工业催化习题整理-

工业催化原理课后习题汇编

1.1、论述催化剂是如何加速反应速率的？

催化剂可使化学反应物在不改变的情况下，经由只需较少活化能的路径来进行化学反应。因而加快了反应速率。

1.2、催化作用有哪些基本特征？

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) 实际上催化剂并不能无限期地使用，在长期受热和化学、物理作用下，会发生不可逆的变化，这

将导致催化剂活性下降，最终导致催化剂失活。

1.3、说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？

对于给定的反应，在已知条件下，其催化和非催化过程的-△G 0r 值是相同的，即K f 值是相同的，所以平衡位置没有改变。

另一种答案：化学平衡是由热力学决定的，ln p G RT k D =-o ，其中p k 为反应的平衡常数，G ∆o 是产物与

反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关。催化剂的存在不影响G

∆o 值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。

1.4、具有加氢功能的催化剂往往对脱氢反应也有活性。试给予解释。

根据K f = ,催化剂可以以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。因此，对于可逆反应，能够催化正方向反应的催化剂，就应该能催化逆方向反应。

2.1、通常固体催化剂有哪几个部分组成的？载体和助催化剂的功能分别是什么？

通常估计催化剂由活性组分、载体和助催化剂三个部分组成。

（1）载体：载体是催化剂活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。

（2）助催化剂：本身没有活性或者活性很小，但加入到催化剂中后，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、表面结构、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。

3.1、多相催化反应通常包括哪个连续的步骤？

（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。

3.2、试比较物理吸附与化学吸附。

物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小（8-20kJ/mol ），且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生。化学吸附是借助于化学键力，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（40-800kJ/mol ），一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附。

3.3、固体表面发生化学吸附的原因是什么？表面反应与化学吸附的关系是什么？

发生化学吸附的原因，是由于位于固体表面的原子具有自由价，这些原子的配位数小于固体内原子的配位数，使得每个表面原子受到一种内向的净作用力，将扩散到其附近的气体分子吸附形成化学键

化学吸附是表面反应的前提。化学吸附的表面物种在二维的吸附层中并非静止不动的，只要温度足够高，它们就成为化学活性物种，在固体表面迁移，随之进行化学反应。表面反应要成功进行，就要求化学吸附不宜过强，也不能过弱。

3.4、金属表面上甲烷和氢分子的吸附，只能形成解离型化学吸附，为什么？

因为分子氢、烃分子在吸附之前先必须解离，因为很多这类分子不能直接与金属的“表面自由价”成键，必须先自身解离，成为有自由价的基团，所以只能形成解离理化学吸附。

3.5、如何判断一个催化反应是存在内、外扩散的控制？

如果反应物流量的改变对反应物的转化率影响较大，则存在外扩散控制；如果催化剂的粒径大小的改变对转化率的影响较大，则存在内扩散控制。

4.1、试叙述固体表面酸中心类型测定方法

以吡啶作吸附质的IR谱法

（1）L酸的红外光谱特征峰：1450cm-1、1490cm-1和1610cm-1

（2）B酸的红外光谱特征峰：1540cm-1

5.1、请简要叙述沸石结构的三个层次

第一个结构层次：硅氧四面体和铝氧四面体

第二个结构层次：由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥联结成的环

第三个结构层次：氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体

5.3、A型、Y型和ZSM-5型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的，其孔径大小分别为多少？为什么它们的孔径大小与相应多元环的临界直径有差异

A型：八元环0.41nm；Y型：十二元环0.74nm；ZSM-5型：十元环0.55-0.6nm。

由于多元环上的原子并不都是位于同一平面上，有扭曲和褶皱。

5.4、3A、4A和5A分子筛都是A型分子筛吗？它们的孔径大小分别为多少？其结构中的阳离子分别是什么？

是。3A：0.3nm 钾离子；4A：0.4nm 钠离子；5A：0.5nm 钙离子。

5.5、X型和Y型分子筛的结构一样吗？它们的区别在哪里？其硅铝比分别是多少？

不一样。区别在于硅铝比不同。X型Si/Al为1-1.5；Y型Si/Al为1.5-3.0。

5.7、依形态结构划分，金属催化剂可分为哪几种类型？

（1）块状金属催化剂；（2）负载型金属催化剂；（3）合金催化剂；（4）金属簇状物催化剂

5.8、金属催化剂主要催化哪些类型的反应？

（1）加氢反应；（2）重整（异构）反应；（3）氧化反应；（4）汽车尾气处理

6.2、简述分子筛的主要四种催化作用

（1）酸催化；（2）择形催化；（3）双功能催化；（4）催化氧化

6.3、分子筛择形催化有哪四种不同形式

（1）反应物的择形催化；（2）产物的择形催化；

（3）过渡状态限制的择形催化；（4）分子交通控制的择形催化

7.1、依形态结构划分，金属催化剂分别有哪五种类型？

1）块状金属催化剂；2）分散或负载型金属催化剂；3）合金催化剂；

4）金属互化物催化剂；5）金属簇状物催化剂。

7.2、简述金属催化剂可以发生的四种反应类型。

1）加氢反应；2)氧化反应；3）重整反应；4）氢醛化反应

7.3、什么是d带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能之间的关系式什么？

金属的d带中某些能级未被充满，可看作d带中的空穴，称为“d带空穴”。

有d带空穴，就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键，生成表面中间物种，具有催化性能。d带空穴愈多，末配对的d电子愈多，对反应分子的化学吸附也愈强。

催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移，这就要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给出电子的能力。过渡金属的d空穴正是具有这种特性，然而对一定的反应，要求催化剂具有一定的d空穴，而不是愈多愈好

7.4、为什么金属催剂都是过渡金属？

金属催化剂主要是过渡金属，特别是VIII族金属。这与金属的结构、表面化学键有关；过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，H2很容易在金属表面吸附，吸附反应不会进行到催化剂的体相；一般金属在反应条件下很容易被氧化到体相，不能作为氧化反应催化剂，但贵金属(Pd,Pt, Ag, Au等)能抗拒氧化，可作为氧化反应催化剂；

8.1、金属催化剂为什么大多数制备成负载型催化剂？负载型催化剂中金属分散度的定义是什么？