催化原理复习题

《催化原理》复习题一．填空1.“催化作用”一词最早是由瑞典化学家Berzelius于1836年提出的。2．气体在固体表面的吸附可分为两类：化学吸附和物理吸附。化学吸附类似于化学反应，吸附后，反应物分子与催化剂表面原子之间形成化学键，组成表面络合物。在多相催化过程中，化学吸附是个重要的阶段，催化过程之所以能加快反应速度，一般来说，是由于反应物在催化剂表面上发生化学吸附，从而降低反应活化能，加快了反应速度3．高活性催化剂常易被外来分子污染而中毒，那些具有孤对电子的分子，如氨、磷化氢、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等分子能与催化剂表面形成共价键，因此这些分子是毒性很强的毒物。4．一个好的固体催化剂必须具有活性；选择性；寿命和价值.5．分子筛的基本结构单元是硅氧四面体。硅原子在四面体的中心，氧占据四面体的顶点。四面体中的硅原子可被铝原子取代，便成为铝氧四面体。6．催化剂的“三性”指的是活性；稳定性；流动性。7．一个真实的晶体总有一种或多种结构上的缺陷。晶格缺陷主要有点缺陷；线缺陷；面缺陷内部缺陷的存在将会引起晶格的畸变还会引起附加能的出现。8.美国人泰勒于1925年首先提出了活性中心理论，其出发点即催化剂失去活性这一实验事实。他认为催化剂的表面是不均匀的，位于催化剂表面微型晶体的棱和顶角处的原子具有不饱合的键，因而形成了活性中心，催化反应只发生在这一活性中心。10.X射线衍射技术是揭示晶体内部原子排列状况最有力的工具，它在物质结构研究中具有特殊的作用。在催化剂研究中，它主要用于物相鉴定、物相分析及晶胞参数的测定，由它可以获得许多有用的结构信息。11.研究金属化学键的理论方法有三：能带理论、价键理论和配位场理论，各自从不同的角度来说明金属化学键的特征，每一种理论都提供了一些有用的概念。三种理论，都可用特定的参量与金属的化学吸附和催化性能相关联，它们是相辅相成的。12.根据国际酶分类和命名法委员会的规定，酶的名称由“底物名”和“反应形式”加“酶”字而成，这样，通过酶的名称就可以直观地知道，何种化合物承受何种反应。13.催化反应中存在两个以上的反应，由于内扩散效应的存在，催化剂的宏观结构将直接影响到每个反应速率的相对值，亦即直接影响到反应的选择性。利用物理传质过程的规律，可以设法控制催化剂的宏观结构以提高目的产物的选择性。14.对于两个互不相关的平行反应，动力学研究表明，有内扩散存在时的选择性与无内扩散时的不同。如果主反应的速率常数大于副反应，则主反应更易受到内扩散影响而导致选择性降低。因为主反应表面利用2率的降低要比副反应表面利用率的降低快得多。此时应采用大孔结构的催化剂。15.对于同一种起始物质的平行反应，如果两个反应级数相同，由于两个竞争反应在催化剂孔内每一点以相同的相对速率进行，它们受同样的扩散影响，因而选择性与孔结构无关。然而当两个竞争反应的级数不同时，则选择性与孔的大小有关。在孔中反应物分压的下降，对这两个竞争反应速率的影响不同。对级数高的影响大，对级数低的影响小。二．名词解释16．HLB值:用一个相对的值即HLB值来表示表面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：HLB值=[亲水基质量/(亲水基质量+憎水基质量)]×100/517．分子筛:分子筛是一种具有立方晶格的硅酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比其直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，因而能把直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。18．超临界流体:若物质的热力学状态处在临界点以上，物质就处在超临界状态，称为超临界流体19．金属催化剂的电子逸出功φ:金属表面电子移到外界所需的最小功（最低能量）20．点缺陷:空位：离子从其正常位置移到表面。填隙原子：某离子进入空隙，正常位空着。外来原子或离子置换了原来原子或离子。21．固体酸:能给出质子or接受电子的固体.B酸：给出质子.L酸：非质子酸（接受电子）22．d特性百分数23．堆积密度:当用量筒测量催化剂的体积时，所得到的密度成为堆积密度会堆密度。24．SMSI效应:当金属负载于可还原的金属氧化物载体上，高温下还原导致降低金属对H2化学吸附和反应能力.25．催化剂孔隙率:每克催化剂内孔体积与催化剂颗粒体积（不包括颗粒之间的空隙体积）之比,以θ表示,θ=(1/p颗-1/p真)/1/p颗三．简答题26．简述催化剂的组成。活性组分：金属半导体氧化物或硫化物绝缘体氧化物或硫化物,功能：活性.助催化剂：金属、非金属等。功能：1、载体：结构、活性阻抑、活性促进。2、活性组分：电子的、形态的、中毒。载体：高熔点氧化物粘土、炭功能：高表面、多孔性、稳定性、双功能、活性组分的调变。27．沉淀法制备催化剂的影响因素有哪些？3①浓度的影响：沉淀在较稀溶液中进行，有利于晶体长大；过饱和度不太大时（α=1.5-2.0）可得到完整晶体）②温度的影响：高温有利二度结晶，也有利晶体的长大（熟化过程）③加料顺序的影响：顺加法，沉淀剂加到金属盐溶液中易产生先后沉淀；逆加法，金属盐溶液加到沉淀剂中，沉淀过程pH变量；并加法，盐溶液和沉淀剂按比例加到沉淀槽中，工艺操作稳定。④pH值影响28．浸渍法制备固体催化剂时，浸渍液配制的原则是什么？1.一般用活性组分化合物应该是易溶于水的，活性组分金属的易溶盐配成溶液，在焙烧时能分解成所需的活性组分2.必须使无用组分在热分解或还原过程中挥发出去3.浓度必须控制恰当a.过浓：不易渗透；在载体上分布不均；易得到较粗金属晶粒b.过稀：一次浸渍达不到要求负载量，要采用反复多次.c.所需浓度:α=Vp·C/（1＋Vp·C）×100%其中：C—浸渍浓度Vp—载体的比孔容α—活性组分的含量29．在多组分催化剂中载体起哪些作用？试扼要叙述之。载体是固体催化剂所特有的组分。载体在催化剂中的作用：提供有效表面和适合的孔结构；维持活性组分高分散度；增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定形状；改善催化剂传导性；减少活性组分的含量；提供附加活性中心；提高催化剂的热稳定性。30．制备固体催化剂为何需要高温煅烧？制备固体催化剂，一般在干燥以后，都需经高温焙烧，其目的主要有三:（1）除掉易挥发的组分，保留一定化学组成，从而使催化剂具有稳定活性。（2）使催化剂保持一定的晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面.(3）提高催化剂的机械强度。31．简述酶催化反应的特点A．活性大它表示酶分子中一个活性中心在一分钟内使底物转换的分子数。和其他类似的催化剂的相比，不知要大多少倍，有的甚至要大好几个数量级。B．酶的专一性很强。酶催化的专一性(specificity):是指酶对它所催化的反应及其底物具有的严格的选择性。通常一种酶只能催化一种或一类化学反应C．反应条件温和，一般均在室温、常压下进行。D．可自动调节活性E．同时具有均相和多相的特点：酶本身是成胶态分散溶解的，接近于均相；但反应却是从反应物在其表面上积聚开始的，所以又和多相反应相仿。32．催化作用的特征有哪些？①只能加速热力学上可行的反应②只加速反应趋于平衡，而不改变平衡的位置③通过改变反应历程改变反应速度④降低反应活化能⑤催化剂对反应具有选择性⑥催化剂的寿命33．物理吸附与化学吸附的区别是什么？具有如下特点的吸附称为物理吸附：1.吸附力是由固体和气体分子之间的vanderWaals引力产生的，一般比较弱。2.吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个kJ/mol以下。3.吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当然吸附量会有所不同。4.吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快5.吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的6.吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升高而变快。总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成与破坏，也没有原子重排等具有如下特点的吸附称为化学吸附：1.吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。2.吸附热较高，接近于化学反应热，一般在42kJ/mol以上。3.吸附有选择性，固体表面的活性4位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然4.吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸5.吸附是单分子层的。6.吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加快。总之：化学吸附相当与吸附剂表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可见光谱中会出现新的特征吸收带。34．沸石分子筛的结构特点有哪些？合成分子筛的主要影响因素？结构特点：结构单元逐级堆砌而成1、基本结构单元：以Si和Al原子为中心的正四面体2、环结构：硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥形成；3、笼结构：二级结构通过氧桥相互联接，形成三维空间的多面体结构4、分子筛结构：不同结构的笼在通过氧桥互相联接形成各种不同结构的分子筛35．氧化铝水合物（羟基化物）经脱水而产生L酸中心及碱中心，此L酸中心很容易吸水变为B酸中心。请指出L酸中心及碱中心，B酸中心及碱中心。36．下面方框图是典型沉淀法的生产工艺，请填充方框内的操作单元。37．下图是CO的吸附热与金属在元素周期表中位置变化趋势，根据此图你能得到什么结论？金属左-右吸附热下降①原子序数升高，d空穴下降，吸附热下降②VIII1、VIII2族，吸附强度适中，AlHOOHOH+AlHOOHOH+.....-H2OAlOHOAlOHO-H2OAlOAlO+O-AlOAlOor++O2-+H2OAlOAlOO-OH+HOOOO吸附热kJ/mol周期表族数ⅣBⅤBⅥBⅦBⅧ1Ⅷ2Ⅷ3ⅠB60050040030020010005吸附热变化不大③化学吸附热与金属在周期表中的位置有关④化学吸附热与自由原子的电子结构有联系38.JCPDS卡片是国际粉未衍射标准联合会编的《粉末衍射卡片集》，该可以提供比索引上列出的更多的物质粉末衍射方面的信息。下图是氯化钠的衍射数据卡，请说出图中9个数字区域所代表的意思。（1）组号和卡片号；（2）三个最强的衍射线；（3）具有最低衍射角的衍射线位置和强度；（4）化学式和物质名称；（5）所用衍射方法及相关资料；（6）晶体学数据；（7）光学及其他数据；（8）与样品有关的资料；（9）衍射数据。衍射强度表示为I1的百分数，I1是衍射图上最强衍射线的强度.39.表面性质采用哪些技术进行表征？SEM(扫描电子显微镜)和TEM(透射电子显微镜)用来进行表面形貌分析STM(扫描隧道显微镜)和AFM（原子力显微镜）观察样品表面形貌和结构LEED(低能电子衍射)分析单晶的表面结构XPS(X射线光电子能谱)、AES(俄歇电子能谱)、ISS(粒子散射谱)、SIMS(次级离子质谱)等用来进表面成分分析。UPS(紫外光电子能谱)、HREELS(高分辨电子能量散射谱)、IR(红外光谱)、Raman光谱研究表面键合40.体相性质采用哪些技术进行表征？XRD研究体相结构41.催化剂宏观结构与性能包括哪些方面？催化剂的宏观性质包括：活性，选择性，催化剂密度，颗粒形状和尺寸，比表面积，孔结构，孔径分布，堆积密度等实验上可测定的量。