硕士催化化学试题2008

华中师范大学2008–2009学年第一学期期末考试试卷（A卷）课程名称催化化学课程编号_________任课教师王峰云题型选择判断填空问答分析总分分值2020201624100得分得分评阅人一、选择题：（共10题，每题2分，共20分）请在正确答案的字母上打钩，如1．1836年，贝采利乌斯在“物理与化学年鉴”发表论文，首次提出如下名词。A，催化剂，催化活性；B，催化剂，催化作用；C，催化剂，催化力2．催化剂能加快化学反应趋于平衡的速度，其主要原因是A，它降低了活化能，因而改变了反应机理，；B，它提高了反应物浓度，因而降低了活化能；C，它改变了反应机理，因而降低了活化能。3．N-型和P-型半导体能带结构中的禁带内均有一个附加能级，它们分别是A，受主能级和施主能级，前者靠近导带而后者靠近满带；B，施主能级和受主能级，前者靠近导带而后者靠近满带；C.施主能级和受主能级，前者靠近满带而后者靠近导带。院（系）：专业：年级：学生姓名：学号：-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第1页(共4页)4.今需环己烷脱氢和环己烷催化燃烧两种催化剂，较好的选择分别是A，过渡金属和N-型半导体氧化物；B，过渡金属和绝缘体氧化物；C，N-型半导体氧化物和P-型半导体氧化物。5.用硝酸铝水溶液和氨水沉淀法制备催化剂时，欲进一步提高催化剂表面积，可以考虑A，提高盐溶液浓度；B，降低盐溶液浓度C，降低氨水浓度6.沉淀法制备催化剂时，为获得较窄的孔分布，最好选泽A，简单沉淀法；B，共沉淀法；C，均匀沉淀法。7．浸渍法制备催化剂时，欲获得蛋壳型催化剂，可选用的方法有A，过量浸渍液，浸充分长的时间；B，等量浸渍液，浸很短时间；C，等量浸渍液，浸充分长的时间。8．欲表征固体催化剂的表面组成和价态，可采用的方法有A，TEM（透射电子显微镜）；B，XPS（X-射线光电子能谱）；C，XRD（X-射线衍射）。9.欲表征固体催化剂的表面结构（如，配位数，键长等），可采用的方法有A，电子探针；B，EXAFS(延伸X-射线精细结构分析)；C，红外光谱。10.BET吸附等温式适用于A,物理吸附，P/P0=0.005-0.035；B，化学吸附,P/P0=0.05-0.35；C，物理吸附,P/P0=0.05-0.35。得分评阅人二、判断题：（共10题，每题2分，共20分）下列说法是否正确？请在括弧内给出答案（对：R；错：F）。11．本征半导体可作为氧化还原反应的催化剂。（F）12.庚烷异构化反应可用金属催化剂。（F）13.丙烷催化燃烧可用酸催化剂。（F）14.某有机化学反应遵循正碳离子反应机理，因此可考虑选用碱性催化剂。（F）15．目前工业合成氨催化剂主要由Fe,Na2O,Al2O3三种成分构成。（F）16．RaneyNi催化剂是由Ni-Al合金制备出来的。（R）17．齐格勒发明的催化剂组成为TiCl3-Al（C2H5）3。，主要用于催化乙烯聚合反应。（F）18．纳塔发明的催化剂组成为TiCl3-Al（C2H5）3。，主要用于催化丙烯聚合反应。（R）19．ZnO是n型半导体氧化物不仅可催化加氢和脱氢反应也能催化氧化反应。（R）20．柴油催化裂化反应所用催化剂为Pt-Re/Al2O3。（F）得分评阅人四．填空题：（共5题，每题4分，共20分）请在下述各题空白处填上正确的内容。21．流化催化裂化催化剂通常选择__球__形状的催化剂，原因是_耐磨损_。22.催化剂是这样一种物质，由于它的存在，使化学反应_趋于平衡_的速度大大加快了，而它本身的_组成和数量__反应前后并没有发生变化.23.催化剂只能加速_热力学_允许的反应.催化剂同时加速_正_反应和_逆_反应，不改变化学反应的_平衡_位置.24．催化剂的活性成分是指催化剂中_本身具有催化活性的_成分。-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第2页(共4页)25．固体酸催化剂的酸中心有两类：_L_酸中心和_B__酸中心.目前能有效区别这两种中心的实验方法是_碱吸附IR法_.得分评阅人三．问答题：（共4题，每题4分，共16分）26.目前用于汽油催化重整反应的催化剂由活性组分，助剂，以及载体三部分构成，请问它们分别是什么物质？各自的主要作用是什么？答：三部分分别是Pt，Re，Al2O3。Pt主要催化脱氢加氢反应，Re起结构组剂作用，防止Pt烧结，Al2O3不仅起载体作用同时提供酸中心，催化异构化，裂化，环化等反应。27．γ-Al2O3催化剂能用于催化甲醇脱水反应，而ZnO不能，为什么？答:甲醇脱水涉及到质子转移，需要酸催化剂催化。γ-Al2O3为酸催化剂能催化此反应，而ZnO为n型半导体催化剂不能催化此反应。28.．在常用的化学反应温度（700oC）下，为什么N-型和P-型半导体氧化物可催化氧化还原反应而本征半导体氧化物不能？答：氧化还原反应涉及到反应物种与催化剂间的电子转移，因此要求催化剂在反应条件下导电。本征半导体的禁带很宽，在通常反应温度下不足以使满带电子跃迁到空带形成导带而导电，因此不能作为氧化还原反应的催化剂。N型和P型半导体因在禁带内都有一个附加能级（分别为施主能级和受主能级），在常用的反应温度（700oC）下，所提供的能量足以使施主能级上的电子跃迁到空带而使in-型半导体导电，使满带中的电子跃迁到受主能级，在满带产生孔穴，从而使p-型半导体导电。因此，n型和p型半导体能催化氧化还原反应。俄29.在反应器中进行下述多相催化反应：A–〉B–〉C如欲得较高产率的C，应该选择孔隙率较高的催化剂或载体还是孔隙率较低的催化剂或载体？催化剂颗粒应该大一点还是小一点？为什么？答：应选孔隙率较高、颗粒较大的催化剂。因孔隙率高往往孔径小因此有利于中间物B在孔内停留更长时间，因而更有利于转化为产物C.催化剂颗粒大，孔就深，B在孔内停留时间就长，因此就更可能转化为产物C.得分评阅人五．分析题：（共3题，每题8分，共24分）30．小张和小李进行催化剂制备比赛。要求用相同的Al2O3载体和硝酸镍原料，用浸渍法制备组成完全相同的Ni/Al2O3负载型催化剂。小李制出的催化剂记为A催化剂，小张制出的催化剂记为B催化剂。在相同条件下对两个催化剂分别进行反应评价。结果发现,用A催化剂时每小时能生成60g产品，而用B催化剂时每小时只能生成10g产品.请问B催化剂的什么性质最有可能导致其总的催化性能较差？这一性质的好坏与催化剂制备工艺各步骤(配液，浸渍，干燥，焙烧，还原)中的还原步骤有很大关系，请问还原温度的高低如何影响这一性质？答：B的活性表面积较A催化剂低，因此导致其总催化性能差。还原温度过低可能会使NiO得不到充分还原，使活性表面积低，而还原温度过高又会使Ni烧结，因而降低活性表面积。-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第3页(共4页)31．老刘制备出一个新催化剂，然后用连续流动式管式反应器评价该催化剂对下述反应的催化性能：CO+1/2O2=CO2反应原料CO和O2分两路各经过流量计（流量计无法准确设定流量）后分别通入混合器，再通入反应器进行反应。用气相色谱仪分析反应器尾气中CO和CO2的浓度（但无法分析O2浓度），再用下式计算CO的转化率XX=CO2/(CO＋CO2)x100%实验考察了不同反应温度（100oC，200oC，300oC，400oC）下CO的转化率。结果发现，各温度下的转化率都为50%，亦即反应温度对转化率没有影响。正常情况下，化学反应的转化率会随反应温度升高而升高。因此本实验结果不合常理，估计这与扩散无关。请分析最可能的原因。答：原因是氧气量不足，只有化学计量要求值的50%（O2/CO=1/4）。因催化剂活性足够高，在200oC时就使O2完全转化，但因O2不足而CO只有50%转化率，即使温度升高，因O2不足CO也只有50%。32．今欲通过下述两个反应CH3OH===CO+H2CO+H2O===CO2+H2结合碱吸附脱除CO2来制备纯氢气。请问下述3个催化剂中Fe2O3-Cr2O3;Cu-ZnO-Al2O3;Ni/Al2O3;哪个可以同时催化上述两个反应,为什么？答：Cu-ZnO-Al2O3可以同时催化上述两个反应。因上述两反应均为脱氢反应，因而可用金属Cu和n型半导体ZnO构成的Cu-ZnO-Al2O3催化剂催化。CO在Ni/Al2O3上解离吸附，此解离吸附会导致产物CO和H2进一步反应生产副产物甲烷和水，因此不能选用。此外，Fe2O3在CO和H2中会被还原为Fe,而Fe会使CO和H2继续反应生成甲烷和水，因此不能选。