催化劑與催化作用復(fù)習(xí)總結(jié)

1、催化劑的作用的特征有哪些？催化劑能否改變化學(xué)平衡？（ 1） 催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上無法進行的反應(yīng)（ 2） 催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡的位置（平衡常數(shù)）（ 3） 催化劑對反應(yīng)具有選擇性（ 4） 催化劑的壽命。催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，其自身并不進入反應(yīng)的產(chǎn)物，在理想的情況下不為反應(yīng)所改變。但在實際過程中不能無限制的使用，催化劑經(jīng)過多次使用后會失活。催化劑如何加快化學(xué)反應(yīng)速度？催化劑加快反應(yīng)速率的原因與溫度對反應(yīng)速率的影響是根本不同的。催化劑可以改變反應(yīng)的路線，降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)物分子中活化分子的百分數(shù)增大，反應(yīng)速率加快。催化作用可分為均相

2、催化和非均相催化兩種。 如果催化劑和反應(yīng)物同處于氣態(tài)或液態(tài)， 即為均相催化。若催化劑為固態(tài)物質(zhì)，反應(yīng)物是氣態(tài)或液態(tài)時，即稱為非均相催化。在均相催化中，催化劑跟反應(yīng)物分子或離子通常結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間物即活化絡(luò)合物。這一過程的活化能通常比較低，因此反應(yīng)速率快，然后中間物又跟另一反應(yīng)物迅速作用(活化能也較低 )生成最終產(chǎn)物，并再生出催化劑。該過程可表示為：A B=AB( 慢 )A C=AC( 快)AC B=AB C(快 )式中 A 、 B 為反應(yīng)物， AB 為產(chǎn)物， C 為催化劑。由于反應(yīng)的途徑發(fā)生了改變，將一步進行的反應(yīng)分為兩步進行，兩步反應(yīng)的活化能之和也遠比一步反應(yīng)的低。該理論被稱為“中間產(chǎn)物

3、理論”。在非均相催化過程中， 催化劑是固體物質(zhì)， 固體催化劑的表面存在一些能吸附反應(yīng)物分子的特別活躍中心，稱為活化中心。反應(yīng)物在催化劑表面的活性中心形成不穩(wěn)定的中間化合物，從而降低了原反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)能迅速進行。催化劑表面積越大，其催化活性越高。因此催化劑通常被做成細顆粒狀或?qū)⑵涓捷d在多孔載體上。許多工業(yè)生產(chǎn)中都使用了這種非均相催化劑，如石油裂化，合成氨等，使用大量的金屬氧化物固體催化劑。該理論稱為“活化中心理論” 。催化劑可以同樣程度地加快正、逆反應(yīng)的速率，不能使化學(xué)平衡移動，不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。請注意加快逆反應(yīng)也就是減慢反應(yīng)速率，這種催化劑也叫負催化劑！催化劑的活性、選擇性的含義？

4、催化劑的活性， 又稱催化活性， 是指催化劑對反應(yīng)加速的程度，可以作為衡量催化劑效能大小的標準。催化劑的選擇性是使反應(yīng)向生成某一特定產(chǎn)物的方向進行。轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物所消耗的某反應(yīng)物量/ 某反應(yīng)轉(zhuǎn)化的總量。催化反應(yīng)的活化能是否與非催化反應(yīng)的相同？為什么？（ 1）不改變反應(yīng)熱： 因為催化劑只是通過改變化學(xué)反應(yīng)歷程來降低活化能，而化學(xué)反應(yīng)前后的能量變化是由反應(yīng)物和產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的相對能位來決定，反應(yīng)物與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確定了它們的相對能位，即不改變反應(yīng)物與生成物的摩爾焓，因此加入催化劑不改變反應(yīng)熱。（ 2）降低活化能：因為催化劑通過改變反應(yīng)歷程，使反應(yīng)沿著一條更容易進行的途徑進行。催化劑為什么具有壽命？影響

5、催化劑的壽命的因素有哪些？指催化劑的有效使用期限，是催化劑的重要性質(zhì)之一。催化劑在使用過程中，效率會逐漸下降，影響催化過程的進行。例如因催化活性或催化劑選擇性下降，以及因催化劑粉碎而引起床層壓力降增加等，均導(dǎo)致生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益降低，甚至無法正常運行。化學(xué)穩(wěn)定性 : 化學(xué)組成與化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定，活性組分與助劑不反應(yīng)與流失；耐熱穩(wěn)定性 : 不燒結(jié)、微晶長大和晶相變化；抗毒穩(wěn)定性 : 抗吸附活性毒物失活；機械穩(wěn)定性 : 抗磨損率、壓碎強度、抗熱沖擊。決定催化劑使用過程中的破碎和磨損舉例說明催化循環(huán)？非締合活化催化循環(huán)定義： 在催化反應(yīng)過程中催化劑以兩種明顯的價態(tài)存在，反應(yīng)物的活化經(jīng)由催化劑與反應(yīng)物分子

6、間明顯的電子轉(zhuǎn)移過程，催化中心的兩種價態(tài)對于反應(yīng)物的活化是獨立的，這種催化循環(huán)稱之為非締合活化催化循環(huán)。舉例：氧化亞氮在鎳催化劑上的分解反應(yīng)。締合活化催化循環(huán)定義：在催化反應(yīng)過程中催化劑沒有價態(tài)的變化，反應(yīng)物分子活化經(jīng)由催化劑與反應(yīng)物配位，形成絡(luò)合物，再由絡(luò)合物或其衍生出的活性中間物種進一步反應(yīng)，生成產(chǎn)物，并使催化劑復(fù)原。反應(yīng)物分子活化是在絡(luò)合物配位層中發(fā)生的。舉例：固體酸催化劑作用下的乙烯水合反應(yīng)。固體催化劑的組成？各組成的作用？結(jié)構(gòu)型助劑與電子型助劑有何區(qū)別？主催化劑、共催化劑、助催化劑、載體主催化劑是催化劑中產(chǎn)生活性的部分，沒有它催化劑就不能產(chǎn)生催化作用。 共催化劑：和祝催化劑同時起催化

7、作用的物質(zhì)，二者缺一不可。助劑：本身沒有活性或活性很低，少量助劑加到催化劑中，與活性組分產(chǎn)生作 用，從而顯著改善催化劑的活性和選擇性等。載體：載體主要對催化活性組分起機械承載作用，并增加有效催化反應(yīng)表面、提供適宜的孔結(jié)構(gòu)；提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒能力；減少催化劑用量，降低成本。助催化劑分為：結(jié)構(gòu)型助催化劑、電子型、擴散型、毒化型助催化劑。結(jié)構(gòu)型助催化劑通常不影響活性組分的本性，而電子型助催化劑能改變催化劑活性組分的本性，包括結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性。一個好的工業(yè)催化劑應(yīng)滿足哪些條件？（ 1）高活性：緩和的反應(yīng)條件。低壓、低溫、高空速、大處理量；降低裝置造價；降低操作費用；提高過程經(jīng)濟性（ 2）穩(wěn)定性好

8、：長壽命、使用時間長?；钚韵陆德?；抗燒結(jié)、中毒、結(jié)焦、污染能力強；降低催化劑費用；提高過程經(jīng)濟性。 （3）流體流動：流體的分布、壓力降、擴散效應(yīng)。催化劑利用率和過程控制；流體的分布：均勻、湍流、接近活塞流反應(yīng)器與催化劑顆粒直徑比 510；反應(yīng)器長與催化劑顆粒直徑比 >50100（4）壓力降：盡可能小。提高催化劑床層空隙何為轉(zhuǎn)化率、收率和選擇率、如何計算？轉(zhuǎn)化率：已經(jīng)轉(zhuǎn)化的物料量占總進料量的比例大小產(chǎn)率：生成的目的產(chǎn)物量占反應(yīng)物初始總量的比例選擇性：目的產(chǎn)物占總產(chǎn)物的比例（m%, mol% ）轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物所消耗的某反應(yīng)物量/某反應(yīng)轉(zhuǎn)化的總量為選擇性。產(chǎn)率= 選擇性 *轉(zhuǎn)化率為什么加氫催化

9、劑對脫氫反應(yīng)也有活性？工業(yè)上可逆反應(yīng)選擇的催化劑為什么往往是不相同的？因為催化劑的加入不能改變反應(yīng)常數(shù)，即催化劑既能加速正反應(yīng)又可以加速逆反應(yīng)，才能使平衡常數(shù)保持恒值。所以說為什么加氫催化劑對脫氫反應(yīng)也有活性。朗格謬爾、 BET 吸附等溫式的假設(shè)及用途是什么？朗格謬爾假設(shè)：吸附表面均勻，各吸附中心能量相同；吸附分子間無相互作用；單分子層吸附，吸附分子與吸附中心碰撞進行吸附，一個分子只占據(jù)一個吸附中心；在一定條件下，吸附與脫附可建立動態(tài)平衡。BET 理論假設(shè)：固體表面均勻；吸附脫附不受周圍分子影響；由于范德華力，不一定第一層吸滿后才發(fā)生多層吸附。何為控制步驟？研究催化反應(yīng)控制步驟對選擇和改進催化

10、劑有何用途？如何消除內(nèi)、外擴散影響？（ 1）多步反應(yīng)中，若其中某一步驟的阻力遠較其他步驟為大，則該步驟為控制步驟（ 3）內(nèi)擴散消除實驗的做法是：在一定催化劑裝填量（質(zhì)量或體積）條件下，改變催化劑顆粒粒徑，通過對比不同粒徑下的催化劑活性變化來確定內(nèi)擴散消除與否，即隨著粒徑減小，活性不再變化，那么活性不再變化所對應(yīng)的粒徑就可以認為沒有了內(nèi)擴散的影響，或者說內(nèi)擴散效應(yīng)可以忽略。表面催化反應(yīng)包括哪幾個步驟？（ 1）反應(yīng)物由氣相主體擴散到催化劑外表面（ 2）反應(yīng)物由催化劑外表面擴散到催化劑內(nèi)表面（ 3）反應(yīng)物的化學(xué)吸附（ 4）被吸附的反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物（ 5）產(chǎn)物的解吸（ 6）產(chǎn)物由催化劑內(nèi)表面

11、擴散到催化劑外表面（ 7）產(chǎn)物由催化劑外表面擴散到氣相主體其中（ 1）、（ 7）步為外擴散，（2）、（ 6）步為內(nèi)擴散，（3）、（ 4）、（ 5）步為化學(xué)動力學(xué)過程物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別和特點分別是什么？吸附強度與催化劑活性的關(guān)系？本質(zhì)： 二者不同在于其作用力不同，前者為范德華力類似于蒸汽的凝聚和氣體的液化，后者為化學(xué)鍵力，類似于化學(xué)反應(yīng)，因此吸附形成的吸附物種也不同，而且吸附過程也不同等諸多不同。何謂質(zhì)子酸和非質(zhì)子酸？它們的催化作用有何異同？凡能給出質(zhì)子的分子或離子叫酸（即質(zhì)子酸），凡能和質(zhì)子結(jié)合的分子或離子叫堿（即質(zhì)子堿）。例如 HCD 、H2SO4、 CH3COOH 、HCO-3 、N

12、H+4 等都能放出質(zhì)子，它們都是酸。NaOH 、 NH3 、CH3COO- 、CO2-3 等都能奪取質(zhì)子，它們都是堿。按照酸堿質(zhì)子論，酸堿反應(yīng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。異同： 1、酸催化的反應(yīng)與酸位的性質(zhì)密切相關(guān)，不同類型的反應(yīng)要求不同酸位性質(zhì)的催化劑。2、酸催化的反應(yīng)與酸強度也有密切關(guān)系，不同酸強度的部位可能具有不同的催化活性，所以不同的反應(yīng)要求的酸強度范圍也不相同。 3、在酸強度適宜的范圍內(nèi)，催化劑活性與酸濃度呈正比關(guān)系，即酸度越大，活性越高。酸度和酸強度的含義？如何測定？區(qū)別B 酸和 L 酸的實驗方法？酸度：指固體酸的單位面積的含酸量。（ 1）酸強度是指給出質(zhì)子的能力（ B酸強度）或接受電子對的

13、能力（L 酸強度）用函數(shù) H0 表示 （2）測試方法：正丁胺指示劑滴定法測是總酸度和酸強度氣態(tài)堿吸附脫附法（ NH3 ，吡啶 等） -程序升溫脫附法（ TPD）脫附溫度越高酸強度越強。（ 3）能夠接受電子對的物質(zhì)稱為 L 酸；能夠給出質(zhì)子的物質(zhì)稱為B 酸。 區(qū)別 B 酸中心和 L 酸中心；用 NH3 或吡啶在固體酸表面上吸附的紅外光譜可以作出區(qū)分。分子篩催化劑有哪些重要特性？其表面酸性是怎樣產(chǎn)生的？具有較高活性；具有較高選擇性，可擇形催化；具有較靈活的調(diào)變性；具有較好的穩(wěn)定性。（1）特性 - 分子篩的離子交換特性（ 2）酸性：一般認為由分子篩重的平衡鈉離子直接為質(zhì)子取代而形成影響分子篩催化劑的

14、酸度和酸強度的主要因素是什么？改變其酸度和酸強度的方法有哪些？一定硅鋁比范圍內(nèi), 硅鋁比增加反應(yīng)活性與穩(wěn)定性提高通過調(diào)節(jié)交換陽離子的類型、數(shù)量，可以調(diào)節(jié)沸石的酸強度與酸濃度，從而改變催化反應(yīng)的選擇性通過高溫焙燒、水熱處理、預(yù)積碳或中毒處理，可以殺滅分子篩中的強酸中心，從而改變其選擇性與穩(wěn)定性通過改變反應(yīng)氣氛，如通入少量CO2或水蒸氣可提高酸中心濃度如何判斷氣固相催化反應(yīng)是擴散控制，還是動力學(xué)控制？動力學(xué)控制是指反應(yīng)速度由該反應(yīng)的速率決定；擴散控制是指反應(yīng)速度由反應(yīng)體系的擴散速率決定?；磻?yīng)的過程可視為：反應(yīng)物在催化劑周圍發(fā)生反應(yīng)，同時外圍的反應(yīng)物不斷向催化劑擴散（因為此處反應(yīng)物不斷被消耗而濃度

15、降低），生成物則不斷向外圍擴散，此間涉及兩個過程，一個是反應(yīng)，一個是擴散；反應(yīng)的速度由該反應(yīng)的最慢步驟決定，一個反應(yīng)如果反應(yīng)速度小于反應(yīng)物（或生成物）的擴散速率，則該反應(yīng)為動力學(xué)控制；反之如果擴散速率小于反應(yīng)速度，則為擴散控制。工業(yè)用合成氨催化劑的組成是什么？說明主催化劑和各助催化劑的作用。.合成氨催化劑 Fe-K 2O-Al 2O3。 Fe 是主催化劑， K 2O 是電子助催化劑， Al 2O3 是結(jié)構(gòu)助催化劑何謂結(jié)構(gòu)敏感性反應(yīng)？合金的組成與結(jié)構(gòu)及其對催化劑的性能有何影響？是指：用金屬或合金為催化劑時，在反應(yīng)中同時涉及幾個相鄰的催化劑表面原子。此時，催化劑表面的構(gòu)造、金屬的性質(zhì)、分散度及合金

16、化的結(jié)果，對催化活性有顯著的影響。根據(jù)能帶理論說明催化劑d帶空穴數(shù)與吸附性能和催化性能之間的關(guān)系。能帶理論表明， 當d帶空穴反應(yīng)物分子所需電子轉(zhuǎn)移配位數(shù)時產(chǎn)生的化學(xué)吸附為中等，這種吸附可以給出較高的催化活性。如果d帶空穴數(shù)大于所需電子轉(zhuǎn)移數(shù)時，可利用合金中電子數(shù)來調(diào)節(jié)，即加入IB 元素，這些元素中的 s 電子可轉(zhuǎn)移到金屬的d帶空穴中，使金屬催化劑的d帶空穴數(shù)降低，以便與電子轉(zhuǎn)移數(shù)相當。過渡金屬作為催化劑有什么特點？過渡金屬氧化物中的金屬陽離子的d 電子層容易失去電子或奪取電子，具有較強的氧化還原性能。過渡金屬氧化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。過渡金屬氧化物中金屬離子的內(nèi)層價軌道與外來軌道可以發(fā)生劈裂。過渡

17、金屬氧化物與過渡金屬都可作為氧化還原反應(yīng)催化劑，而前者由于其耐熱性、抗毒性強，而且具有光敏、熱敏、雜質(zhì)敏感性，更有利于催化劑性能調(diào)變，因此應(yīng)用更加廣泛。費米能級的意義？半導(dǎo)體與費米能級的關(guān)系？改變費米能級的辦法？費米能級對半導(dǎo)體的意義其實就是電子的分割面，其大小可用來衡量半導(dǎo)體給出電子的難易。對 n型半導(dǎo)體加入施主型雜質(zhì)，可使費米能級升高，逸出功降低，電導(dǎo)率變大。相反，向n型半導(dǎo)體中加入受主雜質(zhì)，可使費米能級降低，逸出功增加電導(dǎo)率變小。對p型半導(dǎo)體，當加入施主型雜質(zhì)，可使費米能級升高，逸出功降低，電導(dǎo)率變小。向 p型半導(dǎo)體中加入受主雜質(zhì)，可使費米能級降低，逸出功增加，電導(dǎo)率變大。由于空穴率增加

18、，電導(dǎo)率上升。從費米能級到導(dǎo)帶頂之間的能量就是逸出功。如何生成 n型半導(dǎo)體和 p型半導(dǎo)體？試根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)說明二者的區(qū)別，n型半導(dǎo)體：含有過量金屬原子的非化學(xué)計量化合物可生成n型半導(dǎo)體；用高價離子取代晶格中的正離子可生成 n型半導(dǎo)體：通過向氧化物晶格間隙參入電負性小的雜質(zhì)原子，可生成n型半導(dǎo)體。 p型半導(dǎo)體的生成：氧化物中正離子缺位的非化學(xué)計量化合物；用低價正離子取代晶格中正離子； 向晶格中摻入電負性較大的雜質(zhì)原子。區(qū)別：p型半導(dǎo)體有利于氧的吸附，有利于深度氧化反應(yīng)，是活潑的氧化催化劑；n型半導(dǎo)體不利于氧的吸附，可用于加氫、脫氫及選擇性氧化反應(yīng)。在施主能級上的自由電子，很容易激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生自

19、由電子導(dǎo)電。這種半導(dǎo)體稱為 n型半導(dǎo)體。反之，如果出現(xiàn)的雜質(zhì)能級靠近滿帶上部，稱為受主能級。在受主能級上有空穴存在，很容易接受滿帶中躍遷的電子看，使?jié)M帶產(chǎn)生正電空穴，并進行空穴導(dǎo)電這種半導(dǎo)體稱為p型半導(dǎo)體。常用的工業(yè)催化劑的制備方法有哪些？各自的有缺點及適用場合是什么？（1）沉淀法：常用方法，可制備多組分催化劑影響因素： 1) 沉淀劑、金屬鹽的性質(zhì)2) 沉淀反應(yīng)條件：沉淀劑與金屬鹽的濃度、 pH、溫度、加料順序、攪拌速度、沉淀物的生成速度、沉淀時間、洗滌與干燥方法等（ 2）浸漬法：制備負載型催化劑的常用方法過量溶液浸漬法、等體積浸漬、多次浸漬、蒸汽相浸漬（ 3）熱分解法 (or 固相反應(yīng)法 )

20、 ：采用可加熱分解的鹽類 : 硝酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽等1) 原料的影響 ( 堿土金屬的硝酸鹽只能得到亞硝酸鹽 )2) 熱分解條件對分解產(chǎn)物的影響：分解溫度與分解時間粒度（ 4）熔融法（ 5）還原法：多用于金屬氧化物的制備催化劑失活的原因有哪些？如何避免催化劑失活？三個方面：化學(xué)的原因（中毒、結(jié)焦）受熱（高溫?zé)Y(jié)）機械的原因 ( 粉化、流失 )氧化燒炭法 是工業(yè)催化劑在積炭失活后普遍采用的 一種再生方法， 主要反應(yīng)為： 通過將催化劑孔隙中的含炭沉積物氧化為一氧化碳和 二氧化碳除去， 可恢復(fù)催化活性。 吹掃法 可逆性中毒 的再生方法 不很嚴重的積炭有機副產(chǎn)物、 機械粉塵和雜質(zhì)堵塞催化 劑細孔或覆蓋

21、了催化劑表面活性中心， 可以在原位用吹掃法加以除去 毒物的解吸再生法就原理而言，因為有些毒物在金屬上的吸 附是可逆的。所以只要通過減少或除去原料氣中的毒物濃度， 就應(yīng)該有可能使中毒催化劑上的毒物解吸除去。如何避免催化劑中毒？催化的關(guān)鍵在于催化劑的表面能夠吸附反應(yīng)物，令反應(yīng)物在它的表面上進行反應(yīng)，再把產(chǎn)物解吸，如果有雜質(zhì)能夠極強地附著在催化劑表面，導(dǎo)致催化劑不能吸附反應(yīng)物，甚至與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，令催化劑失活，這時就稱催化劑中毒了。沉淀法制備工業(yè)催化劑應(yīng)如何選擇原料、沉淀劑的選擇、沉淀條件有什么要求？沉淀過程和沉淀劑的選擇：沉淀物的形成包括兩個過程：晶核的生成和晶核的長大常用的沉淀劑：生產(chǎn)中常用的沉淀劑有：堿類（NH3·H2O、 NaOH、KOH）；碳酸鹽（ Na2CO3、(NH4)2CO3、CO2）；有機酸（乙酸、草酸）等。其中最常用的是NH3·H2O 和 (NH4)2CO3。因為銨鹽在洗滌和熱處理時容易除去，一般不會遺留在催化