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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除催化化学复习题名词解释或简答题1. 催化剂作用答: “催化剂能加快化学反应速度，但它本身并不因化学反应的结果而消耗，它也不会改变反应的最终热力学平衡位置。2.活性位（active site）答：在催化剂中真正起催化作用的那部分原子或原子集团。如质子、配位络合物、表面原子簇等。一般用“*”表示。3. 转换频率（Turnover Frequency）答：单位时间内单位活性位上转化反应分子(底物)的数目4. 选择性（Selectivity）答：Selectivity (%) = （转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量）1005. 均相催化
2、（homogeneous catalysis）答: 所有反应物和催化剂分子分散在一个相中，如均相酸碱催化、均相络合催化。6. 多相催化（heterogeneous catalysis）答: 催化剂与反应物处于不同的相，催化剂和反应物有相界面将其隔开。如气-液、液-液、液-固、气-固、气-液-固。7. 酶催化（enzyme catalysis）答: 兼有均相催化和多相催化的一些特性。酶是胶体大小的蛋白质分子，它小到足以与所有反应物一起分散在一个相中，但又大到足以论及它表面上的许多活性部位。8. 选择中毒答: 一个催化剂中毒后，可能失去对某一反应的催化能力，但对别的催化反应仍有催化活性，这种现象称
3、为选择中毒。9载体作用答：载体有多种功能，如高表面积、多孔性、稳定性、双功能活性和活性组分的调变以及改进催化剂的机械强度等。最重要的功能是分散活性组分,作为活性组分的基底，使活性组分保持高的表面积。常用的载体材料主要为高熔点氧化物、粘土和活性炭等。10. 多位催化理论答：催化剂晶体晶格的空间结构（分布和间距）与反应分子将发生变化的那一部分结构呈几何对应关系，则被吸附的分子易被活化而参与化学反应，这就是多位催化理论，也称为几何对应原理。11. 活性组分答：活性组分对催化剂的活性起着主要作用，没有它，催化反应几乎不发生。构成活性组分的主要有：金属、半导体氧化物和硫化物、绝缘体氧化物和硫化物等。12
4、.催化裂化答：催化裂化是指石油的高沸点馏份（重质油）在催化剂存在下裂化为汽油、柴油和裂化气的过程。13. 催化重整答：催化重整是指在催化剂存在下使原油蒸馏所得的轻质油馏份转变为富含芳烃的高辛烷值汽油并副产液化石油气和氢气的过程，这过程包括异构化、环化脱氢等反应。14. 加氢处理答：加氢处理是加氢除去石油馏份中的S，N和O的过程，主要应用于催化重整和催化裂化的原料的脱硫和脱氢以利进一步加工。15. 非定位吸附答：一个分子一旦落在固体表面上，它在表面停留的部分时间内，可沿着表面移动或束缚在一个特定的部位上。如果分隔吸附部位的势垒低，或者与吸附质分子的平均热能相比可以忽略不计，在这种情况，没有势垒妨
5、碍吸附质子沿着表面自由地转换，这种吸附称为非定位吸附。16. 烧结答：粉状或粒状物料经加热至一定温度范围而固结的过程称为烧结。17. 简述多相催化反应过程包括的五个过程答：（1）反应物向催化剂表面扩散；（2）反应物在催化剂表面上吸附；（3）被吸附的反应物在表面上迁移、化学重排和反应；（4）产物由催化剂表面上脱附；（5）产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。18. 在估量一个催化剂的工业价值时，哪三个因素最重要？考虑的顺序是什么？答：它们分别是活性（activity）、选择性（selectivity）和寿命（lifetime）。考虑的顺序：第一位是选择性，第二位寿命，最后才是活性。19. 催
6、化剂成分主要由哪几个部分构成，它们各起什么作用是什么？答：催化剂成分主要由活性组分，载体和助催化剂三部分构成，它们所起作用分别描述如下：活性组分对催化剂的活性起着主要作用，没有它，催化反应几乎不发生。载体有多种功能，最重要的功能是分散活性组分，作为活性组分的基底，使活性组分保持高的表面积。助催化剂本身对某一反应没有活性或活性很小，但加入它后，能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性。20. 简述活性组分在载体上的分布情况答:（1）一定大小的活性组分的晶粒按不同均匀程度分散在载体上；（2）活性组分呈“积雪状”堆积在载体上；（3）活性组分以近于原子态呈簇状或筏状分散在载体上。21. 简述化学吸附
7、的单层与物理吸附的单层的不同之处答：化学吸附的单层吸附量，即为占领吸附剂的所有吸附部分所需的吸附质的量，而吸附质的吸附部位则是由吸附剂的结构和吸附物的化学性质所决定的。物理吸附的单层吸附量，则是分子以密集排列的形式，以完全的单层分子遮盖表面所需的吸附质的量。22. 简述晶体结构的缺陷，并说明它们产生的原因答：所有结构基元完整的周期排列的晶体不能存在，真实的晶体有各种各样的不完整性存在，称之为晶体结构的缺陷。它们产生的原因有多种，例如，正常占有晶格部位的原子被换到其它部位或者填隙的位置；存在某些空位；晶体的部分沿着晶面相对于别的部分位移等等。23. 简述边界层理论的成功之处。答: （1）它提出了
8、在氧化物上的化学吸附在许多情况下涉及到氧化物的缺陷，所以伴随着化学吸附，氧化物的半导性将按可以预言的方向变化（2）它说明消耗性化学吸附的吸附量是限的，而累积性化学吸附实际上能进行到形成一个单层。（3）作为上一点的延伸，人们可以预期，p弄氧化物和n型氧化物对特定的催化反应会表现出显著的差别.24. 如何确定半导体氧化物为n型或p型？答：n型氧化物的电导由导带中的电子数决定，而p型氧化物的电导则由价带中的正穴数决定。基于这个原理，可以用下述方法确定非计量氧化物是n型和p型。将氧化物置于一定压力的氧气氛中，并测量氧化物的电导随氧气压的变化，如果电导s随氧气压力增加而增加，则此氧化物为p型，相反则为n
9、型。25. 吸附热随遮盖率而下降的原因曾提出了三种解释, 请说明是哪三种解释。.答: 为了说明吸附热随遮盖率增加而下降的现象，提出了三种解释，分别是（1）表面不均匀性；（2）吸附种之间的相互作用；（3）使用固体中不同的电子能级。26. 化学吸附时，双方电子重新分配的结果可能有几种情况?答: （1）双方共享电子，组成共价键。（2）双方电负性差别较大，组成离子键。（3）双方电负性略有差别，形成极性键。27. 什么是定位吸附？答：一个分子一旦落在固体表面上，它在表面停留的部分时间内，可沿着表面移动或束缚在一个特定的部位上。如果分隔吸附部分的势垒高度大于吸附质分子的相应的自由度的平均热能，则吸附质分子
10、不能逸出“势能阱”，这样吸附就是定位的，称为定位吸附。28. 简述为了说明吸附热随遮盖率而下降的原因曾经提出了三种解释答:（1）表面不均匀性；（2）吸附种之间的相互作用；（3）使用固体中不同的电子能级。29. 简述干燥速度对活性组分在载体颗粒中分布的影响答：如果干燥速度太慢，在弯液面上蒸发，弯液面后退到孔的内部，在此过程有些溶质沉积在孔壁，但大部分溶质浓集于孔的深部，最终盐的结晶局限在孔的底部或颗粒的中心。当干燥速度太快，则有一温度梯度，在孔中深部的蒸发迫使溶液向外部移动，大部分结晶沉积在那里。30. 工业固体催化剂在使用前和使用中会受到的机械应力，它们大致有哪几种？答：（1）运输过程中的磨损
11、，催化剂颗粒与容器壁接触磨擦所致。（2）催化剂装入反应器时的碰撞冲击，工业上往下倾倒催化剂可能使它破碎。（3）由于在活化和再生过程中发生相变而致的催化剂内应力。（4）由于流体流动，压力降，催化剂床重量和温度的循环变化而致的外应力。（5）移动床或流化床中，颗粒和颗粒之间，颗粒和反应器壁或内构件间的碰撞和摩擦。31. 制备Pt/g-Al2O3催化剂时，采用什么方法可使Pt更多地分散在载体的孔内，并简述其制备原理？答：采用竞争吸附的方法来制备，因为氯铂酸吸附很快，其扩散进载体孔内是速率控制步骤，通过将盐酸加入氯铂酸溶液中，利用盐酸与氯铂酸对载体吸附部位的竞争性吸附，从而驱使铂深入颗粒内部，从而达到制
12、备目的催化剂。32. 请简述Raney镍催化剂的制备方法其过程答：制备采用浸取法，其制备过程为：将Ni 与Al制成Ni-Al合金并磨碎，再用碱液（20% NaOH）浸出其中的Al，接着用蒸馏水洗去碱液，最后得到的Raney 镍贮存在蒸馏水中备用。33. 脉冲反应器适用的研究范围有哪些？答：（1）新鲜催化剂对一次脉冲的响应可给出有关活性、选择性以及反应物与洁净催化剂相互作用情况的信息。（2）毒物滴定。（3）用同位素示踪原子进行的机理性研究。（4）若用较长的催化剂床，可以利用“色谱柱反应器”的色谱分离作用。（5）暂态应答。34. 延长催化剂寿命的方法主要有哪些？答：（1）解决催化剂组分的挥发、烧结
13、等问题。（2）选择最适宜的载体，若选择导热性好的载体，可防止局部过热及机械损耗。（3）对负载金属催化剂，在制备过程中注意金属组分的分散度，若过分分散，则耐毒性差，且易失活。（4）反应器传热要好，用多段催化剂床使各段催化剂床负荷均匀，使温峰低。（5）燃料纯化。35. 简述实用活性测试的目的答：（1）筛选催化剂，评价其优劣；（2）制备参数的优化；（3）确定过程参数，以确定催化剂的最佳操作区域；（4）失活研究；（5）失效催化剂的诊断；（6）催化剂产品质量检验36. 在煅烧中发生哪几个过程？答:（1）失去化学键合的水或二氧化碳；（2）改变孔径分布；（3）形成活性相；（4）调整固体表面，使达到所要求的状
14、态；（5）稳定机械性质。37. 简述催化剂使用过程中要测定的沉积物。答:（1）灰秋其它碎屑。 （2）从反应物料中来的毒物。 （3）从反应物料来的金属污染。（4）结焦。38. 简述金属催化剂的毒物的种类答：（1）第一类是V族和VI族元素的具有未共享电子对的非金属化合物，毒性的程度取决于空的价轨或未共享电子对的可利用性。（2）第二类是金属离子，这些金属离子具有已占用的d轨，并且d轨上有与金属催化剂的空轨键合的电子。（3）第三类是不饱和化合物，由于它分子中的不饱和键能提供电子与金属催化剂的d轨成键，使催化剂中毒。39. 简述金属污染的危害答: 有机金属化合物吸附于催化剂表面，接着分解成高度分散的金属
15、，它封闭了催化剂的表面部位于孔，使其活性下降。更大的危害是这些高度分散的金属杂质自身的催化活性，它的脱氢活性导致结焦的加快生成，而在再生过程中这些金属氧化，它们的氧化物起氧化催化剂的作用，导致过分大的燃烧速率，造成催化剂烧结。40. 简述解决金属污染的办法答: 一是用化学或吸附处理，以除去加工用原料中的卟啉，保护催化剂。另一是在加工用原料中添加物，它沉积在催化剂表面，与金属杂质形成合金，从而使后者钝化。综合题：1. 在用0.5mmol的金属锰配合物催化8.16g 25%双氧水氧化4.1g环己烯的环氧化反应中, 假设在反应3h后, 双氧水转化了90 %, 可生成3.675g环氧环己烷（C6H10
16、O）、0.49g环己烯醇（C6H10O）和0.12g环己烯酮（C6H8O）三种氧化产物。在忽略环己烯聚合和挥发损失的情况下，试计算反应后残余的环己烯量、环己烯的摩尔转化率、催化剂基于环己烯的转化频率（单位h-1）、环氧环己烷的选择性和双氧水的有效利用率（设生成一分子环氧环己烷或环己烯醇均消耗一分子双氧水；而生成一分子环己烯酮消耗二分子双氧水）？答：(1) 环己烯剩余量=环己烯的加入量-环己烯的消耗量= (4.1/ 82 3.675 / 98 - 0.49 / 98 - 0.12 / 96) = 0.00625 mol = 6.25 mmol。 (2) 环己烯的摩尔转化率(%) = (环己烯加入
17、量-环己烯剩余量) / 环己烯加入量 100% = (4.1 / 82 0.00625) / (4.1/ 82)100% = 87.5 %。 (3)转换频率 =环己烯消耗量(mmol)/(催化剂锰含量(mmol)反应时间(h) = (50-6.25)/(0.53)=29.17 h-1。(4) 环氧环己烷的选择性(%) = 环氧环己烷的生成量(mmol) / 环己烯消耗量(mmol) 100% = (3.675 / 98)/( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 0.12 / 96)100% = (37.5/43.75) 100% =85.71% (5) 双氧水的有效利用率(%) =
18、 双氧水有效消耗量/ 双氧水的实际消耗量100% = (环氧环己烷 + 环己烯醇 + 2环己烯酮) /(8.1625%)/34 90%100% = ( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 2(0.12 / 96)/0.108 100%=(45.00/54.00)100%=83.3%2.用Hg-He法测某催化剂重量W = 4g时, 若已知容器容积V = 60.00cm3, 测定充He和充汞体积分别为VHe = 59.5cm3和VHg = 59cm3。求该催化剂的骨架密度r骨架、颗粒密度r颗粒、孔容V孔、比孔容Vp和孔隙率q?解: (1) 由 r骨架 = W / (V-VHe) = 4
19、/(60.00-59.5) = 8 g / cm3 （2） r颗粒 = W / (V-VHg) = 4/ (60.00-59.00) = 4 g / cm3 (3) V孔 = VHe- VHg = 59.50-59.00 =0.50 cm3(4) Vp = (VHe- VHg)/ W = (59.5-59.00)/4 =0.125 cm3 / g (5) q = (VHe- VHg) / (V-VHg) = (59.50-59. 00)/ (60.00-59.00) = 0.5 3.工业上生产环氧乙烷是用空气氧化乙烯来实现，通常使用的催化剂为Ag / a-Al2O3。请你说明催化剂Ag / a
20、-Al2O3中各组分所起的作用，以及选择的理由。若此催化反应是在固定床上进行， 在反应乙烯累积进样量为500 mol后，累计获得了325 mol 环氧乙烷， 25 mol 二氧化碳，残余乙烯为60 mol. 请计算此反应乙烯的转化率, 环氧乙烷的选择性解: 催化剂中Ag 为催化活性组分， a-Al2O3作载体。 由于乙烯空气氧化制环氧乙烷反应中，存在中间氧化产物环氧乙烷进一步氧化生成二氧化碳的副反应.，如果选用氧化活性非常高活性金属,则易发生深度氧化副反应。因此，在此催化反应中，一般选用氧化活性比较弱的Ag作为活性组分；此外，选用比表面积很小的a-Al2O3作载体, 通过降低Ag活性组分在载体上的分散度来进一步降低Ag的氧化活性，从而达到进一步抑制深度氧化副反应, 提高中间氧化产物环氧乙烷的选择性。乙烯的转化率 (%) = (500-60)/500100% = 88.0 %环氧乙烷的选择性(%) =325/ (500-60) 100% =73.9 %【精品文档】第 5 页