工業(yè)催化復(fù)習(xí)綱要

1、復(fù)習(xí)綱要題型：選擇題（30分）、填空（20分）、判斷（10分）、簡答（20）、簡單推導(dǎo)（20分）第一章 緒論1、催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡狀態(tài)。2、合成氨使用的催化劑為Fe催化劑。3、CO+H2合成甲醇使用的催化劑有Cu-Zn-Al、Cu-Cr催化劑。4、費(fèi)托合成使用Fe-Co-Ni催化劑。5、催化反應(yīng)分為均相催化、多相催化、酶催化三類。6、固體催化劑由主催化劑，共催化劑，助催化劑，載體四部分組成。7、配合物催化劑由主催化劑（中心原子或配合物），助催化劑（配體或配合物）組成8、酶由酶蛋白和輔基（輔酶）組成，大體相當(dāng)于主催化劑和助催化劑，但是，兩者分別存在時(shí)，均無活

2、性。 9、催化劑的特點(diǎn)：1）可改變反應(yīng)路徑：路徑改變，相應(yīng)的能壘發(fā)生改變；2）可改變速率：速率可增大，也可降低；如果正反應(yīng)速率增大（或減?。?，則逆反應(yīng)的速率也增大（或減?。?）反應(yīng)前后本身不發(fā)生質(zhì)的改變；4）總反應(yīng)的不變；5）催化劑具有選擇性；6）催化劑具有一定的活化溫度；7）催化劑具有專一性；8）催化劑具有高效性（可能中毒）10、催化劑的穩(wěn)定性包括耐熱穩(wěn)定性、抗毒穩(wěn)定性、催化組分的流失。11、解釋催化劑的堆密度、顆粒密度、真密度。12、解釋催化劑的轉(zhuǎn)化數(shù)（turnover）：單位活性中心在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的反應(yīng)分子數(shù)。第二章 催化作用與催化劑1、 什么是催化劑？IUPAC的定義：催化劑是

3、一類增加反應(yīng)速率但不改變反應(yīng)總標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能的物質(zhì)。2、 催化反應(yīng)種類均相催化、非均相催化（多相催化）、酶催化3、 催化劑的種類均相、多相、酶催化劑4、 催化劑的化學(xué)組成a) 固體催化劑：主催化劑，共催化劑，助催化劑，載體b) 配合物催化劑：主催化劑（中心原子），助催化劑（配體）或主催化劑和助催化劑均是配合物c) 酶催化劑：酶=酶蛋白+輔基（輔酶），大體相當(dāng)于主催化劑和助催化劑，但是，兩者分別存在時(shí)，均無活性。 5、 催化劑的特點(diǎn)a) 可改變反應(yīng)路徑：路徑改變，相應(yīng)的能壘發(fā)生改變b) 可改變速率：速率可增大，也可降低，如果正反應(yīng)速率增大（或減小），則逆反應(yīng)的速率也增大（或減?。ヽ) 反應(yīng)前后

4、本身不發(fā)生質(zhì)的改變d) 總反應(yīng)的不變e) 催化劑具有選擇性f) 催化劑具有一定的壽命g) 催化劑具有一定的活化溫度h) 催化劑具有專一性i) 催化劑具有高效性（可能中毒）其中三個(gè)指標(biāo)最重要：活性、選擇性、穩(wěn)定性（壽命）研究中，開發(fā)新工藝和催化劑時(shí)首先追求高活性，其次是高選擇性，最后才是穩(wěn)定性；對現(xiàn)行流程和催化劑改進(jìn)時(shí)，首先追求選擇性，其次是穩(wěn)定性，最后才是活性。6、 載體的功能載體時(shí)催化活性組分的分散劑、粘合物或支撐體，是負(fù)載活性組分的骨架。載體分為高比表面積和低比表面積兩類。載體不僅關(guān)系到催化劑的活性、選擇性，還關(guān)系到他們的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，關(guān)系到催化過程的傳遞特性。7、 助催化劑分類按作

5、用機(jī)理不同分為：結(jié)構(gòu)型和電子型。結(jié)構(gòu)型助催化劑的作用主要是提高活性組分的分散性和熱穩(wěn)定性。電子型助催化劑的作用是改變主催化劑的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)催化活性及選擇性。助催化劑除促進(jìn)活性組分的功能外，也可以促進(jìn)載體功能。8、 共催化劑與助催化劑有什么區(qū)別？共催化劑：就是有至少兩個(gè)不同的活性中心，缺少任何一個(gè)中心都不能顯示出好的活性，但放在一起活性就能迅速增加，也就是11 > 2。一般翻譯為co-catalyst 。 助催化劑：主要是改變催化劑的催化能力的。它可以改變催化劑對反應(yīng)的催化效果，但它本身對反應(yīng)沒有什么活性。最主要的是即使沒有它的加入，那個(gè)主催化劑也能有一定的活性，只是催化能力稍

6、差。其翻譯一般認(rèn)為是Promoter。兩者都可提高催化劑的催化能力。 9、 載體的功能1）提供有效的表面和適宜的孔結(jié)構(gòu)。維持活性組分高度分散是載體最重要的功能之一，能對抗燒結(jié)與和催化劑微粒的聚并。2）增強(qiáng)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度指載體抗磨損、抗沖擊、抗重力、抗壓和適應(yīng)溫變、相變的能力。即能耐受顆粒之間、顆粒與氣流之間、器壁之間的磨損，運(yùn)輸、裝填時(shí)的沖擊與靜壓，溫變、相變時(shí)的應(yīng)力，結(jié)焦時(shí)的膨脹應(yīng)力等3）改善催化劑的傳導(dǎo)性：要求載體具有大熱容、良好導(dǎo)熱性，避免局部過熱使催化劑燒結(jié)、失活、設(shè)備損壞、副反應(yīng)等4）減少活性組分的含量：A）可減少貴金屬的使用量；B）降低微晶的燒結(jié)與聚結(jié)5）載體提供附加的

7、活性中心。一般載體是無催化活性的，如有活性，若引發(fā)副反應(yīng)則必須處理；如有活性，也盡可能促使目的反應(yīng)朝有利方向進(jìn)行。某些載體具有載體效應(yīng)，即載體能提高催化劑的活性。6）活性組分與載體之間可能存在溢流現(xiàn)象和強(qiáng)相互作用。10、 什么是比活性？它有何特點(diǎn)？答：催化劑單位表面積的活性稱為比活性。，其中k為催化反應(yīng)速率常數(shù)，S為表面積或活性表面積。催化劑的比活性只取決于它的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，而與其表面大小無關(guān)。用其數(shù)值可以比較不同催化劑的催化能力。11、 什么是轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率及計(jì)算。參見教材27頁和例題2-1！。12、 工業(yè)催化劑的穩(wěn)定性包括熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性三方面。13、 什么是均相催

8、化及其優(yōu)缺點(diǎn)答：均相催化指催化劑與反應(yīng)介質(zhì)不可區(qū)分，與介質(zhì)中的其它組分形成均勻物相的催化反應(yīng)體系。優(yōu)點(diǎn)：不管是反應(yīng)原料還是催化劑都以獨(dú)立的分子形態(tài)存在而分散，因此易于表征，獲得原位反應(yīng)過程的信息，可信度高，可用于對反應(yīng)機(jī)理做出比較確切的描述。此外其反應(yīng)性能單一，具有特定的選擇性、反應(yīng)條件溫和，有利于節(jié)能，易于精心設(shè)計(jì)調(diào)配研究。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差、與產(chǎn)物分離困難。第三章 吸附作與多相催化14、 具有對稱性的圖形，能夠經(jīng)過一種以上而不改變?nèi)我鈨牲c(diǎn)間隔距離的動(dòng)作使之復(fù)原。復(fù)原調(diào)動(dòng)可以基于點(diǎn)、線、面，稱其為對稱單元。15、 對稱操作有簡單與復(fù)雜兩大類，簡單操作有例反、反映、旋轉(zhuǎn)和平移。復(fù)雜操作時(shí)簡單操作的

9、組合。16、 簡單立方晶面的標(biāo)記17、 FCC（立方密堆結(jié)構(gòu)）具有最高填充分?jǐn)?shù)。18、 晶格缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷三類19、 常見點(diǎn)缺陷有：空位、填隙、替位；常見線缺陷有：刃型位錯(cuò)（也稱刃位錯(cuò)、棱位錯(cuò)）、螺旋位錯(cuò)；常見面缺陷有：晶界、堆垛間界（堆垛層錯(cuò)）。20、 多相催化反應(yīng)的步驟a） 反應(yīng)物分子從氣流主體向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散；b） 反應(yīng)物分子在催化劑內(nèi)表面上吸附；c） 吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；d） 反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑內(nèi)表面脫附；e） 反應(yīng)產(chǎn)物從孔內(nèi)擴(kuò)散出催化劑并擴(kuò)散到反應(yīng)氣流主體中。21、 物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別1）物理吸附特點(diǎn)：分子間力

10、、弱、；可逆；無選擇性；分子量越大越容易發(fā)生2）化學(xué)吸附特點(diǎn)：類似化學(xué)反應(yīng)；遵從熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)規(guī)律；有選擇性；一般不可逆；吸附熱大；需要達(dá)到活化能壘；單分子層吸附；有飽和性22、 吸附等溫線分類：經(jīng)驗(yàn)型、理論型23、 簡單的Langmuir吸附等溫式的模型內(nèi)容及推導(dǎo)、化簡模型內(nèi)容：吸附劑表面是均勻的；吸附的分子間無相互作用；每個(gè)吸附分子占據(jù)一個(gè)吸附位；吸附是單分子層的；吸附是達(dá)到平衡的。推導(dǎo)見課本44頁。24、 解離吸附的Langmuir等溫式推導(dǎo)及化簡：見課本45頁25、 競爭吸附的Langmuir等溫式推導(dǎo)及化簡：見課本45頁26、 分子吸附在催化劑表面上，與其表面原子形成吸附鍵，構(gòu)成分子

11、的吸附態(tài)。吸附鍵類型有共價(jià)鍵、配位鍵、離子鍵。27、 分子在金屬表面吸附時(shí)，有些分子必須先自身解離，成為有自由價(jià)的基團(tuán)后才能吸附成鍵。而具有孤對電子或p電子的分子，可以非解離的化學(xué)吸附吸附，通過相關(guān)的分子軌道再進(jìn)行雜化。28、 金屬對氣體分子化學(xué)吸附強(qiáng)度的順序?yàn)椋篛2>C2H2>C2H4>CO>H2>CO2>N2.29、 當(dāng)氣體與清潔的固體表面接觸時(shí)，在固體表面上氣體的濃度高于氣相這種現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象。被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。吸附氣體的固體稱為吸附劑。吸附質(zhì)在固體表面上吸附后存在的狀態(tài)稱為吸附態(tài)。吸附中心與吸附態(tài)共同構(gòu)成表面吸附絡(luò)合物。30、 當(dāng)固體表面上的

12、氣體濃度由于吸附而增加，稱為吸附過程。氣體濃度在表面上減少的過程，則稱為脫附過程。當(dāng)吸附過程進(jìn)行的速率與脫附過程進(jìn)行的速率相等時(shí)，表面上氣體的濃度維持不變，這樣的狀態(tài)稱為吸附平衡。31、 化學(xué)吸附的強(qiáng)度用摩爾分子吸附熱來度量。32、 測定比表面積常用的是吸附法，它又可分為化學(xué)吸附法和物理吸附法?；瘜W(xué)吸附法是通過吸附質(zhì)對多組份固體催化劑進(jìn)行選擇吸附而測定各組份的表面積。物理吸附法是通過吸附質(zhì)對多孔物質(zhì)進(jìn)行非選擇性吸附來測定比表面積。33、 BET方程法測定的是催化劑的總表面積。通常是總表面中的一部分才有活性，這部分叫活性表面。利用化學(xué)吸附有選擇性的特點(diǎn)可測定活性表面積。34、 物理吸附與化學(xué)吸附

13、的比較 物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附層單層或多層單層選擇性無有選擇熱效應(yīng)性無較小，近于液化熱較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱吸附速度較快，不受溫度影響，不需活化能較慢，溫度升高速度加快，需活化能35、 半導(dǎo)體氧化物上化學(xué)吸附的特點(diǎn)半導(dǎo)體氧化物特點(diǎn)：陽離子氧化數(shù)可變、吸附發(fā)生時(shí)，伴隨電子在其表面與吸附質(zhì)之間的傳遞。能加速以電子轉(zhuǎn)移為特征的氧化、加氫和脫氫等反應(yīng)。36、 導(dǎo)電率隨氧化氣氛而增加稱為氧化型半導(dǎo)體，是p型半導(dǎo)體，即正離子缺失，依靠空穴導(dǎo)電。電導(dǎo)率隨還原氣氛而增加稱為還原型半導(dǎo)體，是n型半導(dǎo)體，即n型半導(dǎo)體依靠電子導(dǎo)電；導(dǎo)電類型隨氣氛中氧分壓的大小而成p型或n型半導(dǎo)體稱為兩性

14、半導(dǎo)體。 37、 本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)，具有理想的完整的晶體結(jié)構(gòu)具有電子和空穴兩種載流體。38、 費(fèi)米能級(jí)Ef 本征半導(dǎo)體，Ef 在滿帶和導(dǎo)帶之間；N型半導(dǎo)體，Ef 在施主能級(jí)和導(dǎo)帶之間；P型半導(dǎo)體，Ef 在受主能級(jí)和滿帶之間。39、 活性組分在載體上可以以（1）保單層；（2）遜單層；（3）多層形式存在40、 重構(gòu)是表面原子尋求新的平衡位置的一種結(jié)構(gòu)變化現(xiàn)象，它不僅改變原子間的鍵角，而且選擇對稱性和配位數(shù)也發(fā)生改變。弛豫與重構(gòu)常常相伴發(fā)生.第四章 各類催化劑及其催化作用41、 酸堿催化劑是石油化工中使用最多的催化劑，其催化作用是通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移得以實(shí)現(xiàn)的。42、 凡是能給出質(zhì)子或者接受電子對的物質(zhì)

15、稱為酸(B酸或L酸)，凡是能接受質(zhì)子或者給出電子對的物質(zhì)稱為堿(B堿或L堿) 43、 固體酸中心類型：B酸中心和L酸中心兩類44、 固體酸的強(qiáng)度若超過100%硫酸的酸強(qiáng)度，則稱為超強(qiáng)酸。固體超強(qiáng)酸分為含鹵素和不含鹵素兩大類。45、 離子交換樹脂分類：網(wǎng)絡(luò)型、凝膠型，其使用溫度分別為420K和390K。陰離子交換樹脂的最高使用溫度在340-370K之間。46、 分子篩按孔道大小劃分為：a） 微孔分子篩：孔道尺寸小于2 nmb） 介孔分子篩：孔道尺寸250 nmc） 大孔分子篩：孔道尺寸大于50 nm47、 A型主要成分是硅鋁酸鹽，孔徑為 4Å（1Å=10-10 米），稱為 4

16、A（又稱鈉A型）分子篩；用Ca2+交換4A分子篩中的Na+，形成5Å的孔徑，即為5A（又稱鈣A型）分子篩；用K + 交換4A分子篩的Na+，形成3Å的孔徑，即為3A（又稱鉀A型）分子篩。48、 分子篩的三種結(jié)構(gòu)層次a） 第一結(jié)構(gòu)層次：硅氧四面體（SiO4）、鋁氧四面體（AlO4）b） 第二結(jié)構(gòu)層次（環(huán)）：相鄰的四面體由氧連接成環(huán)c） 第三結(jié)構(gòu)層次：這些氧環(huán)上的原子并不一定在同一平面，隨著條件改變，會(huì)在多種形狀間轉(zhuǎn)換，因此形成三維空間上的多面體，這些多面體就是第三結(jié)構(gòu)層次。這些多面體有中空的籠。49、 導(dǎo)致?lián)裥未呋x擇性的兩種機(jī)理：a） 質(zhì)量傳遞選擇性：參與反應(yīng)的分子擴(kuò)散系數(shù)

17、有差別導(dǎo)致；b） 過渡態(tài)選擇性：空間對過渡態(tài)的限制50、 A型分子篩的最大窗孔為八元環(huán)，而X型和Y型的最大窗孔為十二元環(huán)。高硅型分子篩的最大窗孔為10元環(huán)。51、 四類擇形催化：反應(yīng)物的擇形催化、產(chǎn)物的擇形催化、過渡狀態(tài)限制的擇形催化、分子交通控制擇形催化。a） 反應(yīng)物的擇形催化：當(dāng)反應(yīng)化合物中的某些分子過大而不能擴(kuò)散進(jìn)入催化劑孔腔內(nèi)，只有那些直徑小于內(nèi)孔徑的分子才能進(jìn)入內(nèi)孔，在催化活性部位進(jìn)行催化反應(yīng)。b） 產(chǎn)物的擇形催化：當(dāng)產(chǎn)物混合物中的某些分子過大，難以從分子篩催化劑的內(nèi)孔窗口擴(kuò)散出來，成為觀測到的產(chǎn)物，就形成了產(chǎn)物的擇形選擇性。c） 過渡狀態(tài)限制的擇形催化：有些反應(yīng)，其反應(yīng)物分子和產(chǎn)物

18、分子都不受催化劑窗口孔徑擴(kuò)散的限制，只是由于需要內(nèi)孔或籠腔有較大的空間，才能形成相應(yīng)的過渡狀態(tài)，不然就受到限制，使該反應(yīng)無法進(jìn)行，反之，有些反應(yīng)只需要較小空間的過渡狀態(tài)，就不受這種限制，這就構(gòu)成了限制過渡態(tài)的擇形催化。d） 分子交通控制的擇形催化：在具有兩種不同形狀和大小的孔道分子篩中，反應(yīng)物分子可以很容易地通過一種孔道進(jìn)入到催化劑的活性部位，進(jìn)行催化反應(yīng)，而產(chǎn)物分子則從另一孔道擴(kuò)散出去，盡可能地減少逆擴(kuò)散，從而增大反應(yīng)速率。52、 非晶態(tài)催化劑特點(diǎn)a） 熱力學(xué)上不穩(wěn)定或亞穩(wěn)定；b） 短程有序：10-9范圍內(nèi)有序；c） 長程無序；d） 易于調(diào)整組成。第五章 環(huán)境保護(hù)催化與環(huán)境友好催化技術(shù)53、

19、 汽車尾氣污染物主要有：氮氧化物、CO、碳顆粒54、 COD：化學(xué)耗氧量（chemical oxygendemand）。是利用化學(xué)氧化劑（如高錳酸鉀）將水中可氧化物質(zhì)（如有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，然后根據(jù)殘留的氧化劑的量計(jì)算出氧的消耗量。它和生化需氧量（BOD）一樣，是表示水質(zhì)污染度的重要指標(biāo)。COD的單位為ppm或毫克升，其值越小，說明水質(zhì)污染程度越輕。 55、 BOD：（Biochemical Oxygen Demand）：生化需氧量或生化耗氧量(五日化學(xué)需氧量)，表示水中有機(jī)物在微生物的生化作用下進(jìn)行氧化分解變?yōu)闊o機(jī)物或氣體化時(shí)所耗水中溶解氧的總數(shù)量。56、 溫室效應(yīng)

20、氣體有：CO2、CH4、氯氟烴、NO2、其它57、 什么是E因子？生產(chǎn)每千克產(chǎn)物所形成的廢棄物量。58、 什么是原子經(jīng)濟(jì)性？第七章 新材料合成用催化技術(shù)和具有突異催化性能的新材料59、 茂金屬催化劑分類：非橋聯(lián)型（普通型）、橋聯(lián)型、限制幾何構(gòu)型。它是單活性中心催化劑，但與Z-N催化劑一樣，難以催化烯烴與極性單體的共聚，因?yàn)樗麄冇H氧性較強(qiáng)，容易失活。60、 陽離子型二亞胺后過渡金屬催化劑的親氧性弱，因此能催化烯烴與極性單體的共聚。61、 寫出常見的幾種聚乙烯品種：HDPE（高密度聚乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（線性低密度聚乙烯）、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）第八章 生物催化技

21、術(shù)62、 生物催化反應(yīng)的特征特征一：催化效率極高，是非酶催化的106109倍。特征二：用量少。非酶催化劑：0.1%1%（摩爾比）；酶催化劑：10-4%10-3%（摩爾比）特征三：高度的專一性，分為絕對專一性和相對專一性特征四：條件溫和，常溫常壓、近中性。63、 生物催化劑與化學(xué)催化劑的比較 項(xiàng)目生物催化劑化學(xué)催化劑催化底物多是大分子復(fù)雜底物較簡單的純的化合物反應(yīng)模式多種催化劑同時(shí)作用催化多種反應(yīng)單一催化劑催化單一化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)條件比較溫和相對較苛刻原料生物基質(zhì)、化工資源以化石資源為主轉(zhuǎn)化效率常溫下高效高轉(zhuǎn)化率、可立構(gòu)專一在高溫加壓條件下也可高效轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率相對較低對環(huán)境的影響環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展

22、可污染環(huán)境也可環(huán)境友好64、 按系統(tǒng)命名法，酶分為六類，分別是氧化還原酶 EC1、轉(zhuǎn)移酶 EC2、水解酶EC3、裂解酶EC4、異構(gòu)酶EC5、連續(xù)酶（合成酶）EC665、 按組成生物催化劑分為單純酶和結(jié)合酶。66、 按系統(tǒng)命名法，酶命名的四個(gè)數(shù)字分別代表如下第九章 工業(yè)催化劑的制備與使用67、 沉淀法制備催化劑的過程中，沉淀物的形成包括兩個(gè)過程：晶核的生成、晶核的長大。68、 沉淀法制備催化劑：借助于沉淀反應(yīng)，用沉淀劑將可溶性的催化劑組分轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶化合物。經(jīng)過分離、洗滌、干燥和焙燒成型或還原等步驟制成催化劑。沉淀法制備催化劑分為：共沉淀、均勻沉淀和分步沉淀三類。敘述三種沉淀法。69、 焙燒的作用或目的：除去化學(xué)結(jié)合水和揮發(fā)性物質(zhì)，轉(zhuǎn)化成所需的化學(xué)成分和化學(xué)形態(tài)；借助固態(tài)反應(yīng)、互溶和互結(jié)晶獲得一定的晶型、微晶粒度、孔徑和比表面積等；使微晶適當(dāng)燒結(jié)，提高催化劑的強(qiáng)度，還可以通過造孔作用使