2005年博士研究生考试工业催化试题[1]修改

2005年博士研究生入学考试工业催化试题及答案

一、名词解释：

多相催化－指催化剂与反应物分别处于不同相的催化反应体系，通常为固液相反应或固气相反应，

即催化剂为固相，反应物以液态或气态的形式与催化剂接触，从而发生催化反应。

催化剂寿命－是指催化剂从开始使用至它的活性下降到在生产中不能再用的程度（这个程度取决于

生产的具体技术经济条件）所经历的时间。

催化助剂－这是催化剂中具有提高主催化剂的活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械

强度和寿命等性能的组分。简言之，在催化剂中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催化剂催化性能的目的。助催化剂通常可分为：结构助催化剂、电子助催化剂、晶格缺陷助催化剂和扩散助催化剂。

活性位－催化剂的活性位随不同的催化剂而异，它可以是一个质子，配位络合物，表面原子簇，蛋

白质上的胶束囊。一般以“*”表示。对固体催化剂而言，它是固体表面的配位不饱和的原子或由这样的原子组成的簇，在一系列的反应步骤中，反应物或中间物能吸附在它的上面。

绿色化学－绿色化学相对于传统化学是更高层次的化学。它是利用化学的技术和方法去减少或消灭

那些对人体健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物及副产物等的使用和生产。其主要特点是原子经济性，即在获取新物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，因此可以充分利用资源，又不产生污染。

择形催化－因为分子筛结构中由均匀的小内径，当反应物和产物的分子线度与晶内孔径相接近时，

催化反应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小。这种选择性称之为择形催化。

物理吸附和化学吸附－由分子间的作用力即范德华力产生的吸附为物理吸附，一般不具有选择性，

即可以发生单分子层吸附，也可以形成多分子层吸附。

由化学键力产生的吸附为化学吸附，具有明显的选择性，只能发生单分子层吸附。 金属的分散度－金属在载体上微细的分散程度用分散度表示，其定义为：

D ＝总的金属离子

表面的金属离子/克催化剂 固定床反应器－凡是流体经过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称为固定床反应

器，其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所形成的床层而进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。如：炼油工业中的催化重整、异构化、基本化学工业中的氨合成、天然气转化等。

反应级数－由实验数据得出的经验速率方程，一般可写成下式幂乘积的形式：

V A ＝－dC A /dt ＝kC αA C β

B …

式中各浓度的方次α和β等，分别称为反应组分A 和B 等的分级数。反应的总级数n

为各组分分级数的代数和：n ＝α＋β＋…

二、简述题

1.试述催化作用的特征

答：催化作用有四个基本特征：

（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。

2.多相催化反应的步骤

答：在多相催化反应过程中，从反应物到产物一般经历下列步骤：

（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内表面上吸附

（3）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）反应产物自催化剂内表面脱附

（5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去

ngmiur 吸附等温式及其模型

答：这是一种理想的化学吸附模型，其模型认定：

① 吸附剂表面是均匀的； ② 吸附的分子之间无相互作用； ③ 每个吸附分子占据一个

吸附位，吸附是单层吸附； ④ 吸附平衡是动态平衡。

该等温式可表示如下：

θ＝Kp

Kp +1 其中θ为吸附气体所占据的表面覆盖分率，K 为吸附平衡常数，p 为气体的分压

4.试述沸石分子筛及其催化作用

答：分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛结构中含有大量的结晶水，加热

时可汽化除去，故分子筛又称为沸石。自然界存在的常称为沸石，人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为：

M x/n [(AlO 2)X ·(SiO 2)y ] ·ZH 2O

其中M 是金属阳离子，n 是它的价数，x 是AlO 2分子数，y 是S i O 2分子数，Z 是水分子数。

常用的主要有: A 型分子筛、八面型分子筛，如X －型和Y －型分子筛、丝光型沸石和高硅型沸石（即ZSM －5型）。分子筛在各种不同的酸性催化反应中，能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。

根据分子筛具有明确的孔腔分布，具有较高的内表面积，有良好的热稳定性，故广泛地

用作工业催化剂或催化剂载体。分子筛具有典型的择形催化性质，酸性的可调变性，因而在工业催化领域得到广泛的应用。

5.试述结构敏感反应与结构不敏感反应

答： 对于金属负载型的催化剂，Boudart 等人总结归纳出影响转换频率（活性表达的一种新

概念）的三种因素，即：①在临界范围内颗粒大小的影响和单晶的取向一种；②一种活性的第Ⅷ族金属与一种较少活性的IB 族金属，如Ni-Cu 形成合金的影响；③从一种第Ⅷ族金属替换成同族中另一种金属的影响。

根据对这三种影响因素敏感性的不同，催化反应可以区分成两大类。一类是涉及H-H 、

C-H 或O-H 键的断裂或生成的反应，它们结构的变化、合金化的变化或金属性质的变化，敏感性不大，称之为结构非敏感反应（Structure-insensitive ）。另一类是涉及C-C 、N-N 、或C-O 键的断裂或生成的反应，对结构的变化，合金化的变化或金属性质的变化敏感性较大，称之为结构敏感反应（Sturcture-sensitive ）。例如：环丙烷加氢就是一种结构非敏