催化化学习题

一、基本概念题1. 催化剂的比活性：催化剂的比活性是相对于催化剂某一特定性质而言的活性。

例如：催化剂每m2的活性。

2. 催化剂的选择性：催化剂有效地加速平行反应或串联反应中的某一个反应的性能。

3. 催化剂的机械强度：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击和本身的质量以及由于温变、相变而产生的应力的能力，统称为催化剂的机械强度。

4. 催化剂的密度：实际催化剂是多孔体，成型的催化剂粒团体积包括颗粒与颗粒之间的空隙V隙、颗粒内部实际的孔所占的体积V孔和催化剂骨架所具有的体积V真，即V堆＝V隙+V孔+V真。

（a）堆密度；（量筒）（b）颗粒密度；（压汞法）（c）真密度（氦气法）5. 催化剂的比表面：通常以1g催化剂所具有的总表面积m2/g6. 催化剂的比孔容：1g多孔性固体催化剂颗粒内部所有孔道的总体积。

ml/g7. 催化剂的孔隙率：多孔性固体催化剂颗粒内部所有孔道的总体积占催化剂颗粒体积的百分数。

8. 催化剂的孔分布：除了分子筛之外，一般催化剂中的孔道直径大小不一。

不同大小的孔道占总孔道的百分数称为孔分布。

不同范围的孔径(r>200nm 称大孔，r＜10nm微孔，r为10~200nm过渡孔) 有不同的测定方法。

9. 催化剂的平均孔半径：一般固体催化剂(分子筛除外)中孔道的粗细、长短和形状都是不均匀的，为了简化计算，可以把所有的孔道都看成是圆柱形的孔，并假定其平均长度为L，平均半径为r。

10. 催化剂中毒：催化剂在使用过程中，如果其活性的衰退是由于反应介质中存在少量杂质，或是由于催化剂在制备时夹杂有少量杂质而引起的，则称为催化剂的中毒。

11. 催化剂的寿命：催化剂在实际反应条件下，可以保持活性和选择性的时间称为催化剂的寿命。

12. 催化剂的活化：催化剂在投入实际使用之前，经过一定方法的处理使之变为反应所需的活化态的过程。

13. 转化数：单位活性中心在单位时间内进行转化的反应分子数14. 转化率：反应物在给定的反应条件下转化为产品和副产品的百分数15. 产率：反应产物的量相对于起始反应物总量的百分数产率、选择性和转化率三者的关系为：产率＝选择性*转化率16. 时空产率：催化反应中，反应物在单位时间内通过单位体积的催化剂所得某一产物的量。

17. 空速：单位时间内通过单位体积(或质量)催化剂的反应物体积(或质量)。

单位：时间-1（GHSV）18. 化学吸附：在吸附剂(催化剂)与吸附物(反应物)之间发生电子转移现象的吸附。

19. 覆盖率：催化剂表面被反应物分子吸附后。

固体表面被覆盖的百分数。

20. 转换频率：(TOF）每个表面原子在单位时间内的活性。

21. 催化裂化：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。

22. 催化重整：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。

23. 加氢处理：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。

二、填空题1. 在评价一个催化剂时，通常认为有四个最重要的因素，它们分别是：，，与价格。

2．在多组分固体催化剂中，各种组分起作不同的作用，大体分为三类，它们是、和。

3. 实验室反应器按操作方法可分为两大类，一类是，一类是。

4. 催化剂的寿命曲线一般可分三个部分：，，。

5．根据吸附剂与吸附质的作用力不同，将吸附分为和两类，化学吸附按活化能大小又可分为和。

6. 催化剂经过一定处理又恢复了活性，这一过程称为催化剂的。

7. CO的几种吸附状态：、、和吸附状态。

8. 根据吸附质与吸附剂之间的电子云分配不同，吸附键可分为，和，。

9. 影响不同晶面暴露的比例的因素有二：一是，另一是10. 物理吸附的作用力是，化学吸附作用力是。

11. 影响吸附质与吸附剂之间化学作用力主要因素有和。

12. 在用于固定床的较大颗粒催化剂的机械性能测试中，通常需要测定它的和。

13. 催化剂失活的化学原因主要有、和。

14. 催化剂的常用制备方法有、、、、、及其他方法。

15. 分子筛催化剂的择形催化作用有择形催化、择形催化、择形催化和择形催化。

三、是非题1. 催化剂存在下，k正的增加倍数大于k逆。

2. 加速反应但不参加反应者非催化剂。

3. 凡是多相催化过程，至少有一个反应物在催化剂表面吸附。

4. 物理吸附部是放热的，化学吸附总是吸热的。

5. 载体使催化剂增大了活泼表面，降低了它对毒物的敏感性。

6. 物理吸附热通常比化学吸附热大。

7. 化学吸附具有选择性。

8. 反应前后，键能和由大变小则吸热，由小变大则放热。

9. 氧总是以负离子的形式化学吸附。

10. 化学吸附是单层吸附。

11. 表征一个催化剂的活性是指在给定的条件下，定量地测定一个催化剂促进某种化学转化的能力。

12. 载体的最重要功能是分散活性组分，使活性组分保持大的表面积。

13. 催化剂煅烧时会使平均孔径增大。

14. 均相催化中，质量传递过程在动力学上占重要地位。

15. BET方程是基于多分子层吸附理论模型。

16. 离子交换法比沉淀法可制得更高含量的金属负载型催化剂。

17. 吸附等温线是在恒定温度下饱和吸附量与被吸附气体压力的关系曲线。

18. 氮吸附法适用于半径为1.5~20nm的孔径测定。

19. 在沉淀法制备催化剂时以尿素代替常用的碱是为了得到颗粒大小宽分布的催化剂。

20. 合成氨反应中，硫化氢对铁催化剂的中毒是可逆中毒。

三、简答题1. 简述为了说明吸附热随遮盖率而下降的原因：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。

2. 助催化剂的作用：3. 简述吸附等温线概念：4. 请简述Raney镍催化剂的制备方法其过程5. 简述载体的作用：四、问答题一、下图是合成氨反应的催化过程，请画图表示出N2分子在Fe表面的吸附过程？并指出什么代表化学吸附活化能，解吸活化能，物理吸附热，化学吸附(反应)热，N2的离解能？二、如图解释WO3氢还原行为中的溢流现象，并说明什么是给体相，什么是受体相？并解释在SnO2-Sb2O4催化剂上异丁烯氧化反应中氧的溢流作用。

三、请列举几种常用固体催化剂表面酸碱性的分析方法，如酸碱指示剂法、程序升温脱附法和红外光谱法，并指出各自的优缺点。

四、列举出三种以上的催化剂制备方法，并说明其制备过程与特点。

五、阐述分子筛的四级结构单元，并详细说明分子筛的择型催化作用。

（10分）六、实验发现Ni的三种晶面的乙烯加氢活性是：（1 1 0）>（1 0 0）>（1 1 1）。

请用巴士金多位理论（几何对应理论）来解释说明。

七、请如图说明过渡金属氧化物催化剂在催化烃类氧化反应中的氧化—还原机理，并说明在氧化物表面上各种氧物种之间平衡关系，以及它们中的亲电氧物种和亲核氧物种在催化氧化中的作用。

八、请写出RhCl(PPh3)3催化Wilkinson 氢化反应( hydrogenation)过程的反应方程式，并如图详细说明每步的催化反应机理与类型。

（10分）五、计算题1、请写出B.E.T.方程的数学表达式，并计算下面硅胶样品的比表面积（用液氮来测硅胶的比表面，通过利用对P/P 0作图测得斜率=13.85×10-3cm -3，截距=0.15 ×10-3 cm -3，硅胶样品量为0.83g ，A m = 0.162 nm 2）。

参考答案：1. BET 方程为 )/(11)/1(/000p p cV c cV p p V p p m m -+=-V ——吸附量；p ——吸附时的平衡压力；p 0——吸附气体在给定温度下的饱和蒸气压；Vm ——表面形成单分子层所需要的气体体积；c 为与吸附热有关的常数。

2. 用实验测出不同的相对压力p /p 0（0.05~0.35）下所对应的一组平衡吸附体积V ；由作图法得P P V P P /(/)01-p/p 0直线方程，截距为1/Vmc ，斜率为(c - 1)/Vmc 。

Vm=1/(斜率+截距)。

A A N A V V s m m m m T P ==⨯⨯,.60221023W A A sg = Ag=(71/22400) ×6.02 ×1023 ×16.2 ×10-20/0.83=373m 2.g -12. 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（C6H10O）、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）？参考答案：(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)/(0.5⨯3)=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(%) = 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) /{[(8.16⨯25%)/34] ⨯90%}⨯100% = [( 3.675 / 98 + 0.49 / 98+ 2⨯(0.12 / 96))/0.108] ⨯100% =(45.00/54.00)⨯100%=83.3%3. 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V He = 59.5cm3和V Hg = 59cm3。

求该催化剂的骨架密度ρ骨架、颗粒密度ρ颗粒、孔容V孔、比孔容Vp和孔隙率θ?参考答案：(1) 由ρ骨架= W / (V-V He) = 4/(60.00-59.5) = 8 g / cm3（2）ρ颗粒= W / (V-V Hg) = 4/ (60.00-59.00) = 4 g / cm3(3) V孔= V He- V Hg = 59.50-59.00 =0.50 cm3(4) Vp = (V He- V Hg)/ W = (59.5-59.00)/4 =0.125 cm3 / g(5) θ = (V He- V Hg) / (V-V Hg) = (59.50-59. 00)/ (60.00-59.00) = 0.5六、选择题1．关于催化剂描述不正确的是( )A．催化剂量与化学计量方程式无关B．反应速度通常与催化剂量成正比C．加速反应但不参加反应者也是催化剂D．参加反应后催化剂会有变化但很微小2.γ-Al2O3是( )A．酸性载体B．两性载体C．中性载体D．碱性载体3.正丁烯异构为异丁烯选用的催化剂是( )A．过渡金属催化剂B．过渡金属氧化物催化剂C．酸性催化剂D．碱性氧化物催化剂4.工业上用于空气氧化乙烯制环氧乙烷的Ag/α-Al2O3催化剂中Ag和α-Al2O3分别作为( )A．主催化剂和助催化剂B．主催化剂和载体C．载体和主催化剂D．助催化剂和主催化剂5.合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3中对各组分作用描述正确的是( )A．Fe是主催化剂，K2O是电子助催化剂，Al2O3是结构助催化剂B．Fe与K2O是主催化剂，Al2O3是结构助催化剂C．Fe是主催化剂，K2O是结构助催化剂，Al2O3是电子助催化剂D．K2O是主催化剂，Fe是电子助催化剂，Al2O3是结构助催化剂6. Pt/Al2O3重整催化剂中各组分所起的催化作用是( )A．Pt起脱氢催化作用，Al2O3起酸催化与载体作用B．Pt起氧化催化作用，Al2O3起酸催化与载体作用C．Pt起脱氢催化作用，Al2O3只作为载体而没有催化作用D．Pt起脱氢催化作用，Al2O3只起酸催化作用7.苯加氢变环己烷反应所使用的催化剂是( )A．Al2O3B．V2O5C．Ni/Al2O3D．CuO8.MgO载体是( )A．酸性载体B．两性载体C．中性载体D．碱性载体9.下列选项中关于物理吸附的描述正确的是：（）A．物理吸附前后分子结构发生变化 B. 物理吸附涉及的是价键力C. 物理吸附热一般较小D. 物理吸附总是吸热的。