工业催化试题答案

催化科学与技术八大领域：

1.多相催化科学与技术

2.均相催化科学与技术(包括负载络合催化, 均相过程多相化).

3.光、电催化科学与技术(光催化与电极催化过程).

4.酶催化科学与技术(酶的结构与性能,酶改性,酶浓集和固定化,

酶的分离和负载以及仿酶催化).

5.催化分离科学与技术(催化蒸馏,催化膜反应,催化萃取)

6.催化材料科学与技术

7.催化剂制造科学与技术(沉淀法,浸渍法,沉淀沉积法,溶胶凝胶

法,超临界反应法, 等离子体法,生物法制酶等).

8.催化剂性能表征和催化研究方法

☐特征：（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应.

（2）只能加速到达反应平衡的时间，不能改变化学平衡位置.

（3）催化剂对反应具有选择性

（4）催化剂活性有一定寿命

☐催化剂组成

①活性组分：提供改变反应历程的组分，多为金属、氧化物、酸碱

②载体组分：是或活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。多数为硅和铝

的氧化物

③助催化剂组分：催化剂的辅助组分，本身没有活性或者活性很低，用于

改善催化剂的各种性能

☐载体功能：

①提供适宜的比表面和孔结构

②维持催化的形状和机械强度

③改善催化剂热传导性

④提高催化剂中活性组分分散度

⑤提供附加活性中心

⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用

活性组分与载体的溢流现象（Spillover）和强相互作用

所谓溢流现象，是指固体催化剂表面的活性中心（原有的活性中心）经吸附产生出一种离子的或者自由基的活性物种，它们迁移到别的活性中心处（次级活性中心）的现象。它们可以化学吸附诱导出新的活性或进行某种化学反应。如果没有原有活性中心，这种次级活性中心不可能产生出有意义的活性物种，这就是溢流现象。它的发生至少两个必要的条件：（A）溢流物种发生的主源；（B）接受新物种的受体，它是次级活性中心。

☐工业催化剂的要求

1、催化剂的活性：

2、催化剂的选择性：

3、催化剂的稳定性

4、环境相容性

催化剂稳定性

化学稳定性、耐热稳定性、抗毒稳定性、机械稳定性

螺型位错：在切应力τ的作用下，晶体右端上下两部分沿滑移面ABCD发生了一个原子间距的局部位移，而右半部分未发生位移，其边界线bb’就是一条位错线，平行于滑移方向。在bb’和AB两线之间有一个约几个原子间距宽，上下层原子不吻合的过渡区。

☐混合位错：位错线与滑移方向既不垂直、又不平行的位错。混合位错可以分解成韧型位错和螺型位错

。基于晶体结构的周期性，晶体中各个电子的散射波可相互干涉相互叠加，称之为相干散射或衍射。

包括五个连续的步骤。

(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表面上吸附；

(3)被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)反应产物自催化剂表面脱附；

(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。

上述步骤中的第(1)和(5)为反应物、产物的扩散过程。属于传质过程。第(2)、(3)、(4)步均属于在表面进行的化学过程，与催化剂的表面结构、性质相反应条件有关，也叫做化学动力学过程

外扩散：反应物分子从流体体相通过吸附在气、固边界层的静止气膜（或液膜）达到颗粒外表面，或者产物分子从颗粒外表面通过静止层进入流体体相的过程，称为外扩散过程。

内扩散：反应物分子从颗粒外表面扩散进入到颗粒孔隙内部，或者产物分子从孔隙内部扩散到颗粒外表面的过程，称为内扩散过程。

☐扩散控制的判断和消除：为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响

外扩散阻力：气固（或液固）边界的静止层

消除方法：提高空速

内扩散阻力：催化剂颗粒空隙内经和长度.

消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂空隙直径

物理吸附与化学吸附特点

☐物理吸附是表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。具体地是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力。物理吸附就好像蒸汽的液化，只是液化发生在固体表面上罢了。分子在发生物理吸附后分子没有发生显著变化。

☐化学吸附是在催化剂表面质点吸附分子间的化学作用力而引起的，如同化学反应一样，而两者之间发生电子转移并形成离子型，共价型，自由基型，络合型等新的化学键。吸附分子往往会解离成原子、基团或离子。

这种吸附粒子具有比原来的分子较强的化学吸附能力。因此化学吸附是多相催化反应过程不可缺少的基本因素。

物理吸附

吸附力范德华力

吸附层单层或多层

选择性无

热效应较小，近于液化热

吸附速度较快，不需活化能

化学吸附

化学键力

单层

有

较大，近于化学反应热

较慢，温度升高速度加快，

需活化能

☐氧化物表面的化学吸附

☐n型半导体氧化物(电子导电)特点：如ZnO1-x（脱氧后有Zn0存在）

（1）表面符合化学计量关系（少见)：不发生氧化剂O-2化学吸附

（2）表面缺氧（一般如此）：O-2发生较弱的化学吸附

（3）对还原性气体：有较强的化学吸附，表面O-2会被还原

☐p型半导体氧化物(正电离子空穴导电)特点：如NiO1+x（存在过剩O）（1）吸附氧化剂使金属氧化数升高，表面形成氧离子覆盖层

（2）吸附还原剂，金属离子被还原

☐绝缘体氧化物（确定化学计量氧化物MgO、SiO2、Al2O3）上吸附：他们不是通过金属的氧化－还原来吸附，而是通过表面的羟基化作用：☐重构（reconsrtuctions）：表面原子寻求新平衡位置引起的另一种结构变化，重构不仅键角变化，而且自旋对成性和配位数也发生变化。

驰豫（relaxition）：在一定的物理化学环境下，表面原子或分子寻求新的平衡位置，导致表面第一、二层原子（分子）距离改变，这种现象叫做驰豫。驰豫结果是第一、二层原子（分子）距离缩短、键角改变。理论上距离加

凡是能给出质子或者接受电子对的物质称为酸(B酸或L酸)

2.凡是能接受质子或者给出电子对的物质称为碱(B碱或L碱)

酸碱催化剂的分类：

1.固体酸：天然粘土物质，天然沸石，金属氧化物及硫化物，氧化物混合

物，金属盐等；

2.固体碱：碱金属及碱土金属分散于氧化硅、氧化铝上，金属氧化物，金

属盐等

3.液体酸：H2SO4,H3PO4,HCl水溶液，醋酸等

4.液体碱：NaOH水溶液，KOH水溶液

固体表面酸类型和鉴定

NH3为探针分子鉴别

⏹NH3吸附在L酸中心时，是氮的孤对电子配位到L酸中心上形成的，其

红外光谱类似于金属离于同NH3的配位络合物，吸附峰在3300 cm-1及1640 cm-1 处，；

⏹NH3吸附在B酸中心上，接受质子形成NH4＋，吸收峰在3120 cm-1，

及1450 cm-1处。

⏹NH3吸附在B酸中心上强度是L酸中心上强度的4倍。

⏹酸强度是指给出质子的能力(B酸强度)或者接受电子对的能力(L酸强度)。

酸强度表示酸与碱作用的强弱，是一个相对量。