2012秋硕士催化化学试题A

华中师范大学2012–2013学年第一学期硕士研究生期末考试试卷（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．“催化剂”这一名词历史上是谁于何年最早提出的？A，拉瓦锡，1836年；B，贝采利乌斯，1936年；C，奥斯特瓦尔德，1906年2．催化剂能加快化学反应速度，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，因而加快了反应速度；C，它改变了反应机理，因而降低了活化能。3．以下说法哪个是正确的？A，N-型半导体禁带区内有一个受主能级，靠近满带；B，N-型半导体禁带区内有一个受主能级，靠近导带；C.P-型半导体禁带区内有一个受主能级，靠近满带.院（系）：专业：年级：学生姓名：学号：-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------4.今需苯加氢生成环己烷和苯催化燃烧两种催化剂，较好的选择分别是A，Pt催化剂和ZnO；B，ZnO和Al2O3；C，Pt和Pt。5.用硝酸铝水溶液和氨水沉淀法制备催化剂时，提高盐溶液浓度,通常可导致催化剂表面积：A，升高；B，降低C，无变化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．下列哪类催化剂最有可能催化：CH4+CO2=CO+H2A，Al2O3催化剂；B，金属Ni催化剂C，ZSM-5分子筛催化剂。8．欲表征固体催化剂的表面组成和价态，选用下列那台设备最佳？A，原子吸收光谱；B，XPS（X-射线光电子能谱）；C，红外光谱。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，核磁共振仪；B，EXAFS(延伸X-射线精细结构分析)；C，XRD（X-射线衍射）。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。第1页(共4页)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．本证半导体氧化物可作为氧化还原反应的催化剂。（F）12.乙醇脱水反应可用贵金属催化剂。（）13.丙烷催化燃烧可用P型半导体氧化物催化剂。（）14.某有机化学反应遵循负碳离子反应机理，因此可考虑选用碱性催化剂。（R）15．目前工业合成氨催化剂主要由Fe,K2O,Al2O3三种成分构成。（R）16．朗格缪尔吸附等温方程适用于大孔固体中的物理吸附。（）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TiCl4--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．汽油催化重整反应常用催化剂为Pt-Re/SiO2。（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．流化床反应器通常选用___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_____在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__反___反应，不改变化学反应的____平衡______位置.24．催化剂中本身具有催化活性的成分称为__活性__组分,.少量助催化剂的加入可明显改善催化剂的性能,载体往往发挥支撑、分散、粘合的作用。-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------25．吡啶吸附红外光谱法常用于区别固体酸催化剂的酸中心种类，1450cm-1附近的吸收峰对应L酸中心，而1540cm-1附近的吸收峰对应B酸中心.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。第2页(共4页)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。29.在反应器中进行下述多相催化反应：A–〉B–〉C如欲得较高B的产率，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.-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------俄得分评阅人五．分析题：（共3题，每题8分，共24分）30．用分子筛催化机理解释下图中实验结果，反应为苯加丙烯—〉异丙苯，用La3+,Mg2+，Ba2+离子分别交换Y型分子筛做催化剂。已知：离子La3+Mg2+Ba2+离子半径(nm)0.1180.0750.138解答：经交换引入分子筛中的离子半径越小和/或电荷越高，烃类分子在分子筛上吸附时就越容易被诱导成正碳离子。因本题所述反应属正碳离子反应机理，因此用离子半径居中但电荷最高的La3+交换时，分子筛的活性最高；用电荷较低且离子半径最大的Ba2+交换时，分子筛的活性最低。用离子半径最小，但电荷也较低的Mg2+交换时，分子筛的活性居中。第3页(共4页)31．有下述平行反应：设两个反应都是一级反应。生成B1的反应速率常数为k1,活化能为E1;生成B2的反应速率常数为k2,活化能为E2;若欲提高B1的相对选择性，所用催化剂对两个反应的活化能值E1和E2应有怎样的关系？在这种情况下，低温还是高温对提高B1的相对选择性有利？试论述之。-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第4页(共4页)32．今欲通过下述两个反应(反应温度：250-300oC)CH3OH===CO+2H2CO+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SiO2;Cu-ZnO-Al2O3;Ni/Al2O3;哪个可以同时催化上述两个反应,为什么？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。