催化原理与方法复习题目..

1.简述催化研究的基本思路

热力学分析；

活性组分，载体；理论分析，动力学分

选择制备途径。析，中间产物检测

反应器选择；

活性评价。各种物理化学方法

温度，压力，浓度，用量

2.按催化剂作用机理，催化体系可以分为哪几类？试述它们的特点，并举例说明相关的反应。

按反应机理中反应物被活化的起因，催化体系可以分为：

①酸碱催化反应：反应物分子与催化剂之间发生电子对的转移而使反应物分子中化学键进行非均裂，从而形成了活性物种。如：异构化、环化、水合、脱水、烷基化。

②氧化还原催化反应：反应物分子与催化剂之间发生单电子的转移，而使反应物分子中化学键进行均裂，从而形成了活性物种。如：加氢反应、氧化还原。

③配位催化反应：反应物分子与催化剂之间形成配位键而使反应物分子活化。如：乙烯聚合。

3.催化剂通常包含几个部分？简述各自的作用。

催化剂通常包含四个部分：主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体。

✩主催化剂：在催化剂中产生活性的组分，没有它催化剂就没有活性。

✩共催化剂：和主催化剂同时起作用的成分。

✩助催化剂：本身无活性或活性较小，但加入少量后，可大大提高催化剂的活性、选择性、寿命、稳定性等性能的物质。

载体：担载活性组分和助剂的物质。载体在催化剂中的作用：

1.它决定催化剂的基本物理结构和性能，如孔结构，比表面，机械强度等；

2.减小活性组分的用量，降低成本；

3.提供附加活性中心；

4.增加催化剂中活性组分的抗毒性能，延长寿命。

4.按物质的类型来划分，催化剂可以分为哪几类？

5.催化剂和催化作用的特征有哪些？

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通过改变反应历程，降低反应活化能。

6.评价催化剂主要性能的指标？

活性：高；选择性：高；寿命：长；价格：低。

7.催化剂活性的表示方法有哪些？

转换频率；反应速率；速率常数；转化率；活化能；达到某一转化率所需反应温度。

8.什么是催化剂的失活？简述催化剂失活的原因。

催化剂在实际使用过程中，其结构和组成等逐渐遭到破坏，从而催化剂活性或选择性逐渐降低，称为催化剂的失活。

催化剂失活的原因：一是催化剂化学组成发生变化。例如，催化剂在反应过程中，活性组分的化学物质发生了变化，活性组分的流失，以及中毒等。二是催化剂的结构发生了变化。例如，活性组分在载体上分散度的变化，活性组分烧结和再结晶，积碳、表面覆盖，孔隙被堵塞等。

9.根据分子轨道理论，简要说明HF分子是如何成键的。

依据分子轨道理论，成键时需要满足三个原则：对称性匹配原则，能量相近原则，最大重叠原则。其中，对称性匹配原则是首要原则。

首先，与H原子的1s轨道相匹配的F原子轨道有1s，2s，2p x 。其次，依据能量相近原则，与H原子的1s轨道能量相近的为F原子2p x轨道，二者再进行最大重叠，即形成HF 的分子轨道。

10.分别从配合物的价键理论和晶体场理论来解释 [FeF6]3-的磁性。✩价键理论：Fe3+的外层电子为3d5，而[FeF6]3-是由Fe3+离子的4s、4p、4d轨道，采用sp3d2杂化与6个F-离子以离子键结合形成的。因此，[FeF6]3- 中有5个未成对电子，具有顺磁性。

✩晶体场理论：中心原子Fe3+在周围配体的电场作用下，原来能量相同的5个d轨道发生分裂，其中2个轨道能量升高（记为e g），另外3个轨道能量下降（记为t2g）；由光谱化学序列可知，F-离子是弱场配体，配合物采取高自旋的方式，电子尽可能分占各个空轨道，即Fe3+ 外层的5个d电子分占了5个d轨道。因此，[FeF6]3- 中有5个未成对电子，具有顺磁性。

11.简述多相催化反应过程。

界面层外表面

①外扩散；②内扩散；③吸附；④反应；⑤脱附；⑥内扩散；⑦外扩散

12.什么是化学吸附？它与物理吸附有何异同点？

化学吸附：吸附后分子结构发生了变化，和化学反应一样有旧键的破坏和新键的生成。物理吸附：吸附后分子结构变化不大，和蒸气凝聚成液体的相变很相似。

物理吸附与化学吸附的区别：

13.画出吸附等温线各分类的示意图。

14.简述Langmuir方程依据的模型。

①.吸附剂表面是均匀的，各吸附中心能量相同；

②.吸附分子间无相互作用；

③.吸附是单分子层吸附；

④.在一定条件下，吸附与脱附速率相等，可建立动态的吸附平衡。

以上这些条件包含了吸附热与表面覆盖度θ无关之意。根据该模型可以建Langmuir等温方程。

15.请写出B.E.T.方程的数学表达式，并计算下面硅胶样品比表面积（用液氮来测硅胶的比表面，通过利用 P 对P/P S作图测得

Γ(P S - P)

斜率=13.85×10-3cm3，截距=0.15×10-3cm-3，硅胶样品量为0.83g，Am = 0.162nm2）

B.E.T 方程的数学表达式为：

斜率 截距

16.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。 ①沉淀法

用沉淀剂（如碱类物质）将可溶性的催化剂组分（金属盐类的水溶液）转化为难溶化合物，再经分离、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制的成品催化剂。

沉淀剂 →金属盐溶液 →沉淀 →洗涤 →干燥 →焙烧 →研磨 →成型 →活化 →催化剂 ②浸渍法

将载体浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，接触一定时间后除去过剩的溶液，再经干燥、焙烧和活化。

载体（如Al 2O 3）的沉淀 → 洗涤干燥 → 载体的成型 → 用活性组分浸渍 → 干燥 → 焙烧分解 → 活化还原 → 负载型金属催化剂

优点：

1. 可以用既成外形与尺寸的载体，省去催化剂成型的步骤

2. 负载组分多数情况下仅仅分布在载体表面上，利用率高，用量少，成本低

缺点：

1. 催化剂干燥时，有时因催化活性物质向外表面的迁移而使部分内表面活性物质的浓

度降低，甚至载体未被覆盖

2. 活性物质在载体横断面的均匀或不均匀分布

C - 1

V m C

1 V m C

S = A m × N A × × 1018 m 2/g V m

22414

p V (p s - p) = + 1 V m C

C - 1 V m C p p s