思考题

1.什么是催化剂？什么是催化作用？催化作用的特征有哪些？工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂？

催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。

（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）催化剂的寿命。催化剂能改变化学反应的速率，其自身并不进入反应的产物，在理想的情况下不为反应所改变。但在实际过程中不能无限制的使用，催化剂经过多次使用后会失活

对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。

第二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。

2. 催化剂是如何加快化学反应速度的？

催化剂加快反应速率的原因与温度对反应速率的影响是根本不同的。催化剂可以改变反应的路线，降低反应的活化能，使反应物分子中活化分子的百分数增大，反应速率加快。

3.催化剂的活性、选择性的含义是什么？

催化剂的活性，又称催化活性，是指催化剂对反应加速的程度，可以作为衡量催化剂效能大小的标准。催化剂的选择性是使反应向生成某一特定产物的方向进行。转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量。

4.催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？

催化作用是通过加入催化剂，实现低活化能的化学反应途径，从而加速化学反应。催化剂通过改变反应历程，使化学反应所需克服的能垒数值大大减少

5. 催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？

随着使用时间的增长，催化剂的热稳定性，化学稳定性和机械稳定性都会降低，知道达不到催化反应的要求。

因素：1》热稳定性，温度的变化会使催化剂的活性组分挥发流失，附在金属烧结或晶粒长大等

2》化学稳定性，由于有害杂质（原料中的杂质会反应中的副产物）导致表面玷污，阻塞或烧结结焦等对催化剂的毒害作用

3》机械稳定性的变化,抗磨强度，抗冲击强度，抗化学变化或相变化引起的内聚应力，抗床层压降变化导致的冲击强度等下降

催化剂吱声哪怕是短暂的参与者在长期受热化学变化，也会经常受到一些不可逆的物理化学变化，如晶体分散度的变化，易挥发组分的流失或失活，易熔物质的熔融等，这些过程导致催化剂活性下降，当反应长时间进行时最终导致催化剂的失活。

6. 均相催化有什么特点？

（1）反应条件温和，有利于节能。

（2）反应性能单一，具有特定的选择性。

（3）作用机理研究清楚明晰，催化剂的活性和选择性易于精心调配和设计。

（4）催化剂的稳定性差，且不易与产物分离。

7. 固体催化剂一般由哪几部分组成？载体在催化剂中的作用是什么？结构型助剂与电子型助剂有何区别？

主催化剂、共催化剂、助催化剂、载体。

主催化剂是催化剂中产生活性的部分，没有它催化剂就不能产生催化作用。共催化剂：和祝催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一不可。助剂：本身没有活性或活性很低，少量助剂加到催化剂中，与活性组分产生作用，从而显著改善催化剂的活性和选择性等。载体：载体主要对催化活性组分起机械承载作用，并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构；提高催化剂的热稳定性和抗毒能力；减少催化剂用量，降低成本。

助催化剂分为：结构型助催化剂、电子型、扩散型、毒化型助催化剂。结构型助催化剂通常不影响活性组分的本性，而电子型助催化剂能改变催化剂活性组分的本性，包括结构和化学特性。

8. 一个好的工业催化剂应满足哪些条件？

1）高活性：缓和的反应条件。低压、低温、高空速、大处理量；降低装置造价；降低操作费用；提高过程经济性（2）稳定性好：长寿命、使用时间长。活性下降慢；抗烧结、中毒、结焦、污染能力强；降低催化剂费用；提高过程经济性。（3）流体流动：流体的分布、压力降、扩散效应。催化剂利用率和过程控制；流体的分布：均匀、湍流、接近活塞流

反应器与催化剂颗粒直径比5~10；反应器长与催化剂颗粒直径比>50~100（4）压力降：尽可能小。提高催化剂床层空隙

9. 何为转化率、收率和选择性？如何计算转化率、收率和选择性？

转化率：已经转化的物料量占总进料量的比例大小

产率：生成的目的产物量占反应物初始总量的比例

选择性：目的产物占总产物的比例（m%, mol%）

转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量为选择性。产率=选择性*转化率10.朗格谬尔、BET吸附等温式的假设及用途是什么？

朗格谬尔假设：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。

BET理论假设：

①固体表面是均匀的，自由表面对所有分子的吸附机会相等，分子的吸附、脱附不受其他分子存在的影响；

②固体表面与气体分子的作用力为范德华力，因此在第一吸附层上还可以进行多层吸附

2. 何为控制步骤？研究催化反应控制步骤对选择和改进催化剂有何用途？如何消除内、外扩散影响？

多步反应中，若其中某一步骤的阻力远较其他步骤为大，则该步骤为控制步骤,研究催反应的控制步骤可以根据其控制步骤的影响和特点针对性的提出解决方案，来大大提高催化剂的活性及其及其催化效率。外扩散阻力：气固（或液固）静止的边界层

消除方法：提高空速

内扩散阻力：催化剂颗粒孔隙内径和长度

消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂孔隙直径

为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响

3. 表面催化反应包括哪几个步骤？

（1）反应物由气相主体扩散到催化剂外表面

（2）反应物由催化剂外表面扩散到催化剂内表面

（3）反应物的化学吸附

（4）被吸附的反应物发生化学反应生成产物

（5）产物的解吸

（6）产物由催化剂内表面扩散到催化剂外表面

（7）产物由催化剂外表面扩散到气相主体

其中（1）、（7）步为外扩散，（2）、（6）步为内扩散，（3）、（4）、（5）步为化学动力学过程

4.物理吸附和化学吸附的特点分别是什么？

本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力类似于蒸汽的凝聚和气体的液化，后者为化学键力，类似于化学反应，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同

5. 举例说明催化循环？

反应物化学吸附生成活性中间物

活性中间物进行化学反应生成产物

吸附的产物经过脱附得到产物

催化剂得以复原

6.化学吸附态的研究有什么意义？

化学吸附态是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。同一种物质在同一固体表面吸附可随条件不同呈现不同的吸附态。吸附态不同，使催化最终产物不同。因此化学吸附态及化学吸附物种的确定对于多相催化理论的研究具有重要意义。

1. 何谓质子酸和非质子酸？它们的催化作用有何异同？

所谓质子酸就是能够给出质子的酸，例如B酸。所谓非质子酸就是能够接受电子对的酸，例如L酸

异同：酸位的性质与催化作用的关系

酸催化的反应与酸位的性质密切相关，不同类型的反应要求不同酸位性质的催化剂。（1）大多数酸催化与B酸位有关。

如异构化，苯类歧化，脱烷基化等。

（2）有些反应需L酸位。

如有机物的乙酰化反应及涉及π重组。

（3）有的反应需要强B酸作用下才能发生。

如烷基芳烃的歧化等。

（4）有的反应需要L酸，B酸同时存在而且有协同效应才行。

如烃类催化裂化

2. 酸度和酸强度的含义？如何测定？区别B 酸和L 酸的实验方法？

酸度：指固体酸的单位面积的含酸量。（1）酸强度是指给出质子的能力（B 酸强度）或接受电子对的能力（L 酸强度）用函数H0 表示（2）测试方法：正丁胺指示剂滴定法测是总酸度和酸强度气态碱吸附脱附法（NH3，吡啶等）--程序升温脱附法（TPD）脱附温度越高酸强度越强。（3）能够接受电子对的物质称为L 酸；能够给出质子的物质称为B 酸。区别