催化原理考试题A答案

西北大学研究生考试命题专用纸(专业学位课) 2010-2011学年第二学期
考试科目：《催化原理》A卷考试时间：2011年6月23日一．填空（25分）
1．“催化作用”一词最早是由瑞典化学家Berzelius于___1836__年提出的。

（1分）
2．气体在固体表面的吸附可分为两类：__物理吸附_____和___化学吸附______。

化学吸附类似于化学反应，吸附后，反应物分子与催化剂表面原子之间形成_____化学键____，组成表面络合物。

（3分）
3．高活性催化剂常易被外来分子污染而中毒，那些具有_孤电子对_的分子，如氨、磷化氢、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等分子能与催化剂表面形成共价键，因此这些分子是毒性很强的毒物。

（2分）
4．分子筛的基本结构单元是硅氧四面体。

硅原子在四面体的中心，氧原子占据四面体的顶点。

四面体中的____硅____原子可被___铝__原子取代，便成为铝氧四面体。

（2分）
5．催化剂的“三性”指的是活性；稳定性；选择性。

（3分）
6．一个真实的晶体总有一种或多种结构上的缺陷。

晶格缺陷主要有点缺陷；线缺陷；面缺陷。

内部缺陷的存在将会引起晶格的畸变，还会引起附加能的出现。

（4分）
7．美国人泰勒于1925年首先提出了活性中心理论，其出发点即催化剂失去活性这一实验事实。

他认为催化剂的表面是不均匀的，位于催化剂表面微型晶体的棱和顶角处的原子具有不饱合的键，因而形成了活性中心，催化反应只发生在这一活性中心。

（3分）
8．X射线衍射技术是揭示晶体内部原子排列状况最有力的工具，它在物质结构研究中具有特殊的作用。

在催化剂研究中，它主要用于物相鉴定、物相分析及晶胞参数的测定，由它可以获得许多有用的结构信息。

（2分）
9．研究金属化学键的理论方法有三：能带理论、价键理论和配位场理论，各自从不同的角度来说明金属化学键的特征，每一种理论都提供了一些有用的概念。

三种理论，都可用特定的参量与金属的化学吸附和催化性能相关联，它们是相辅相成的。

（3分）
10. 根据国际酶分类和命名法委员会的规定，酶的名称由底物和催化反应加“酶”字而成，这样，通过酶的名称就可以直观地知道，何种化合物承受何种反应。

（2分）
二．名词解释（18分）
1. 催化剂的选择性
指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。

用来描述催化剂上两个以上相互竞争反应的相对速率。

2．d特性百分数
价键理论认为，过渡金属原子以杂化轨道相结合。

杂化轨道通常为s、p、d等原子轨道的线性组合，称之为spd或dsp杂化。

杂化轨道中d原子轨道所占的百分数称为d特性百分数，用符号d %表示。

3．堆积密度
当用量筒测量催化剂的体积时，所得到的密度称为堆积密度或堆密度，这时测量的体积V中，包括三部分：即颗粒与颗粒之间的孔隙V隙，颗粒内部孔占的体积V孔和催化剂骨架所占的体积V真。

即：V＝V隙＋V孔＋V真
由此得催化剂的密度为：ρ堆= m / V堆= m / (V隙+ V孔+ V真)
通常是将一定重量W的催化剂放在量筒中，使量筒振动至体积不变后，测出体积，然后用上式计算ρ堆。

4．同工酶
同工酶的定义：指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶。

5．固体酸
是能够化学吸附碱的固体，能够使碱性指示剂在其上改变颜色的固体。

遵循Brφnsted和Lewis 定义，能给出质子或接受电子的固体。

6．金属催化剂的电子逸出功φ
金属表面电子移到外界所需的最小功（最低能量）
三．简答题（57分）
1．沉淀法制备催化剂的影响因素有哪些？（7分）
（1）浓度的影响：沉淀在较稀溶液中进行，有利晶体长大；过饱和度不太大时可得到完整结晶；过饱和度较大时，结晶速率很快，容易产生错位和晶格缺陷，但也容易包藏杂质，晶粒较小。

（2）温度的影响：高温，由于分子运动加快，不利于形成温度的晶核，速率下降；高温有利于二度结晶,也有利晶体的长大；低温有利晶核生成，但不利晶核长大。

（3）pH值影响：为了保证颗粒均一性，必须保持pH值相对稳定。

（4）加料顺序的影响：顺加法：沉淀剂加到金属盐溶液中易产生先后沉淀；逆加法：金属盐溶液加到沉淀剂中，沉淀过程ｐＨ变量；并加法：盐溶液和沉淀剂按比例加到沉淀槽中，工艺操作稳定。

4．浸渍法制备固体催化剂时，浸渍液配制的原则是什么？(6分)
所用的活性组分化合物应该是易溶于水(或其它溶剂)的，且在焙烧时能分解成所需的活性组分，或在还原后变成金属活性组分；同时还必须使无用组分，特别是对催化剂有毒的物质在热分解或还原过程中挥发除去。

浸渍液的浓度必须控制恰当，溶液过浓不易渗透粒状催化剂的微孔，活性组分在载体上就分布不均，在制备金属负载催化剂时，用高浓度浸渍液容易得到较粗的金属晶粒。

溶液过稀，一次浸渍就达不到所要求的负载量，而要采用反复多次浸渍法。

5．沸石分子筛的结构特点有哪些？合成分子筛的主要影响因素？（8分）
6．影响酶活性的因素有哪些？（6分）
温度：通常酶的作用速度随温度升高而加速，但温度升高到一定限度后，酶的活性就要钝化，直至完全失活。

pH值：当在某一pH时，酶分子的活动中心，既存在一个带正电的基团，又存在一个带负电的基团，这时，酶与底物结合最容易；当pH偏高或偏低时，其活动中心只带有一种电荷，就会使酶与底物的结合能力降低。

酶的浓度和底物浓度：酶与底物浓度的关系，一般来说，当酶的浓度较小，底物浓度大大高于酶，则酶的浓度与反应速度成正比；当底物浓度一定时，酶的浓度继续增加到一定值以后，其反应速度并不加快。

7．催化剂宏观结构与性能包括哪些方面？(7分)
催化剂常由多晶组成。

所谓多晶是指由无数个小晶粒（或叫微晶，或一次结晶）杂乱无章、取向随机的聚集在一起，因而小晶粒彼此之间不可避免地形成孔隙，这些孔隙的大小和形状就叫做孔结构。

由于制备条件不同，催化剂的孔结构不同，反映到催化剂的比表面积也不同，并直接影响到表面利用率和反应物分子及产物分子在孔内的情况，因而影响到催化剂的活性、选择性、反应速率、寿命和机械强度等。

催化剂性能包括活性、选择性，催化剂密度；颗粒形状和尺寸；比表面积，孔结构，孔径分布，堆积密度等实验上可测定的量
8．JCPDS卡片是国际粉未衍射标准联合会编的《粉末衍射卡片集》，该可以提供比索引上列出的更多的物质粉末衍射方面的信息。

下图是氯化钠的衍射数据卡，请说出图中9个数字区域所代表的意思。

（9分）
在氯化钠衍射数据卡上出现的9个数字区域所代表的意思是：
（1）组号和卡片号；
（2 ）三个最强的衍射线；
（3 ）具有最低衍射角的衍射线位置和强度；
（4 ）化学式和物质名称；
（5 ）所用衍射方法及相关资料；
（6 ）晶体学数据；
（7 ）光学及其他数据；
（8 ）与样品有关的资料；
（9）衍射数据。

衍射强度表示为I1的百分数，I1是衍射图上最强衍射线的强度。

填空（25分）
1．在已开发的使用催化剂中，有四类催化剂最具特色，它们分别是_配合物催化剂_，固体酸、碱催化剂__，_复合氧化物催化剂_和_负载型金属催化剂_。

（2分）
4．一个好的固体催化剂必须具有高活性、高选择性、高强度和长寿命（2分）
10．对于同一种起始物质的平行反应，如果两个反应级数相同，由于两个竞争反应在催化剂孔内每一点以相同的相对速率进行，它们受同样的扩散影响，因而选择性与孔结构无关。

然而当两个竞争反应的级数不同时，则选择性与孔的大小有关。

在孔中反应物分压的下降，对这两个竞争反应速率的影响不同。

对级数高的影响大，对级数低的影响小。

（4分）
二．名词解释（18分）
4．HBL 值 ：表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两亲分子，表面活性剂分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量平衡程度的量，定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。

6．催化剂孔隙率催化剂孔隙率为每克催化剂内孔体积与催化剂颗粒体积（不包括颗粒之间的空隙体积）之比，以θ表示
三．简答题（57分）
7．表面性质采用哪些技术进行表征？(7分)
催化剂表面性质的表征方法一般可以分为两类:探针分子技术和直接表征技术。

探针分子技术是一类可以在接近原位条件下对催化剂进行多种表征的技术，通过此类技术可以获得催化剂的多种性质并可确定它们之间的相关性。

直接表征技术可在不使用任何探针分子的情况下对催化剂的表面微观性质进行直接观察，其获得的信息大多是来自于催化剂表面几层至十几层的表面原子的信息，所以此类技术 所反映的表面性质更具微观性，更能反映催化剂的表面本质。

11
1
ρρρθ-=颗真
颗。