催化剂资料

名词解释： 1. 催化剂：催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。 2. 催化作用：催化剂对化学反应所产生的作用。 3. 载体：载体是催化剂中主催化剂和助催化剂的分散剂、粘合剂和支撑体。 4. 碳离子反应规律：酸碱催化剂对许多烃类分子具有催化活性。酸性催化剂可以提供质子或接受电子对，使烃类分子转变成带正电荷的正碳离子，循正碳离子反应机理进行催化转化；而碱性催化剂进攻烃类分子后，往往夺取质子或给烃类分子施放电子对，使反应按负碳离子反应机理进行。 5. 表面质量作用定律：理想吸附层中的表面基元反应，其速率与反应物在表面上的浓度成正比，而表面浓度的幂是化学计量方程的计量系数。 6. 催化剂寿命：是指催化剂在一定反应条件下维持一定反应活性和选择性的使用时间。 7. 酸强度：是指给出质子（ B酸）或者接受电子对（ L酸）能力的强弱。 8. 浸渍法：是指将固体粉末或一定形状及尺寸的已成型的固体浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，接触一定时间后，分离残液，这样活性组分就以离子或化合物的形态附着在固体上，形成催化剂的方法。 9. 催化剂中毒：是指催化剂在微量毒物作用下丧失活性和选择性。 10. 吸附：气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。 11. 等温吸附平衡：指保持温度恒定，对应一定的压力，吸附达到平衡

简答题： 1. 催化剂在化工生产的重要功能 答：1）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。 2）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原料。 3）原来无法生产的过程，可以实现生产。 4）原来需要多步完成的，变为一步完成。 5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低，质量高。 6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染少。 2. 酸碱催化作用与氧化还原催化作用的对比 答：①酸碱型催化反应 其反应机理是因为催化剂与反应物分子之间通过收受电子对而配位，或者发生极化，形成离子型活性中间物种所进行的催化反应。 ②氧化还原型催化反应 其反应机理是因为催化剂与反应物分子之间通过单个电子的转移，而形成活性中间物种进行的催化反应。 3. 分子筛催化剂的作用 4. 催化剂制备中原料与配料的选择原则 答：（1）原料的选择:1.符合产品的性能要求；2.所含的杂质容易去除，或限定在某个范围；3.容易获得，价格便宜，易于加工；4.对环境不存在污染或经处理能除去污染 （2）配料的选择原则：1.当配制成溶液时，水溶性物质可用水作为配料，但也应注意其酸性。2.当原料不溶于水时，采用其它溶剂作为配料时，应容易除去，或者它的存在不影响催化剂的催化性能。3.原料的配比可用重量比或原子比，关键在于准确并且符合催化剂的要求 5. 催化剂失活的主要原因与类型 答：1）催化剂相组成的变化 2）烧结:高温下，粒子发生迁移，降低表面使得体系向稳定的方向进行，从而导致催化剂烧结。 3）流失:在高温下，由于某些组分被挥发、或是由于迁移而使得活性组分流失，导致催化剂失活。 4）中毒:由于毒物的存在而使得催化剂失活. 5）积炭（结焦）:高温下，反应物料由于分解、聚合等反应生成的碳或焦炭沉积在催化剂表面，使得催化剂的活性表面减少，堵塞孔道，影响活性使得其下降。 6. 固体酸碱催化剂的酸碱性来源，酸中心的形成 答： （1）结构不同，在相同配位数情况下，以不同价态的原子取代，产生电荷不平衡而产生的；同样当价态相同而配位数不同，会是其结构不平衡而产生酸性。对金属盐类，当含有少结构量水时金属离子对H2O极化作用会产生B酸中心。 （2）1）浸渍在载体上的无机酸中心的形成 2）卤化物酸中心的形成 3）金属盐酸中心的形成 4）阳离子交换树脂酸中心的形成 5）氧化物酸碱中心的形成 6）杂多酸化合物酸中心的形成 7. 金属催化剂的催化作用特征 答：（1）金属催化剂通常是以金属晶体的形式存在，而且具有多种晶体结构，由此也为化学吸附提供多种吸附中心。（2）由于这些中心相互靠近，有利于被吸附物种相互作用而进行反应。（3）由于吸附中心的多样性，也就造成竞争反应的同时发生，降低了金属催化剂的选择性。（4）对双原子分子，容易进行解离吸附，从而进行各类反应。 8. 载体的作用与功能 答：①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性；⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。 9. 工业催化剂设计开发的过程与程序 答：1） 探索阶段 根据反应特点，查阅有关文献分析、理论指导等，从技术上和经济上设计并初步进行研制。经测定、筛选、改进，确定供进一步放大研究的催化剂。 该阶段通常在实验室中进行。一般只进行合成方法与催化剂活性、选择性的评价试验。实验室通常是在小型的能反映催化剂本征活性的装置上进行试验。 2 ）模拟放大阶段 将第一阶段筛选的催化剂取一定数量，在工业生产条件下，进行活性、选择性、寿命、再生产性等性能方面的考察，经过改进与完善，获得催化剂的全面性能数据，提出可以在工业生产规模上应用以及进行工业生产的数据。 试验通常是在一定规模的工业装置上进行（按生产条件），可在放大实验室或工业装置侧线进行。在这阶段还应对反应动力学规律进行研究，为工业放大提供数据与资料。 3 ）工业生产阶段 设计与建立工业生产的反应装置和催化剂生产车间，经过试车正式进行工业化生产。 应当特别指出的是，在上述每一个阶段中，都应十分注意经济上的可行性，进行技术与经济的全面评价与分析，否则生产上全无意义。 10. 沸石分子筛固体酸催化理论，沸石分子筛催化剂特点。 答：（1）沸石分子筛固体酸碱理论：沸石分子筛经阳离子（NH4+,H+,高价阳离子）交换后可产生B酸中心，再经脱水可产生L酸中心，它们均可与反应物形成正碳离子，并按正碳离子进行催化转化。 （2）催化剂特点：①具有较高活性；②具有较高选择性，可择形催化；③具有较灵活的调变性；④具有较好的稳定性。 11. 金属催化剂的哪些特性对其催化作用较大的影响。 答：（1）金属催化剂晶格缺陷及其对催化作用的影响 点缺陷是指在晶格上缺少原子或者有多余的原子，造成缺陷的原因大致有三种： ①机械点缺陷 ②电子缺陷 ③化学缺陷。 （2）金属催化剂不均一表面对催化作用的影响 12. Langmuir吸附等温方程的基本假设 答：模型假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。 13. 金属与载体之间相互作用 答：相互作用为三种类型：一是金属颗粒和载体的接触位置处在界面部位处，则分散了的金属可保持阳离子的性质；二是分散了的金属原子熔于氧化物载体的晶格结构中或与载体形成混合氧化物；三是金属颗粒表面被来自载体氧化物涂释。正是由于金属－载体的相互作用，结果使得电子流体在二者之间转移，出现电荷的位移。金属与载体之间的相互作用，使得催化过程发生了变化。 14. 金属催化剂的化学吸附性能因素。 答：（1）金属催化剂的电子逸出功 （2）反应物电子电离势 （3）化学吸附键和吸附状态

论述题： 1. 试分析沉淀法与凝胶法制备催化剂的影响因素，并对其制备方法的优缺点进行评述。 答：（1）影响因素：1)沉淀法:有浓度、温度、PH值、加料顺序、搅拌强度、沉淀物生成速率、沉淀时间、洗涤、干燥方法等。 (2)凝胶法：除了PH值外，引入的物质的酸性以及其电离性（电解质性质）和凝胶放置的时间都对其有较大的影响。另外，缩合反应的强弱，对凝结过程也有一定的影响 （2）优缺点：1)优点：①有利于杂质的去除；② 可获得活性组分分散度较高的产品；③ 制备多组分催化剂时，有利于组分间的紧密结合，形成适宜的活性构造；④ 活性组分于载体的结合较紧密，不易流失。 2)缺点：① 沉淀过程机理复杂，不易掌握；② 制备多组分催化剂时，均匀度不易保证；③ 制造工艺流程较长，而且复杂，生产费用大。 2. 试分析过渡金属氧化物催化剂的氧化还原反应机理（举例说明）。 答：过渡金属氧化物催化剂在催化氧化反应过程当中，特别是对烃类氧化反应中，反应产物中的氧往往不是直接来自气相中的氧，而是来自金属氧化物中的晶格氧，气相中的氧只是用来补充催化剂在反应中消耗的晶格氧。其氧化还原过程为：

3. 举例说明实验室筛选催化剂过程及内容，并画出评价装置示意图。 答：（1）确定一个过程（目标反应） （2）查阅国内外相关文献 （3）反应历程分析与热力学分析 (4)反应体系的确定 (5)催化剂制备方法确定 （6）实验装置的选择 （7）催化剂性能评价

4. 试利用表面质量作用定律，推导langmuir等温方程 答：设表面覆盖度θ= V/Vm 空白表面为1-θ V为吸附体积，Vm为吸满单分子层的体积

吸附速率为)1(pkraa ak为吸附速率常数

脱附速率为ddkr dk为脱附速率常数 达到吸附平衡时，darr，即dakpk)1(

pkkpkada令dakka，则apap1