，导电是依靠Zn原子相结合的电子，因为电子带负电，所以称ZnO为n型半导体，而NiO受热获得氧，阳离子的氧化数升高。（3）p型氧化物气体在金属表面的吸附顺序如何（加上：各类金属对于气体的吸附能力如何？）O2C2H2C2H4COH2CO2N2强吸附的都是过渡金属，其价层有未配对d电子或d空轨道；吸附能力较弱的都是非过渡金属，属于价层为s电子或p电子的金属。布朗斯特(Brnsted)酸、碱和路易斯(Lewis)酸、碱的定义是什么？如何

8、来鉴定（P50）：布朗斯特(Brnsted)酸：能够给出质子的固体；布朗斯特(Brnsted)碱：能够接受质子的固体；路易斯(Lewis)酸：能够接受电子对的固体；路易斯(Lewis)碱的：能够给出电子对的固体。鉴定：研究NH3和吡啶在固体酸表面吸附的红外光谱可以鉴定。什么是B酸强度和L酸强度？如何来检测（P51）：（1）B酸强度是指给出质子的能力，L酸强度是指接受电子对的能力。（2）用指示剂指示的胺滴定法和气态碱吸附、脱附法。什么是超强酸?H0为多少（P59）：（1）固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度（2）H0=-11.9什么是分子筛？其化学组成如何表示？各类分子筛的孔径大小如何（P67

9、）：（1）分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛结构中含有大量结晶水，加热时可汽化除去，故分子筛又称为沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛（2）化学组成Mx/n(AlO2)x.(SiO2)y.ZH2O M为金属阳离子，n为金属阳离子的价数，x为AlO2的分子数，y是SiO2的分子数分子筛的结构构型三种层次是什么（P68）：（加上：分子筛择形催化的类型有哪些？）1)第一个结构层次也就是最基本的结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，它们构成了分子筛的骨架。在分子筛结构中，相邻的四面体由氧桥联接成环，环是分子筛结构的第二个结构层次。氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体

10、，各种各样的多面体是分子筛结构的第三个结构层次。2)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的择形催化四类金属催化剂包括哪几种类型（P77）：块状金属催化剂，分散或负载型的金属催化剂，合金催化剂，金属互化物催化剂，金属簇状物催化剂什么是金属晶体的费米(Fermi)能级（P78）：在绝对零度下，电子成对地从最低能级开始一直向上填充，电子占用的最高能级称为费米能级。金属能带理论中的d空穴是什么意思？价键模型中的 d 特性百分数是什么意思？用什么符号表示？如何解释Ni金属在加氢脱氢反应中表现（P79）：（去掉最后一个问号）（1）d带中某些能级未被充满，可以看作d带中的空穴，称

11、为“d带空穴”（2）杂化轨道中d原子轨道所占的百分数称为d特性百分数，以符号d%表示，它是价键理论用以关联金属催化活性及其他物性的一个特性参数（4）一种催化剂的活性，在很大程度上取决于存在正确的原子空间群晶格，以便聚集反应分子和产物分子。以苯加氢和环己烷脱氢为例，只有原子的排布呈六角形，且原子间距为0.240.28nm的金属才具有催化活性，Ni金属符合这种要求，是良好的催化剂。什么溢流现象？其发生的条件是什么？（1）所谓溢流现象，是指固体催化剂表面的活性中心(原有的活性中心)经吸附产生出一种离子的或自由基的活性物种，他们迁移到其它活性中心上（次级活性中心）的现象。（2）条件：溢流物种发生的主源

12、；接受新物种的受体，它是次级活性中心。造成催化反应结构非敏感性的原因有哪几种？（1）表面再构即表面的细微结构掩盖了（2）提取式的化学吸附（3）活性部位不是位于表面上的金属原子，而是金属原子与基质相互作用形成的金属烷基物种。半导体主要分为哪几类？对于氧活化的催化反应那种半导体合适，为什么（1）本征半导体、n型半导体和p型半导体。（2）p型半导体。原因见3.8.1氧化物表面M=O键的成键方式有哪几种：（P92）金属Co的eg轨道（即dx2-y2与dz2）与O2的孤对电子形成键；金属Co的eg轨道与O2的分子轨道形成键；金属Co的t2g轨道（dxy，dxz，dyz）与O2的*分子轨道形成键。什么是络

13、合催化剂？络合催化的重要特征是什么？关键反应步骤是什么（P102）：（1）络合催化是指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并且使之在配位空间进行催化的过程（2）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）（3）配位不饱和与氧化加成，穿插反应，-氢转移，配位体解离和配位体的交换CO是如何配位活化的？通过-键配位活化。经-键合相互作用后, 总的结果可以看成为配位体的孤对电子,电子(基态)通过金属向配位体自身空*轨道跃迁(激发态)，分子得到活化。Fermi能级与电子逸出功有什么联系？电子逸出功是将一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需的能量，此能量用于克服电子的平均位能，

14、Fermi能级Ef就是这种平均位能，因此从Ef到导带顶的能量差就是逸出功，Ef越高电子逸出越容易。如何选择沉淀剂？最常用的沉淀剂是什么（P197）：（加上：晶核的生成速率和成长速率对晶核大小的影响如何？）（1）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤；沉淀剂的溶解度要大；形成的沉淀物溶解度要小；沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染（2）最常用的是NH4OH和（NH4）2CO3 3)溶液过饱和度增加，晶核生成速率急剧增大，晶体大小增大。 溶液过饱和度增加，晶核长大速率缓慢增大，晶体大小增大。晶核生成速率，长大速率越大，晶核越大焙烧在催化剂制备过程中的作用是什么（P201）：（改成：举例说明沉淀法制备氧化铝的主

15、要步骤）通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质，使其转化成所需的化学成分和化学形态。借助固态反应、互溶和再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，以提高催化剂的机械强度，还可以通过造孔作用使催化剂获得较大的孔隙率。酸中和法制-Al2O3流程纯水+偏铝酸钠溶液+硝酸溶液-中和-过滤-洗涤-干燥-成型-活化-成品对于不同的反应床工业催化剂成型的形状和大小如何确定？（改成：常见的工业催化剂形状有哪些？工业催化剂的成型选择的依据有哪些？）形状有:圆柱状，球状，环状，片状，网状，粉末状，不规则状及条状，碗状，三叶状，车轮状，蜂窝状及膜状。依据:催化反应工艺过程的实际情况，如

16、反应器的类型，操作压力，流速，床层允许的压降，反应动力学及催化剂的物化性能，成型性能和经济因素什么是催化剂的活化？其目的是什么催化剂在制备好以后，往往还要活化；需较高温度的热处理，就是焙烧或在进一步还原、氧化、硫化、羟基化等处理使催化剂转变为活泼态。使钝态催化剂转变为活泼态催化剂的过程就是催化剂的活化。 活化的目的在于使催化剂，特别是催化剂表面形成催化反应所需要的活性结构。浸渍法的优点是什么？举例说明浸渍法制备催化剂的主要步骤有哪些？优点：1.附载组分多数情况下仅仅分布在载体表面上，利用率高、用量少、成本低。2.可以用市售的、已成形的、规格化的载体材料，省去催化剂成型步骤。3.可通过选择适当的

17、载体，为催化剂提供所需物理结构特性，如比表面、孔半径、机械强度、热导率等。4.生产方法简单易行，生产能力高。主要步骤：将载体浸泡在含有活性组分（主、助催化剂组分）的可溶性化合物溶液中，接触一定的时间后除去过剩的溶液，再经干燥、焙烧和活化，即可制得催化剂。（具体例子见P209-210）浸渍法制备催化剂时，活性组分在载体上有那些不同的分布形态？当催化反应存在外扩散控制时，应制备何种分布形态的催化剂 ？（最后一个问号改成：如何选择制备何种分布形态的催化剂）分布形态：均匀型，蛋壳型，蛋白型，蛋黄型。当催化反应存在外扩散控制时，应制备蛋壳型催化剂。催化剂失活的原因有哪些，哪些失活的催化剂可以再生1）中毒

18、；积炭；烧结、挥发与剥落2）暂时性中毒或物理中毒如微孔结构阻塞，积炭的催化剂等。主要组分选择的依据有哪些？对于烯烃加氢反应,d空穴和d%的概念在选择金属组要成分时有哪些应用？催化剂设计参数的四要素是什么活性；选择性；寿命；价格。对许多涉及氧的反应，氧化物催化剂的活性顺序是什么？为什么p型半导体氧化物最活泼，绝缘体次之，n型半导体氧化物最差。什么是空速、堆密度和比孔体积(孔容)？如何测定催化剂的比表面积和孔径停留时间的倒数称为空速；气体空速按反应物气体流量速率计算；液体空速按液体流量速率计算； 堆密度堆:用量筒测量催化剂体积V堆=V隙+V孔+V真比孔体积(孔容)：每克催化剂颗粒内所有孔的体积总和催化剂的比表面积常用吸附法测定。孔径测定，大孔可用光学显微镜直接观察和用压汞法测定，细孔可采用气体吸附法测定。如何消除外扩散限制？什么情况下可以认为已经消除了内扩散