工业催化答案完整版

第一章催化剂基本知识1、名词解释（1）活性：催化剂使原料转化的速率，工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间内转化原料反应物的数量来表示，如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千克数。（2）选择性：目的产物在总产物中的比例，实质上是反应系统中目的反应与副反应间反应速度竞争的表现。（3）寿命：指催化剂的有效使用期限。（4）均相催化反应：催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。（5）氧化还原型机理的催化反应：催化剂与反应物分子间发生单个电子的转移，从而形成活性物种。（6）络合催化机理的反应：反应物分子与催化剂间配位作用而使反应物分子活化。（7）（额外补充）什么是络合催化剂？答：一般是过渡金属络合物、过渡金属有机化合物。（8）反应途径：反应物发生化学反应生成产物的路径。（9）催化循环：催化剂参与了反应过程，但经历了几个反应组成的循环过程后，催化剂又恢复到初始态，反应物变成产物，此循环过程为催化循环。（10）线速度：反应气体在反应条件下，通过催化床层自由体积的的速率。（11）空白试验：在反应条件下，不填充催化床，通入原料气，检查有无壁效应，是否存在非催化反应。（12）催化剂颗粒的等价直径：催化剂颗粒是不规则的，如果把催化剂颗粒等效成球体，那么该球体的直径就是等价直径。（13）接触时间：在反应条件下的反应气体，通过催化剂层中的自由空间所需要的时间。（14）初级离子：内部具有紧密结构的原始粒子。（15）次级粒子：初级粒子以较弱的附着力聚集而成-----造成固体催化剂的细孔。2.叙述催化作用的基本特征，并说明催化剂参加反应后为什么会改变反应速度？①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。②催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数）。③催化剂对反应具有选择性。④催化剂的寿命。催化剂之所以能够加速化学反应趋于热力学平衡点，是由于它为反应物分子提供了一条轻易进行的反应途径。3.从反应途径说明什么是催化循环？催化剂是一种化学物质，他借助于反应物间的相互作用而起催化作用，在完成催化的一次反应后，又恢复到原来的化学状态，因而能循环不断地起催化作用。催化剂暂时的介入反应，在反应物系的始态和终态间架起了新的通道，从而改变了反应的某种不稳定的活性中间络合物，后者再继续反应生成产物和恢复成原来的催化剂。这样不断循环起作用。4.说明催化科学的特点和催化剂和催化过程在化工生产中的效果？应用催化的方法，既能提高反应速率，又能对反应方向进行控制，且催化剂原则上是不消耗的。效果：更新原料路线，采用更廉价原料，革新工艺流程，促进新工艺过程的开发；缓和工艺操作条件，打到节能降耗的目的；开发新产品，提高产品收率，改善产品质量；消除环境污染或开发从原料到产品的整个化工过程，对资源的有效利用以及污染控制的环境有友好的“绿色催化工艺”等。5.说明均相催化反应和非均相催化反应各有何优缺点？均相催化优点：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；因其作用机理较清楚明晰，易于精心设计调配研究和把握。缺点：稳定性差，与产物分离困难。非均相催化剂的最大优点是容易从反应体系中分离出来,这是相对于均相催化剂而言的.缺点则是催化效率不如均相催化剂,反应也不如均相催化剂容易控制.6.催化剂的作用有几个方面？①提高反应速率②控制反应方向7·典型催化反应分哪几种类型？工业催化剂是如何分类的?1）按催化体系分均相、非均相和酶催化反应2）按催化反应类型分类分为加氢反应，氧化反应，裂解反应，聚合反应，水合反应等等。3）按催化反应机理分酸碱反应和氧化还原反应.工业催化剂：化肥催化剂，炼油催化剂，石油催化剂8·固体催化剂的组成成分主要有哪些?固体催化剂的组成包括主催化剂、助催化剂和载体.9.分别说明什么是助催化剂和载体？他们各自有哪些类型？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。载体是催化活性组分的分散剂、黏合物和支撑体，使负载活性组分的骨架。2）助催化剂类型：结构性助催化剂电子型助催化剂调变型助催化剂扩散型助催化剂毒化型助催化剂载体的类型：低比表面积载体有刚玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉等高比表面积载体有氧化铝、铁矾土、白土、氧化镁、硅胶、活性炭等10.简述载体的功能，如何理解其中的助催化剂及其催化作用？功能：1.提供有效的表面和孔结构2.维持活性组分高度分散是载体最重要的功能之一3.增强催化剂的机械强度4.改善催化剂的传导性5.减少活性组分含量6.载体提供附加的活性中心7.活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用11.催化剂的纹理构造即表面积和孔结构与反应系统的特征有关。表面积与孔结构通过什么途径来调节？催化剂的表面积与孔结构可由制备方法与条件来调节12.催化剂的物理性状有哪些？催化剂的密度定义有几种?怎样测定？孔结构机械强度比表面积：指每克催化剂的表面积空隙率：指催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比表观密度：即包括催化剂颗粒中的孔隙容积时，该颗粒的密度堆积密度：是对催化剂反应床层而言。即当催化剂自由地进入反应器中时，包括床层中的自由空间，每单位体积反应器中催化剂得到质量。13简述多相催化的反应步骤，说明外、内扩散与内、外扩散的系数1）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散2）反应物分子在催化剂内表面上吸附3）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4）反应产物自催化剂内表面脱附5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去外扩散与外扩散系数扩散阻力：催化剂颗粒周围的滞留层扩散动力：催化剂颗粒外表面和气流层之间的浓度梯度Fick定律：通量=DE(CH-CS)通量----反应物3分子通过滞留层的通量；DE----外扩散系数；CH----气流层中反应物浓度；Cs----催化剂颗粒外表面处的反应物浓度。外扩散速率的大小与流体的流速、催化剂颗粒粒径及传质介质的密度、粘度等有关。内扩散与内扩散系数D扩散动力：催化剂颗粒外表面和孔内之间的浓度梯度Fick定律:通量=DI（Cs-CI）DI--内扩散系数；CI--催化剂颗粒孔内的反应物浓度；Cs---催化剂颗粒外表面处的反应物浓度。14.说明宏观动力学与本征动力学方程的区别？有扩散影响的动力学方程，称为宏观动力学方程无扩散影响的动力学方程，成为本征动力学方程第二章吸附与催化1、名词解释（1）定位吸附：吸附物从一个吸附中心向另一吸附中心转移需克服能垒。当吸附物不具有此能垒能量时不能向另一吸附中心转移，即为定位吸附。（2）解离吸附：吸附质分子在吸附剂上吸附时解离成原子或自由基的吸附。（3）活化吸附与非活化吸附：非活化吸附，没有活化能或者活化能很小，是“快化学吸附”活化吸附，有活化能，“慢化学吸附”（4）均匀吸附与非均匀吸附：均匀吸附，催化剂表面上的原子或者分子能量相同，形成相同吸附键能的吸附活性位。非均匀吸附，催化剂表面上的原子或者分子能量不同，形成不同吸附键能的吸附活性位。（5）吸附态：在催化荆表面上吸附的分子，与其表面分子间形成吸附键，构成分子的吸附态。2.根据氧的几种吸附态说明催化剂的选择性？A．在过渡金属上，氧以分子态吸附，使之生锈M+O2-----MO2B.在过渡金属氧化物上（+e）（+e）（2e-）O2（g）------O2（吸附）--------（02-）------2（O-）-----2（O2-）（1）O2（吸附）为分子吸附态，（2）02-为分子离子或离子基吸附态（3）O-为离子吸附态，（4）02-为晶格氧O2在催化剂表面化学吸附后的形状、电极、几构不同而形成四种。。。吸附态，得到不同产物，因此催化剂具有选择性3.什么是σ-π配键，形成需要什么条件，它的主要作用是什么？条件:A．金属具有空的d轨道（接受π电子）B．金属有可供反馈的d电子提供给π轨道C．金属与被吸附分子对称性匹配作用：双键活化。一般的单键σ键,双键和三键中分别有一个和两个π键。二键和三键与单键相比，除了σ键外，多出的都是π键4.双键活化主要靠什么途径，需要什么条件?双键的活化可以通过端点碳原子的σ键型活化，也可以通过大π键型活化。条件：烯烃分子中有一个满的成键π轨道，还有一个空的π*反键轨道5.氢在过渡金属及其氧化物表面上有几种吸附态，有何特征（无论何种吸附，都有负氢离子）?6、何为物理吸附和化学吸附，两者有哪些主要区别？写出氧的物理吸附态和化学吸附态。物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，此力也称作范德华力。由于范德华力存在于任何两分子间，所以物理吸附可以发生在任何固体表面上。化学吸附是吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。区别：物理吸附是借助分子间力。吸附力弱，吸附热小，且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生。化学吸附与一般的化学反应相似，是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性特征，吸附热大，一般是不可逆的。氧的化学吸附态：7、吸附等温线有6种类型。给出Langmuir吸附等温方程。Langmuir吸附等温方程：写作或8、说明BET关系式在催化剂的比表面的测试中的应用，简述表面积测定的原理。第三章酸碱催化剂1.超强酸：固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度，则称为超强酸。B酸：能够给出质子的物质。L酸：能够接受电子对的物质H0：酸强度（给出质子的能力或者接受电子对的能力）函数正碳离子：是带有正电荷的含碳离子。一类重要的活性中间体，可用R3C+表示（R为烷基）。润载型固体酸：由液体酸附与固体载体构成。静电场学说：静电场模型认为：阳离子在分子筛晶体表面会引起静电场，能够促进烃类分子极化冰造成半离子对，从而利于正碳离子性反应。2.完整描述催化剂酸碱性质包括哪几方面，分别对催化剂活性、选择性有哪些影响？三方面：1.类型：属于B酸、B碱、还是L酸、L碱。2.浓度：酸中心的数量，以单位重量催化剂所含酸的毫摩尔数或单位表面积上酸中心数目表示。3.强度：酸强度对B酸来说是给出质子的能力，对L酸来说是接受电子对的能力。影响：1.随催化剂脱水程度的增加，L酸中心数目增加，但脱水到一定程度活性开始下降。2.酸强度增加，反应活性提高3.大多数酸催化反应活性与酸浓度呈线性关系。3.酸碱的定义有几种，酸碱的种类对催化作用有何影响？如何检验酸的种类？四种定义：1.酸碱电离理论2.酸碱质子理论3.软硬酸碱理论4.酸碱电子理论酸碱种类不同，酸碱中心类型、强度、浓度都不同，对催化剂的活性有影响。用红外光谱法或核磁共振法检验酸的种类。4.分子筛具有酸性吗？为什么？具有酸性；分子筛的酸性不是产生H+的能力强弱，而是指路易斯酸性，即有低能量的空轨道，如Si和Al，在它们形成化合物后还存在3d空轨道，它们都体现路易斯路易斯酸性。空轨道的能量越低，酸性越强。5.氧化铝有几种晶型？它们都有酸催化作用吗？1)ρ-氧化铝，?2)χ-氧化铝，3)κ一氧化铝，4)η一氧化铝，5)γ一氧化铝，6)δ-氧化铝7)θ-氧化铝，8)α一氧化铝。3).5).6).7)都有酸催化作用6.说明氧化物和混合氧化物酸中心的来源。单氧化物酸中心来源：?IA、ⅡA族元素的氧化物常表现出碱性质，而ⅢA和过渡金属氧化物却常呈现酸性质。ⅢA和过渡金属氧化物经过热处理后具有了酸中心。混合氧化物酸中心的来源来源：当两种氧化物形成复合物是，两种正电荷元素的配位数维持不变；主组分氧化物的负电荷元素（氧）和配位数（指氧的键合数），对二元氧化物中所有的氧维持相同。由价数不同或配位数不同的两种氧化物组成的混合氧化物可形成两个酸中心。7.采用SiO2-MgO或SiO2-Al2O3混合氧化物为某反应的催化剂，若该反应要求H0-4,或反应要求H02，是根据其酸强度分布图，说明应选何种催化剂，为什么？没有酸强度分布图，所以不好回答，具体只有参考课本66页有相关涉及资料糊弄一下吧。8.简述怎样测定酸强度和酸浓度。酸强度测定：胺滴定法：选用一种适合的pKa指示剂（碱），吸附与固体酸表面上，它的颜色将给出该酸的强度。滴定时