催化原理思考题(终)

第一部分思考题

1.在化工生产中，催化剂和催化过程起哪些作用?

答：催化剂是一种改变一个化学反应的速度，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消耗的化学物质。催化作用通过改变反应历程而改变反应速度。

2.试述催化过程在化学工业中的地位。何为催化作用？

答：地位：由现代化工生产过程提供的化学产品中大约有85%是借助于催化过程产生的。催化作用:催化剂对化学反应所产生的效应。

3.催化剂在石油加工和石油化工领域有哪些应用？

1.答：应用：⑴从1928年发现多孔白土可以裂化重油到20世纪50年代末催化裂化技术，一直是沿着无定型硅铝裂化催化剂渐进式的进步。⑵将沸石新催化材料用做裂化催化剂使催化裂化技术出现了突破，有了飞跃的发展。⑶稀土沸石分子筛代替硅铝催化剂，被誉为“20世纪六十年代炼油工业的技术革命”。⑷由“择形催化”原理合成的2SM-5新型分子筛，开发了一系列石油化工催化新工艺。

4.试述催化作用的四大特征及其在催化剂开发研究中的实用意义。

2.答：（1）只加速热力学上可能进行的反应，△GΘT,P<=—RTInK P。

（2）只加快反应趋于化学平衡，而不改变化学平衡的位置。由△GΘT,P=—RTInK P 得，对平衡常数较大的反应假如适当的催化剂才有意义。

（3）催化剂通过改变反应历程而改变反应速率，催化剂的加入，使反应历程改变，活化能降低。

（4）催化剂对反应具有选择性，因为一种催化剂只能催化加速一个（或一类）特定的反应；有些反应由于催化剂孔隙结构和颗粒大小不同也会引起扩散控制导致选择性的改变。催化剂的选择性也是有效利用资源及开发没有副产物的清洁工艺的关键。

5.要想在500K温度下进行芳构化反应，能否为它找到一种催化剂？为什么？

∆H f∅298 kJ⋅mol-1∆ G f∅298

kJ⋅mol-1

C p = A + B T +C T2 +

D T3 / cal⋅mol-1

A B C D

H20 0 6.48 2.22⨯10-3-3.30⨯10-6 1.830⨯10-9

89.92 129.66 0.909 3.74⨯10-2-1.99⨯10-5 4.192⨯10-9

C2H452.30 68.12 -8.101 1.133⨯10-1-7.706⨯10

-5

1.703⨯10-8 6.为什么说加氢催化剂对脱氢反应也有活性？

答：催化剂是降低了反应的势能，既活化能，使得正逆反应同时加速。

7.给出转化率，选择性，产率和时空产率的定义。为什么说用时空产率比用转化

率更能反映出工业催化剂性能的优劣?

答：P12 1-6式1-7式1-8式时空产率可类比于时空收率P11倒数L3 但为何更

能反应优劣不清楚。

8.固体催化剂的孔结构是如何影响反应性能的？

答：P34 2.5 L1-L4 性能与孔结构参数正相关。

9.可否用反应速度比较催化剂活性？需要什么限制条件？

答：可以，与催化反应速度相比，非催化反应速度小到可以忽略不计

10.对工业催化剂使用性能要求包括哪几各方面?以实际工业催化剂为例加以说明。

答：P13 1.4.2 L2 ；P13 1.4.2 2、3、4段

11.固体催化剂是由哪几部分组成的?以实例加以说明组成中各部分的功能。答：P7 1.3.1；实例 P7-9

12.试述物理吸附和化学吸附的区别及两者在催化研究中的应用。

答：P19 2.1.1 第一段；物理吸附在化学工业、石油加工工业、农业、医药工业、环境保护等部门和领域都有广泛的应用，最常用的是从气体和液体介质中回收有用物质或去除杂质，如气体的分离、气体或液体的干燥、油的脱色等。物理吸附在多相催化中有特殊的意义，它不仅是多相催化反应的先决条件，而且利用物理吸附原理可以测定催化剂的表面积和孔结构，而这些宏观性质对于制备优良催化剂，比较催化活性，改进反应物和产物的扩散条件，选择催化剂的载体以及催化剂的再生等方面都有重要作用。在复相催化中，多数属于固体表面催化气相反应，它与固体表面吸附紧密相关。在这类催化反应中，至少有一种反应物是被固体表面化学吸附的，而且这种吸附是催化过程的关键步骤。在固体表面的吸附层中，气体分子的密度要比气相中高得多，但是催化剂加速反应一般并不是表面浓度增大的结果，而主要是因为被吸附分子、离子或基团具有高的反应活性。气体分子在固体表面化学吸附时可能引起离解、变形等，可以大大提高它们的反应活性。因此，化学吸附的研究对阐明催化机理是十分重要的。化学吸附与固体表面结构有关。表面结构化学吸附的研究中有许多新方法和新技术，例如场发射显微镜、场离子显微镜、低能电子衍射、红外光谱、核磁共振、电子能谱化学分析、同位素交换法等。其中场发射显微镜和场离子显微镜能直接观察不同晶面上的吸附以及表面上个别原子的位置，故为各种表面的晶格缺陷、吸附性质及机理的研究提供了最直接的证据。—百度百科）

13.写出氢的物理吸附态和化学吸附态。

；P25 1 [1][2]

答：H

2

14.绘出H2分子在金属Ni上解离吸附过程的势能图，并指出吸附活化能。该图可反映出哪些问题?

答：P20 2-1图；见图2-1；P20 2.1.2 Ed=Ea+qc

15.物理吸附是放热过程还是吸热过程？为什么?

答：吸热，能量下降

16.给出积分吸附热，微分吸附热和初始吸附热的定义。

答：在恒温吸附的整个过程中，吸附1mol分子所产生的热效应；Q

=(əq/əu)*T

微

在恒温下，发生极微小的变化时，产生的吸附热效应；当吸附量趋于0时产生的热）

17.微分吸附热，吸附活化能，脱附活化能与表面覆盖度之间有什么关系?

答：Ed=Ea+qc即脱附活化能=吸附活化能+化学吸附P21 倒数L3

ngmuir型理想吸附是建立在哪些假定的基础上?

答:P29 ①②③④）

19.真实吸附与理想吸附的区别及其原因是什么?

答：参照P28Langmuir理想吸附模型及其后相关方程回答。

20.何为吸附等温线？何为吸附等压线？何为吸附等量线

答：P282.3.1L3-4;L12;L13-14 ）

21.催化剂的吸附等温线可概括为哪几种类型？

答：P28图2-9

22.写出Langmuir吸附等温式在缔合吸附，解离吸附，多组分竞争吸附时的表达式。

答：P29-30 式2-4到式2-9

23.B.E.T吸附的基本假定有哪几点?它与Langmuir吸附有何不同？

答：P31L9-L12;P31表2-4

24.如何测定固体的表面积？需测定哪些数据，写出用BET方程计算固体表面积的步骤。

答：P32 2.4.1 P34 2.4.2 P33 式（2-15）

25.何为反应控制步骤？

答：P18 1.5.4 L1-L3

26.多相催化反应过程中，从反应物到产物要经历哪些步骤？哪些属于化学过程？哪些属于物理过程？

答：物理过程：外扩散，内扩散

化学过程：反应物化学吸附生成活性中间物质；活性中间物进行化学反应生成产物；吸附产物通过脱附释放，催化剂得以还原。

27.何为宏观动力学？何为本征动力学？

答：宏观又称为表观动力学，是指反应器传递过程影响下的反应动力学。

本征动力学又称微观动力学、反应固有动力学（相对于表观动力学而言），