催化剂工程导论_大纲及思考题答案

催化剂课程教学内容及教学基本要求第一章工业催化剂概述本章重点催化若干术语和基本概念，难点催化剂的化学组成和物理结构。

第一节催化剂在国计民生中的作用本节要求了解催化剂在国计民生中的作用(考核概率5%)。

1 催化剂—化学工业的基石2 合成氨及合成甲醇催化剂3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业4 基础无机化学工业用催化剂5 基本有机合成工业用催化剂6 三大合成材料工业用催化剂7 精细化工及专用化学品中的催化8 催化剂在生物化学工业中的应用9 催化剂在环境化学工业中的应用第二节催化若干术语和基本概念本节要求理解催化若干术语和基本概念(考核概率90%)，掌握催化剂的化学组成和物理结构(考核概率95%)。

1 催化剂和催化作用2 催化剂的基本特征3 催化剂的分类4 催化剂的化学组成和物理结构5 多相和均相催化剂的功能特点6 多相和均相催化剂的同一性7 新型催化剂展望第二章工业催化剂的制造方法本章重点是沉淀法和浸渍法，难点是催化剂的制备原理和技术要点。

第一节沉淀法本节要求理解沉淀法的分类(考核概率60%)，掌握沉淀操作的原理和技术要点(考核概率80%)，了解沉淀法催化剂制备实例(考核概率20%)。

1 沉淀法的分类2 沉淀操作的原理和技术要点3 沉淀法催化剂制备实例第二节浸渍法本节要求掌握各类浸渍法的原理和操作(考核概率80%)，了解浸渍法催化剂制备实例(考核概率20%)。

1 各类浸渍法的原理及操作2 浸渍法催化剂制备实例第三节混合法本节要求了解混合法制备催化剂（考核概率20%）第四节热熔融法本节要求了解热熔融法制备催化剂（考核概率20%）第五节离子交换法本节要求理解由无机离子交换剂制备催化剂，由离子交换树脂制备催化剂（考核概率40%）。

1 由无机离子交换剂制备催化剂。

2 由离子交换树脂制备催化剂。

第六节催化剂的成型本节要求了解催化剂成型工艺，几种重要的成型方法（考核概率20%）。

1 成型与成型工艺概述2 几种重要的成型方法第七节典型工业催化剂制备方法实例本节要求了解几种典型工业催化剂制备方法实例（考核概率20%）。

第八节固体催化剂制备方法的新进展本节要求了解固体催化剂制备方法的新进展（考核概率20%）。

1 纳米材料与催化剂2 凝胶法与微乳化技术3 气相淀积法4 膜催化剂5 化学键等其他方法第三章催化剂性能的评价、测试和表征本章重点是催化剂的活性评价和动力学研究（考核概率80%），难点是催化剂的宏观物理性质测定。

第一节概述本节要求了解催化剂性能的评价、测试和表征的概况（考核概率5%）第二节活性评价和动力学研究本节要求理解活性的测定与表示方法（考核概率50%），了解动力学研究的意义和作用（考核概率10%），掌握积分反应器和微分反应器（考核概率90%），掌握评价与动力学试验的流程和方法（考核概率90%），了解催化剂评价与动力学研究典型实例（考核概率20%）。

1 活性的测定与表示方法2 动力学研究的意义和作用3 实验室反应器4 评价与动力学试验的流程和方法5 催化剂评价与动力学研究典型实例第三节催化剂的宏观物理性质测定本节要求了解颗粒直径及粒径分布1 催化剂的宏观物理性质测定2 催化剂的微观（本体）性质的测定和表征第四节催化剂微观（本体）性质的测定和表征本节要求了解用相关仪器和方法对催化剂微观（本体）性质进行测定和表征（考核概率20%）。

1 电子显微镜在催化剂研究中的应用2 X－射线结构分析在催化剂研究中的应用3 热分析技术在催化剂研究中的应用第五节若干近代物理方法在催化剂表征中的应用本节要求了解若干近代物理方法在催化剂表征中的应用（考核概率10%）第四章工业催化剂的开发本章重点是实验室工作，难点是催化剂参考样品的剖析。

第一节概述本节要求了解工业催化剂的开发的概况（考核概率10%）第二节实验室工作本节要求了解工业催化剂的开发的资料准备（考核概率10%），掌握催化剂参考样品的剖析（考核概率30%），理解配方筛选（考核概率20%）。

1 资料准备2 催化剂参考样品的剖析3 配方筛选4 催化剂开发典型小试实例第三节扩大试验本节要求了解工业催化剂的开发过程的中型制备和评价试验（考核概率10%）。

1 中型制备试验2 中型评价试验第四节新型催化剂的工业生产、使用和换代开发本节要求了解新型催化剂的工业生产、使用和换代开发的工业试用的实例。

（考核概率10%）。

第五章工业催化剂的制备设计本章的重点工业催化剂设计的基本思路，难点是催化剂原材料的选择。

第一节催化剂及其设计的理论概观本节要求了解有关催化剂及其涉及的理论概括（考核概率5%）。

第二节催化剂设计的一般程序本节要求掌握催化剂设计的一般程序（考核概率40%）。

1 程序框图2 设计范例第三节组分设计与验证性筛选本节要求了解催化剂的组分设计与验证性筛选（考核概率10%）。

第四节热力学分析与反应通道的设计本节要求理解热力学分析与反应通道的设计（考核概率30%）。

第五节化学反应的机理研究与催化剂设计本节要求了解化学反应机理研究实例（考核概率10%）。

1 概述2 化学反应机理研究实例第六节催化剂原材料的选择本节要求了解可供选择的催化剂材料（考核概率10%），掌握主催化剂、助催化剂和载体的选择（考核概率80%）。

1 可供选择的催化剂材料2 主催化剂的选择3 助催化剂的选择4 载体的选择第七节电子计算机辅助催化剂制备设计本节要求了解电子计算机在催化剂制备设计中的应用（考核概率10%）。

1 数据库2 专家系统3 人工神经元网络技术第六章工业催化剂的操作设计本章重点是工业催化剂的操作设计的一般经验，难点是催化剂使用技术中的若干选择与优化问题。

第一节操作设计概念本节要求了解操作设计的目的、理论指导（考核概率5%）。

第二节一般操作经验本节要求掌握工业催化剂的操作设计的一般经验（考核概率30%）。

1 催化剂的运输和装卸2 催化剂的活化、钝化和其他预处理3 催化剂的式或与中毒4 积炭与烧炭5 催化剂的寿命和判废6 催化剂衰退的一般对策第三节使用技术中的若干选择与优化问题本节要求理解催化剂使用技术中的若干选择与优化问题（考核概率30%）。

1 催化剂类型与牌号的选择2 催化剂形状尺寸的选择和优化3 催化剂组合装填与串联反应器4 催化反应器的人为非定态操作第四节电子计算机辅助催化剂操作设计本节要求了解电子计算机在催化剂操作设计中的应用（考核概率20%）。

1 物理化学基础2 数学模型与数学模拟方法3 新近催化剂操作设计案例4 操作设计案例简评与展望第一章工业催化剂概述1.举例说明催化剂在国计民生中的作用。

P2答：（一）合成氨;（二）合成甲醇;（三）催化剂与石油炼制及合成燃料工业;（四）基础无机化学工业用催化剂;（五）基本有机合成工业;（六）三大合成材料（合成树脂与塑料、合成橡胶、合成纤维）;（七）精细化工及专用化学品;（八）生物化学工业;（九）环境化学2.1976年国际纯粹及应用化学协会公布的催化作用的定义是什么？P12答：催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。

3.什么是催化剂的基本特征？P13答：①催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。

②催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。

③催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。

④催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。

⑤催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。

4.为什么催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置？P14答：在一定外界条件下某化学反应产物的最高平衡浓度，受热力学变量的限制。

换言之，催化剂只能改变达到（或接近）这一极限值所需要的时间，而不能改变这一极限值的大小。

5.为什么对正方向有效的催化剂对反方向的反应也有效？P14答：催化剂不改变化学平衡，故对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。

换言之，正反应的催化剂也是逆反应的催化剂。

6.根据聚集状态如何对催化剂进行分类？P15答：液体、固体、气体7.按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？P17答：多相固体催化剂；均相配合物催化剂；酶催化剂。

8.主催化剂的定义是什么？P18答：起催化作用的根本性物质，没有它，就没有催化作用。

9.共催化剂的定义是什么？P18答：能和主催化剂同时起催化作用的组分。

10.助催化剂的定义是什么？P18答：催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性，机械强度和寿命等性能的组分（通常本身无催化活性或具很低的活性）。

11.助催化剂可分为哪几类？它们各自的定义是什么？P18答：（1）结构型助催化剂：使催化活性物质粒度变小，表面积增大，防止或延缓因烧结而降低活性等（2）电子型助催化剂：由于合金化使空d轨道发生变化，通过改变主催化剂电子结构，提高活性和选择性。

（3）晶格缺陷助催化剂：使活性物质晶面的原子排列无序化，通过增大晶格缺陷浓度提高活性。

12.载体的定义是什么？P19答：催化活性组分的分散剂、粘合剂或支载物。

多数情况，载体本身是没有活性的惰性固体物质，它在催化剂中含量较高。

13.均相配合物催化剂在化学组成上是由什么组成的？P22答：均相配合物催化剂在化学组成上是由通常所称的中心金属(M)和环绕在其周围的许多其他离子或中性分子(即配位体)所组成的。

14.均相配合物催化剂的缺陷是什么？P22答：催化剂分离回收困难，需要稀有贵重金属，热稳定性差及对反应器腐蚀严重等。

15.固体非均相催化剂的优缺点是什么？P24答：优点：其气液相产物易于与固相催化剂分离。

需要简单的设备条件和有限的操作，催化剂耐热性好，过程易于控制，产品质量高。

缺点：多相催化机理复杂，相间现象变得重要，扩散和吸收、吸附等所有因素，对反应速率起着重要的作用，表面反应机理的分析困难，难于在实验室研究清楚。

16.均相催化的优缺点是什么？P24答：优点：均相催化的机理，易于在实验室研究清楚，易于表征。

均相配合物可溶于反应介质，分子扩散于溶液中，不受相间扩散的影响，因而其活性比多相催化剂高。

缺点：催化剂的分离、回收及再生工艺操作复杂。

均相配合物催化剂所用的中心金属，多采用一些贵金属，国内资金缺乏。

均相配合物催化剂的热稳定性差，限定了其反应温度的提高，反应转化率低，催化剂耗损大。

均相配合物催化剂对金属反应器腐蚀严重。

17.催化剂为什么具有催化活性？P26答：催化剂能够降低所催化反应的活化能；而它之所以降低所催化反应的活化能是因为在催化剂的存在下，改变了非催化反应的历程。

第二章工业催化剂制造方法1、写出沉淀法的一般操作步骤。

P31答：是在搅拌的情况下把碱类物质(沉淀剂)加入金属盐类的水溶液中，再将生成的沉淀物洗涤、过滤、干燥和焙烧，制造出所需要的催化剂前驱物。