(完整word版)工业催化的复习思考题

第一、二章复习思考题

1催化剂在人类社会的作用主要表现在哪些方面？

（1）更新原料路线，采用更廉价的原料；

（2）革新工艺流程，促进工艺过程开发；

（3）缓和工艺操作条件，达到节能的目的；

（4）开发新产品，提高产品的效率，改善产品质量；

（5）消除环境污染或开发从原料到产品的整个化工过程。

2什么是催化剂、催化作用及催化反应的补偿效应催化剂是如何定义的？

催化剂是一类能够改变化学反应的速度，不改变热力学平衡，并不被明显消耗的物质。催化作用：是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被明显消耗的一种叫催化剂的外加物质来加速或减慢化学反应速度的现象。补偿效应:在用不同方法制备的催化剂上，研究一个给定的催化反应时，用Arrhenius方程表示反应速率常数时，不同催化剂的指前因子A和活化能E是以彼此补偿的方式变化的，导致不同的催化剂在相同的温度和压力下的反应速率常数（或反应速率）为恒值。

3催化作用的四个基本特征是什么？

⑴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；⑵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)，且催化剂可同时加速正逆反应；⑶催化剂对反应具有选择性，当反应有一个以上生成多种产物的方向时，催化剂仅加速其中的一种。⑷催化剂由正常运转到更换所延续时间（寿命）。

4工业催化剂的组分：活性组分、载体、助催化剂。

（1）活性组分是催化剂的主要成分，它是催化剂设计的第一步，没有它，催化反应几乎不发生。其类别主要有三：即导体、半导体和绝缘体。

（2）载体是催化活性的分散剂、粘合剂或支撑体，是负载活性组分的骨架。

载体的功能：

①提供有效的表面和适宜的孔结构（维持活性组分高度分散是载体最重要的功能之一）；

②增强催化剂的机械强度（是指抗磨损、抗冲击、抗重力、抗压、和适应温度、相变的能力），使催化剂具有一定的形状；

③改善催化剂的传导性；

④减少活性组分的含量；

⑤载体提供附加的活性中心；

⑥活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用；

（3）助催化剂:催化剂中加入的另一种或者多种物质，本身不具活性或活性很小的物质，但能改变催化剂的部分性质(如催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等)从而使催化剂的活性、选择性、抗毒性或稳定性得以改善。其作用是：①帮助载体，控制载体的稳定性，控制不希望有的活性，②帮助活性组分，可能是结构的或电子的，③助抗中毒。

助催化剂的分类: 结构型和电子型

①结构型助催化剂的作用——提高活性组分的分散性和热稳定性

——与活性组分生成高熔点的化合物或固熔体而达到热稳定

②电子型助催化剂的作用——改变主催化剂的电子结构，促进催化活性及选择性：

③促进载体功能

5催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些？

1）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原料。

2）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。

3）原来无法生产的过程，可以实现生产。

4）原来需要多步完成的，变为一步完成。

5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低，质量高。如催化裂化。

6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染减少。

6 催化剂按反应体系的分类有哪些，有什么特点。

1.按催化反应体系物象的均一性分类：（1）均相催化（2）多相催化(3)酶催化。

2.按催化剂的作用机理分类：（1）氧化还原（2）酸碱催化（3）配位催化。

3.按催化反应类别分类：按均一性分类的各种催化的特点：（1）均相催化——反应机理易于研究，但工业化难，催化剂的回收也难。（2）多相催化——催化剂与反应物有相界隔开，易于工业化，但难于确定反应机理。(3)酶催化——兼有均相催化和多相催化的特点，活性和选择性都很高。

7载体具有哪些功能和作用？

①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性；⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。

8代表催化剂性能的重要指标是什么？

催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标，主要包括催化剂的活性、选择性和稳定性。

催化剂的活性：指催化剂能加快化学反应的反应速度的程度

催化剂的选择性：使反应向生成某一特定产物的方向进行。

催化剂的稳定性：是指在使用条件下，催化剂具有稳定活性的周期

9多相催化反应的过程步骤可分为哪几步？实质上可分为几步？

⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。⑶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。⑷反应产物自催化剂内表面脱附。⑸反应产物在孔内扩散到反应气流中去

⑴⑸扩散为物理过程；⑵⑶⑷为化学过程

10吸附是如何定义的？

吸附是指气体在固体表面富集的现象。

11物理吸附与化学吸附的特点？物理吸附与化学吸附的本质不同是什么？

物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小(8～20kJ/mol)，接近于气体的液化热，且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生，吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快，可单分子层或多分子层吸附，不需要活化能。

化学吸附与一般的化学反应相似，是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性特征，吸附热大(40～800kJ/mol)，吸附很稳定，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附更是如此，吸附是单分子层的，具有饱和性。

吸附分为物理吸附和化学吸附。二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力，后者为化学键力

12为何说Langmuir吸附为理想吸附？其基本假设是什么？

模型假设：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。

13催化剂的比表面测定有哪些实验方法？

低温氮吸附容量法、重量法、色谱法

14何为扩散？催化剂颗粒内部存在几种扩散形式？

扩散：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。

催化剂颗粒内部可分为：微孔扩散、过渡区扩散、构型扩散以及表面扩散

15催化剂好差的评价（价值）：重要性顺序：选择性＞寿命＞活性

(1) 催化剂的活性(2) 催化剂的选择性(3) 催化剂的寿命，可以分为三个部分，成熟期，稳定期和衰老期。(4) 催化剂的价格(5) 催化剂的稳定性

16工业催化剂着重考虑的问题：

（1）活性(包括选择性)（2）稳定性（3）流体流动性（4）机械性质

17说明催化剂为什么不能改变平衡反应的平衡位置？

对于给定的反应，在已知条件下，其催化和非催化过程的-△G0r值是相同的，即K f值是相同的，所以平衡位置没有改变。

另一种答案：化学平衡是由热力学决定的，

ln

p

G RT k

∆=-

o

，其中p

k

为反应的平衡常数，G

∆o是产物与反应

物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关。催化剂的存在不影响G

∆o值，它