催化化学。。。。(DOC)

第一章催化简史

1、催化剂这一概念历史上最早是由哪个国家的哪位科学家于何年何刊物中正式提出的？答：1836年，瑞典科学家贝采利乌斯（J.J.Berzelius）在《物理学与化学年鉴》中首次提出“催化剂”这一概念。

2、催化剂的本质是什么？它最早由哪个国家的哪位科学家于何年提出？

答：催化剂的本质是降低化学反应的活化能，把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应。在这两个反应中，第一个反应中催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反应前后没有变化。

3、工业合成氨催化剂的主要成分有哪些？历史上由于合成氨催化剂和工业化研究而获得诺贝尔化学奖的科学家是哪个国家的哪两位？

答：工业合成氨催化剂为铁触媒，其主要成分为Fe、Al2O3、K2O，由于合成氨催化剂和工业化研究，德国科学家哈伯（F.Haber）获得1919年诺贝尔化学奖，博什（C.Bosch）获得1931年诺贝尔化学工程、高压设备奖。

4、合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由谁最早发明的？其主要组成为何？

答：合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由德国科学家齐格勒（K.Ziegler）最早发明的，其主要组成为四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al(C2H5)3]。

5、历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是哪个国家

的哪位科学家。他所发明的聚丙烯催化剂的组成为何？

答：历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是意大利科学家纳塔（G.Natta），他所发明的聚丙烯催化剂的组成为三氯化钛-三乙基铝[TiCl3-Al(C2H5)3]。

第二章催化剂与催化作用

1、什么是催化剂？什么是催化作用？催化作用的本质是什么？催化作用的特征主要有哪四个方面？

答：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、数量在反应前后没有发生变化。根据IUPAC于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用，即催化剂加速化学反应的现象。其本质为改变了反应机理，降低了活化能。催化作用的特征主要有：

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催化剂有寿命。

2、均相催化体系、复相催化（或多相催化）体系的真实含义各是什么？

答：均相催化体系是指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其他组分形成均匀物相的催化反应体系；复相催化（多相催化）体系是指催化剂自成一相的催化反应体系。

3、催化剂的活性、选择性、寿命是何含义？活性有哪几种表示方式？各方式如何表示？答：催化剂的活性是催化剂影响反应进程变化的程度。活性的表示方式：

①转化率：反应消耗掉某反应物的量占原反应物总量的百分比；

②时空产率：在给定温度和压力条件下，单位时间、单位体积催化剂上所生成产物的量；

③反应速率常数：单位反应物浓度条件下，单位催化剂上，单位时间生成产物的量；

④转换频率：单位时间，单位活性中心上反应发生的次数。

催化剂的选择性是专门对某一反应起加速作用的性能（定性），是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率（定量）。

催化剂的寿命是指催化剂从开始使用至活性下降到经济上不值得再用的程度所经历的时间。

4、产率和选择性各如何表示？有何差别？

答：产率是反应生成目标产物所消耗的某反应物的量占该反应物进料总量的百分数。表达式为：

Y(产率) = (转化成目的产物的指定反应物的量/指定反应物进料的量)×100%

选择性是所消耗的原料中转化成目的产物的分率。表达式为：

s(选择性) = (转化成目的产物的指定反应物的量/已转化的指定反应物的量)×100%

其差别在于产率指转化成目的产物的指定反应物的量占总的进料量的百分比，而选择性指占已转化反应物的量的百分比。Y = xs，x为转化率：

x (转化率)=(已转化的指定反应物的量/指定反应物进料的量) ×100%

5、从功能来看，固体催化剂通常由哪三部分组成？各部分主要发挥什么作用？

答：固体催化剂通常由活性组分、载体和助催化剂三部分组成。活性组分本身具有催化活性，是催化剂的主要成分；载体是催化活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架，起分散、固定、支撑作用；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，但把它加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等，从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命。

6、催化剂失活通常有哪四个原因？

答：催化剂失活的主要原因有：中毒、积碳、活性成分丢失和烧结。

第三章催化剂的表面吸附和孔扩散

1、采用固体催化剂的多相催化反应，由反应物到产物，主要经过哪几个阶段？

答：主要经过的阶段有：传递-扩散-吸附-表面反应-脱附-扩散-传递。

2、什么是吸附？物理吸附和化学吸附的本质差别是什么？

答：吸附是由于某种力的作用，是物质A附着在物质B表面的过程。物理吸附借助分子间作用力，吸附力弱，吸附热小，是可逆的，无选择性；化学吸附借助于化学键，吸附热大，一般不可逆，有选择性，且为单分子层吸附，具有饱和性。

3、化学吸附有哪几种类型？吸附态是何含义？

答：化学吸附的类型主要有活性吸附和非活性吸附、均匀吸附和非均匀吸附、解离吸附和非

解离吸附。吸附态指被吸附时的形态。

4、吸附等温线是哪两个变量间的关系曲线？主要有哪几种类型？不同类型的吸附等温线与吸附剂孔大小有何对应关系？

答：吸附等温线是压力p与吸附量V之间的关系曲线。基本上可分为五种类型。类型Ⅰ的等温线是一种多微孔固体（孔径≤2 nm），类型Ⅱ和Ⅲ是大孔固体（孔径＞50 nm），类型Ⅳ和Ⅴ属于过渡性孔的固体（孔径为2~50 nm）。

5、什么是吸附等温方程？朗格缪尔吸附等温方程对应于第几种类型的吸附等温线？推导理论吸附等温方程时，朗格缪尔做了哪些假设？针对单一气体非解离吸附过程，朗格缪尔是如何推导的？

答：除吸附剂和吸附质的本性外，吸附能力最重要的影响因素是温度和压力。达到平衡时的气体吸附量称为平衡吸附量，他是吸附物系（包括吸附剂和吸附质）的性质、温度和压力的函数。对于给定的物系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附量与压力的关系称为吸附等温式或吸附平衡式。

朗格缪尔吸附等温方程对应于Ⅰ类型的吸附等温线。

推导理论吸附等温方程时，朗格缪尔做的假设有：吸附剂表面是均匀的，即吸附中心能量相同；吸附的分子之间无相互作用；每个吸附分子占据一个吸附位，吸附是单分子层的。

针对单一气体非解离吸附过程，朗格缪尔推导如下：

吸附速率：r a = k a p(1-θ)

脱附速率：r d = k d p(1-θ)

吸附平衡常数K = k a/k d

平衡时：r a = r d →θ/(1-θ) = Kp→θ= Kp/(1+Kp)

6、推导BET 吸附等温方程式时做了哪些假设？该方程式适用于化学吸附还是物理吸附？具体使用时适用范围还有何限制？

答：推导BET 吸附等温方程式时做的假设有：①固体表面是均匀的，分子吸附、脱附不受其他分子影响；②物理吸附借助于分子间力，被吸附的分子与气相分子之间仍有此种力，故可发生多层吸附，但第一层吸附与以后多层吸附不同，后者与气体的凝聚相似，吸附达平衡时，每一吸附层上的蒸发速率必等于凝聚速率，故能对每层写出相应的吸附平衡式。

该方程式适用于物理吸附。受到的限制有：物理吸附为分子间力，吸附达到平衡时，每个吸附层上的蒸发速度等于凝聚速度。

7、TPD 图中的峰数、峰位置、峰面积各给出何信息？

答：TPD图中的峰数表示吸附中心个数，峰位置表示脱附速率最大时的温度，峰面积表示脱附量大小。

第四章酸碱催化剂及其催化作用

1、什么是酸催化剂？什么是碱催化剂？

答：酸催化剂指活性中心为酸性中心的催化剂；碱催化剂指活性中心为碱性中心的催化剂。

2、工业酸催化剂主要有哪些类型？

答：液体酸：H2SO4、H3PO4、HCl水溶液、醋酸等；

固体酸：①天然黏土类：高岭土、膨润土、活性白土、蒙脱土、天然沸石等；

②担载酸：H2SO4、H3PO4等液体酸浸润于载体上，载体为SiO2、Al2O3、硅

藻土等；

③阳离子交换树脂；

④活性炭在573 K下热处理；

⑤金属氧化物和硫化物：Al2O3、TiO2、V2O5、CdS、ZnS等；

⑥金属盐：MgSO4、ZnSO4、Bi(NO3)3、AlPO4、TiCl3、BaF2等；

⑦复合氧化物：SiO2-Al2O3、MoO3-CoO-Al2O3、杂多酸、合成分子筛等。

3、工业碱催化剂主要有哪些类型？

答：液体碱：NaOH 水溶液、KOH水溶液等；

固体碱：①担载碱：NaOH、KOH浸润于SiO2、Al2O3上；碱金属、碱土金属分散于SiO2、Al2O3、炭、K2CO3上；R3N浸润于Al2O3上；Li2CO3/SiO2等

②阴离子交换树脂；

③活性炭在1173 K下热处理或用N2O、NH3活化；

④金属氧化物：MgO、BaO、Na2O、TiO2等；

⑤金属盐：Na2CO3、K2CO3、CaCO3、(NH4)2CO3、Na2WO4·H2O、KCN等；

⑥复合氧化物：SiO2-MgO、ZrO2-ZnO等；

⑦用碱金属离子或碱土金属离子处理、交换的合成分子筛。

4、酸催化剂主要催化哪些类型的反应？这些反应需酸催化剂的强度顺序如何？

答：主要有异构化、醇类脱水、聚合反应、催化裂解、骨架异构化、烷基化、歧化、酰基化

等，所需酸催化剂的强度逐渐增强。

5、酸碱催化剂所催化反应有何本质共性？

答：酸碱催化剂所催化的反应一般以离子型机理进行，催化过程中以质子转移步骤为特征，有质子转移的反应均可用酸碱催化剂催化。催化剂可同时催化正逆反应（微观可逆性）。

6、酸催化剂所催化反应有何本质特性？为何酸催化剂能催化这类反应？

答：催化剂与反应物作用生成正碳离子中间产物，中间产物与另一反应物作用或自身分解，生成产物并释放H+。L酸与B酸往往催化不同反应。

7、碱催化剂所催化反应有何本质特性？为何碱催化剂能催化这类反应？

答：催化剂与反应物作用生成负碳离子中间产物，中间产物与另一反应物作用或自身分解，生成产物并释放OH-。

8、固体表面酸中心的酸性的强弱可用酸强度函数表示，请给出其定义。

答：定义为：H0 = p K a + lg([B]a/[BH+]a)

其中[B]a和[BH+]a分别表示未解离的碱指示剂和共轭酸的浓度，p K a为共轭酸BH+解离平衡常数的负对数。

9、指示剂法测固体酸中心强度和浓度有何优缺点？

答：优点：简单直观，利用各种不同p K a值的指示剂，就可求得不同强度酸的H0。

缺点：无法区别L酸和B酸；不能观察深色催化剂。

10、哪种测量方法可以区分固体表面L酸和B酸中心？如何判别？

答：IR法（红外光谱法）可以区分固体表面L酸和B酸中心，峰的波数在1540 cm-1左右的为B酸中心，1450 cm-1左右的是L酸中心。

11、哪种测量方法可以同时测得固体表面酸中心强度和浓度以及酸强度分布？如何测量？答：TPD法（程序升温脱附法）可以同时测得固体表面酸中心强度和浓度以及酸强度分布。将预先吸附了某种碱（吸附质）的固体酸（吸附剂或催化剂），在等速升温且通入稳定流速的载气条件下，表面吸附的碱到了一定的温度范围便脱附出来，在吸附柱后用色谱检测器记录碱脱附速率随温度的变化，得TPD曲线。曲线峰的个数可表示酸中心强度，其低温脱附中心与弱酸位对应，高温脱附中心与强酸位对应。通过峰面积可求得酸中心浓度。

12、分子筛催化剂通常是酸催化剂还是碱催化剂？HZSM-5分子筛和活性氧化铝分别催化甲醇脱水生成二甲醚各有何特点？

答：分子筛催化剂通常是酸催化剂。

活性Al2O3具有高比表面积、表面酸性、高催化选择性、优异的热稳定性、高机械强度、良好的颗粒尺寸等特性，在催化甲醇脱水的过程中，其活性中心的恢复需要在高温下进行，因而反应温度对活性Al2O3的催化活性影响较大。同时也存在强酸性位缓慢失活(积碳)、耐水稳定性差等缺陷。

HZSM-5分子筛是一种良好的脱水催化剂，具有优于γ-Al2O3的活性。其具有较强的Bronsted酸性，Si和Al之比在15~25内的HZSM-5分子筛对MTD具有较好的活性和稳定性，催化活性随Si与Al摩尔比的增加而降低，但DME选择性增加。

13、用金属离子交换分子筛，催化剂酸强度与交换金属离子的价态和半径有何关系？答：交换金属离子半径越小，价态越高，其静电场就越强，催化剂酸性就越强，催化活性越高。

14、什么是择形催化？

答：因为分子筛结构中有均匀的小内孔，当反应物和产物的分子线度与晶内孔径相接近时，催化反应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小。这种选择性就称为择形催化选择性。择形催化包括反应物择形催化、产物择形催化、过渡状态限制择形催化和分子交通控制择形催化四种。

15、柴油催化裂化的目的产物是什么？目前用何种催化剂？为什么？

答：石油催化裂化的产物是汽油、柴油等轻质燃料和副产品气体（裂化气）等，目前采用沸石分子筛催化剂和硅酸铝催化剂；柴油裂解的目的产物主要是乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯、乙炔等，目前采用沸石分子筛催化剂和金属氧化物催化剂。其原因在于两者反应机理不同，催化裂化的反应机理是正碳离子机理，而催化裂解的反应机理既包括正碳离子机理，又涉及自由基机理。

16、甲醇脱水生成二甲醚反应为何用酸催化剂？

答：甲醇CH3OH中羟基氧接受催化剂电离出的H+生成盐CH3O+H2，由于氧原子带有正电荷，使得α-碳原子带有更多的正电荷，容易接受另一分子甲醇CH3OH作为亲核试剂进攻，并脱去一份水得到CH3O+(H)CH3，最终脱氢生成二甲醚。

第五章金属催化剂及其催化作用

1、什么是金属催化剂？金属催化剂通常催化哪些类型的化学反应？为什么能催化这些类型的反应？

答：金属催化剂指在反应条件下，催化剂活性中心为零价金属原子或原子集团的催化剂。金属催化剂通常催化的化学反应类型有加氢、脱氢、氢解和氧化。金属催化剂能催化这些反应是因为几乎左右金属催化剂都是过渡金属，其外层电子排布为nd(n+1)s，未成对电子与吸附质未成对电子（s或p）形成化学吸附键，同时其也能提供高密度多种吸附中心。

2、金属催化剂通常分哪几类？过渡金属d空穴、d百分数与其吸收性能有何关系？d百分数多少时催化性能较好？

答：金属催化剂通常分为块状金属催化剂（如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂）、分散或负载型的金属催化剂（如Pt-Re-/η- Al2O3重整催化剂、Ni/ Al2O3加氢催化剂）、合金催化剂（如Cu-Ni合金加氢催化剂）、金属互化物催化剂（如LaNi5可催化合成气转化成烃）、金属簇状催化剂（如Fe3 (CO) 12催化烯烃氢醛化制羰基化合物）。金属的d百分数（d%）越大，相应的d能带中的电子填充越多，d空穴就越少，吸附性能就越低。d%在40%~50%之间催化性能较好。

3、金属催化剂的分散度是何含义？环己烷脱氢反应是否属于结构敏感反应？为什么？答：金属催化剂的分散度指金属在载体上微细的程度，用D表示。D = n s/n t，n s指表面的金属原子，n t指总的金属原子。

环己烷脱氢反应不属于结构敏感反应，因为环己烷活性部位不位于表面上的金属原子，而是金属原子与基质相互作用形成的金属烷基物种，因此对结构的变化、合金化的变化或金属性质的变化敏感性不大。

结构敏感：转换数随分散度、合金程度或中毒变化，涉及C—C、N—N或C—O的断裂或生成的反应；

结构非敏感：涉及H—H、C—H或O—H的断裂或生成。造成结构非敏感原因：表面再构、提取式化学吸附、环己烷脱氢式。

4、重整催化剂由哪些成分组成？各起何作用？

答：重整催化剂由金属组分、酸性组分和担体三部分组成。其中金属组分属于催化剂的活性组分，酸性组分可促进异构化等正碳离子反应，担体本身不具有催化活性，但它具有较大的比表面积和较好的机械强度，能使活性组分很好的分散在其表面，从而更有效的发挥其作用，节省活性组分，同时也提高催化剂稳定性和机械强度。

第六章过渡金属氧化物催化剂及其催化作用

1、过渡金属氧化物催化剂通常能催化哪些类型的化学反应？为什么？

答：过渡金属氧化物催化剂通常能催化氧化还原反应，主要可分为：选择氧化及氧化、氨氧化、氧化脱氢、脱氢、加氢、临氢脱硫、聚合与加成。过渡金属氧化物主要是ⅣB~Ⅷ和ⅠB、ⅡB族氧化物，多由两种或多种氧化物组成，这些氧化物具有半导体性质，且金属阳离子易失去d电子或得到电子。

2、从能带理论看，p型半导体、n型半导体、本征半导体有何区别？为何n型半导体过渡金属氧化物催化剂能吸附大量氢气，而p型半导体过渡金属氧化物催化剂能吸附大量氧气？答：具有电子和空穴两种载流体传导的半导体称为本征半导体，其费米能级E f在禁带中间；p型半导体（如NiO）中空穴产生的附加能级靠近满带，容易接受来自满带的电子，称受主能级，E f在受主能级与满带之间；n型半导体中在靠近导带附近会因为金属阳离子吸引电子形成一附加能级，称施主能级，E f在施主能级与导带之间。

n型半导体（如ZnO）吸附氧气时，氧气与最低空轨道接触，O的电负性大，容易吸电子，在催化温度下，从施主能级拉电子，而施主能级上的电子并不多，因此吸氧量小；而吸收氢气时，氢气与最低空轨道接触，释放电子，被空轨道接受，空轨道上能接受较多电子，故能吸收大量氢气。

p型半导体最低空轨道是受主能级，O从满带拉电子形成O2-，满带中有较多电子，同时满带中形成空穴，电子向空穴定向转移，提高导电性，故能吸收大量氧气；吸收氢气时，其释放的电子被受主能级接受，但受主能级上能接受的电子不多，容易被填满，故吸收氢气的量小。

3、为何说n型半导体过渡金属氧化物催化剂适合催化强加氢反应和弱氧化反应，而p型半导体过渡金属氧化物催化剂适合催化弱加氢反应和强氧化反应？为何本征半导体氧化物不能作为氧化还原反应的催化剂？

答：n型半导体过渡金属氧化物催化剂吸附氧气的量小，且电导率下降；而吸附氢气的量大，电导率升高，因此适合催化强加氢反应和弱氧化反应。p型半导体吸附氧气的量大，且电导率升高；而吸附氢气的量小，电导率下降，因此适合催化弱加氢反应和强氧化反应。本征半导体在一般的催化反应温度下，不足以产生电子的跃迁，故不作为催化剂使用。

4、n型半导体过渡金属氧化物催化剂和p型半导体过渡金属氧化物催化剂的形成各有哪几种方式？

答：n型半导体：1、高温形成含有过量金属原子的非化学计量化合物；2、用高价离子取代晶格中正离子；3、通过向氧化物晶格间隙掺入电负性小的杂质原子。

p型半导体：1、高温形成正离子缺位的非化学计量氧化物；2、用低价正离子取代；3、向晶格掺入电负性大的间隙原子。

第七章催化剂的制备

1、简单沉淀法制备催化剂时，原料浓度、加料方式、加料速度以及沉淀反应温度对最终催化剂的比表面积和孔大小有何影响规律？

答：浓度的影响：获得何种形状的沉淀物取决于形成沉淀的过程中，晶核生成速率与晶核长大速率的相对大小，晶核生成速率与浓度3~4次方成正比，晶核生长速率与浓度1次方成正比。

加料方式的影响：加料顺序可分为“顺加法”、“逆加法”和“并加法（并流）”。将沉淀剂加入到金属盐溶液中称为顺加法；将金属盐溶液加入到沉淀剂中称为逆加法；将盐溶液和沉淀剂同时按比例加入到中和沉淀槽中则称为并加法。当几种金属盐溶液需要沉淀且溶度积各不相同时，顺加法就会发生先后沉淀，这在催化剂制备中要尽量避免。逆加法则在整个沉淀过程中pH是一个变值。为避免上述情况，要维持一定的pH，是整个工艺操作稳定，一般采用并加法，但顺加法及逆加法也又采用。

温度的影响：溶液中溶质数量一定时，升高温度过饱和度降低，使晶核生成速率减小；降低

温度溶液的过饱和度增大，使晶核生成速率增大。当温度低时，溶质分子能量很低，所以晶核生成速率仍很小，随着温度升高，晶核生成速率可达一极大值。继续升高温度，由于过饱和度下降，同时由于溶质分子动能增加过快，不利于形成稳定晶核，因此晶核生成速率又趋于下降。对于晶核生成速率最大时的温度，比晶核长大最快所需的温度低很多，即在低温时有利于晶核生成，而不利于晶核长大，故低温沉淀时一般得到细小的颗粒。

2、与简单沉淀法比均匀沉淀法有何优点？

答：均匀沉淀法是使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，形成一个十分均匀的体系，然后调节温度，使沉淀剂母体加热分解转化为沉淀剂，从而使金属离子产生均匀沉淀。而一般的沉淀法由于溶液在沉淀过程中浓度的变化，或加料流速的波动，或搅拌不均匀，致使过饱和度不一、颗粒粗细不等，乃至介质情况的变化引起晶型的改变。

3、负载型催化剂通常用何种方法制备？给出该方法的主要工艺步骤。

答：负载型催化剂通常用浸渍法制备，主要工艺步骤为：1、活性组分及助剂前驱物选择；

2、载体选择；

3、配液（体积和浓度）；

4、浸渍（等量法、过量法）；

5、干燥；

6、焙烧。

4、Raney 法制备催化剂的工艺主要有哪几步？碱抽提的最终目的是什么？

答：Raney法主要用于制金属骨架催化剂，以Raney Ni为例，工艺主要分：1、炼Ni-Al 合金；2、碱抽提；3、洗涤；4、干燥。碱抽提的最终目的是将Ni-Al合金中的Al和NaOH 反应溶解，得到干燥的活化后的Raney Ni。

5、合成氨催化剂的制备工艺主要有哪几步？

答：合成氨催化剂采用熔融法制备，工艺主要有：1、配料；2、高温熔融；3、骤冷；4、粉碎、过筛。将磁铁矿、硝酸钾、氧化铝于1600℃高温熔融，冷却后破碎，然后在氢气或合成气中还原即得Fe-K2O-Al2O3催化剂。

第八章催化剂的评价和表征

1、微分反应器和积分反应器有何区别？各有何优缺点？

答：活塞流反应器（PFR），在理想的活塞流管式反应器中，假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度，则反应物的浓度只是反应器长度的函数。PFR不能直接测量反应速率，只有在转化率小到可以用Δx代替d x时才能直接测量反应速率。这意味着使用极少量的催化剂。该反应器称为微分反应器。在这种条件下，反应速率可以由简单的差分方程计算而得：r=F0Δx/V。然而，极低的转化率在试验上造成分析的困难。因此，PFR大多是在较高的转化率下操作的，即按其积分方式运转，其反应速率岁反应器的轴向位置而改变。此时r=F0d x/d V=c0 d x/dτ。

2、表征催化剂的比表面积、活性表面积、表面组成和价态、表面结构分别用何种方法或设备？

答：比表面积：BET、BJH；活性表面积：TPD（化学吸附）；表面组成和价态：XPS（X-射线光电子能谱）、AES（俄歇电子能谱）、IR、LRS（激光拉曼）；表面结构：HEED（高能电子衍射光谱仪）、EXAFS（延伸X-射线吸收精细结构）。

9. 催化剂制备

1.简单沉淀法制备催化剂时，原料浓度、加料方式、加料速度以及沉淀反应温度对最终催化剂的比表面积和孔大小有何影响规律？

浓度：晶核生成速度与浓度3-4次成正比，晶核生长速度与浓度1次方成正比。总的来说，随着过饱和度的增加，生成晶体颗粒越来越小。浓溶液所得的沉淀物，粒子较细，比表面积大，但孔径小；用稀溶液所得的沉淀物，晶体的粒子较粗，孔径大，但比表面积小。

加料速度：加料过快，会导致局部过浓，生成粒子较细，比表面积大，孔径小。加料慢，溶液稀晶体的粒子较粗，孔径大，但比表面积小。所以在开始沉淀时，沉淀剂应在不断搅拌下均匀而缓慢地加入，以免局部过浓现象，同时也要维持在一定的过饱和度。

加料方式：顺加法----将沉淀剂加入到金属盐溶液中。当几种金属盐溶液需要沉淀且溶度积各不相同时，顺加法就会发生先后沉淀，这在催化剂制备时要避免。

逆加法----将金属盐溶液加入到沉淀剂中。这个过程的pH是一个变值，也要避免。

通常采用“并加法”，将盐溶液和沉淀剂按一定比例加到沉淀槽中。

温度：随着温度的升高，晶核生成速率可达到一极大值，继续升高温度，晶核生成速率又下降。低温时有利于晶核的生成，不利于晶核的长大，故低温沉淀时一般得到细小的颗粒，即比表面积大，孔径小。

2.与简单沉淀法比均匀沉淀法有何优点？

简单沉淀法制备催化剂，是在搅拌情况下采用顺加、逆加或并加方法加料，由于溶液在沉淀

过程中浓度的变化，或加料流速的波动，或搅拌不均，致使过饱和度不一，颗粒粗细不等，乃至介质情况的变化引起晶型的改变，而均匀沉淀法能克服上述缺点。

3.负载型催化剂通常用何种方法制备？给出该方法的主要工艺步骤。

浸渍法；1.活性组分及助剂前驱物选择；2，载体选择；3，配液；4，浸渍；5，干燥；6，焙烧。

4.Rany 法制备催化剂的工艺主要有哪几步？碱抽提的最终目的是什么？

以Raney Ni 为例：1.炼Ni-Al合金；2.碱抽提；3.洗涤；4，干燥。

5.合成氨催化剂的制备工艺主要有哪几步？

目前合成氨工业中使用的熔铁催化剂，就是将磁铁矿（Fe3O4）、硝酸钾、氧化铝于1600℃高温熔融，冷却后破碎，然后在氢气或合成气中还原即得Fe-K2O-Al2O3

（以Fe-K2O-Al2O3 为例)

1）配料（Fe3O4-K2SO4-Al2SO4)

2）高温熔融

3）骤冷

4）粉碎、过筛

1.

积分反应器指催化剂装量多，反应物一次通过反应器后，转化率较大，即反应物起了明显变化。一般反应器都属于这种。

微分反应器与积分反应器构造上无原则区别，只是催化剂用量少，有的甚至不到1克，转化率相应也低，一般在10%以下。

对微分反应器：r = (Fo/V) ?ΔX

对积分反应器：r = Fo(dx/dV)

F: 反应物摩尔流量（mol/min) V: 催化剂体积(ml )

r: 单位催化剂的反应速率[mol/(min.ml)] X: 转化率

Fo : 反应器入口处反应物摩尔流量（mol/min)

积分反应器优点：进出口浓度差别大，易检测，准确性高。缺点：不易做到等温。

微分反应器装置小，易控制，易等温，实验数据处理简单。缺点：由于进出口浓度差别下，不易分析准确，配气费高。

2.表征催化剂的比表面积、活性表面积、表面组成和价态、表面结构分别用何种方法或设备？