工业催化

《工业催化》考点汇总(历年真题汇总)一、名词解释题1.催化剂答：催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的Gibbs自由焓变化。2.催化作用答：催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的Gibbs自由焓变化。将这种催化剂引起的作用称之为催化作用。3.催化反应答：催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的Gibbs自由焓变化。把涉及催化剂的反应称之为催化反应。4.活化能答：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。（活化能是指化学反应中，由反应物分子到达活化分子所需的最小能量）5.表观活化能答：对于复杂反应，如果得到有明确级数的总反应速率方程，则总反应的活化能是各基元反应活化能的代数和，即：a=E1+1/2E2+E-1这时Ea称为总包反应的表观活化能。6.催化剂的失活答：催化剂在长期的受热和化学作用下，经受了一系列不可逆的物理、化学的变化，如：晶相变化、晶粒分散度的变化、易挥发组分的流失、易熔物的熔融等。这些过程导致催化剂的活性逐渐降低直至消失。其失活过程可划分为三种类型：中毒失活，积碳堵塞失活，烧结、挥发与剥落失活。7.催化剂载体答：载体是催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。载体有以下功能：1.提供有效的表面和适宜的孔结构（维持活性组分高分散度）。2.增强催化剂的机械强度，使其具有一定的形状。3.改善催化剂的传导性。4.提供附加的活性中心。5.减少活性组分的含量。6.活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用。8.原子经济反应答：原子经济性是绿色化学以及化学反应的一个专有名词。绿色化学的“原子经济性”是指，在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中。原子经济性/%=（被利用原子的质量/反应中所用全部反应物原子的质量）X100原子利用率达到100%的反应有两个最大的特点：1.最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；2.最大限度地减少了废物排放（“零废物排放”），因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。举例：环氧丙烷是生产聚氨酯塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用可能带来危险的氯气，而且还产生大量污染环境的含氯化钙废水，国内外均在开发催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济反应新方法。9.催化剂的堆比答：用量筒测量催化剂的体积时所得到的密度。10.多相催化答：既非均相催化，是指催化剂与反应介质以不同的相存在，在绝大多数情况下，催化剂是一种固体，与气相或液相反应物接触，使之发生反应。又称接触催化。11.固体酸答：一般可认为是能过化学吸附碱的固体，也可以了解为能够使碱性指示剂在其上改变颜色的固体。路易斯定义：能够给出质子或接受电对的固体称之固体酸。12.选择性答：是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。（当反应可能有一个以上的不同方向时，有可能导致热力学上可行的不同的产物，催化剂仅加速其中的一种，促进反应的速率与选择性是同一的。）13.反应停留时间答：停留时间的倒数称空速，对应于特定的反应以及特定的转化率，空速等于每小时能处理相当于反应体积那么多倍的反应物。14.催化剂的磨损强度答：一定时间内磨损前后样品重量的比值。磨损强度越大，催化剂的抗摩擦能力越大。15.比表面积答：比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。分外表面积、内表面积两类。国标单位㎡/g.16.催化剂的比表面积答：1g催化剂所具有的总表面积称为催化剂的总比表面积，简称比表面积。而1g催化剂活性组分具有的表面积称为活性组分比表面积。多组分固体催化剂有极大的内表面积，这些内表面是在催化剂孔内，当由细孔组成时，表面积虽大，但反应物分子各孔内扩散却发生困难，催化反应会受到阻滞，这时不是所有表面都能起催化作用，而只有一部分对催化作用有效，这一部分表面就称作有效表面，如催化剂是非孔性时，它的表面可看成是外表面；如催化剂是多性时，其表面可分为内表面及外表面，内表面是指它的细孔内壁，孔径越小，孔越发达，内表面积也就越大，总表面积主要由细孔内表面所提供。17.催化剂的密度答：指单位体积内含有的催化剂的质量，其大小反应催化剂的孔结构与化学组成晶相组成的关系。因体积含义不同，催化剂密度的概念一般有三种：1.表观堆积密度，它是指以催化剂颗粒堆积时的体积为基准的密度；2.表观颗粒密度，又称假密度，它是指以单个颗粒体积为基准的密度；3.真密度，又称骨架密度，它是指以骨架体积为基准的密度。上述三种密度各有其应用场合，密度的表示方法不同，其测试方法也有所区别。18.分子筛答：分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量结晶水加热时可汽化除去，故称分子筛。（分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等，但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.3~2nm）的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。）19.时空产率答：指在一定条件下（温度、压力、进料组成、进料空速均一定）单位体积或单位面积的设备在单位时间内得到目的产物的数量（或者投入的原料量）。它是衡量催化剂活性大小及反应器装置生产能力的标志之一。20.酸强度答：固体酸的强度指给出质子的能力（B酸强度）或接受电子的能力（L酸强度），如：天然粘土类：高岭土、天然沸石；阳离子交换树脂、氧化铝等21.收率答：收率（yield或percentyield）或称作反应收率，一般用于化学及工业生产，是指在化学反应或相关的化学工业生产中，投入单位数量原料获得的实际生产的产品产量与理论计算的产品产量的比值。同样的一个化学反应在不同的气压、温度下会有不同的收率。收率是指按反应物进行量计算，生成目的产物的百分数。一般用质量百分数或体积百分数表示。即收率=（目的产物生成量/反应物进料量）×100%。收率与转化率及选择性的关系为：收率=转化率×选择性。反应物料一次通过催化剂床层转化为目的产物的百分数称为单程收率。常用来衡量催化剂活性。也可用生成某产物的实际产量占按加入的某一反应物计算生成该产物的理论产量的百分数来表示。22.吸附等温线答：对于给定的物系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附量与压力的关系成为吸附等温式或称吸附平衡式，绘制成的曲线成为吸附等温线。23.接触时间答：真实的反应时间。两个组分发生化学反应，或是反应物通过催化剂的作用而发生反应，原则上它们间必须通过接触，反应才能够发生，接触的时间愈长，反应的转化率愈高。但实际上接触时间的概念只有理论上的意义，接触时间是无法测量的，故在工程上都采用反应物在反应器中的停留时间或是平均停留时间代替接触时间。一般的接触时间是指平均停留时间。24.活塞流反应器答：平推流反应器又称理想置换反应器、活塞流反应器。在反应器内，流体以平推流方式流动。是连续流动反应器。在稳态下，反应器内的状态只随轴向位置而变，不随时间而变。返混是不同停留时间的粒子的混合。混合是不同空间位置的粒子的混合。停留时间指的是年龄，所谓年龄就是说从物料进入平推流反应器开始，未出平推流的情况下，在反应器中停留的时间。平推流中的物料在径向截面上物质参数均相同，浓度、温度与轴向距离有关系。25.停留时间答：是指反应物进入反应器的时刻算起到它离开反应器的时刻为止所在反应器内共停留的时间。对于分批式操作的釜式反应器与理想平推流反应器，反应时间等于停留时间，而对于存在返混的反应器，则出口物料是由不同的停留时间的混合物，既具有停留时间分布的问题，工程上常用平均停留时间来表示。26.全混流反应器(CSTG)答：又称连续流动釜式搅拌器反应器，进出理想混合流物料的操作是连续的，可以单釜或多釜串联操作。特点：新鲜物料瞬间混合均匀，存在不同停留时间的物料之间的混合，即返混。物料返混是连续操作反应器存在的现象，且逆向混合程度最大，逆向混合直接导致稀释效应最大。稀释效应反应器内所有空间位置的物系性质是均匀的，并且等于反应器出口处的物料性质，即反应器内物料的浓度与温度均一，且与出口物料温度、浓度相同。27.氧化反应答：物质失电子的作用叫氧化反应；相反的，得电子的作用叫还原反应。狭义的氧化反应指物质与氧化合；还原反应指物质失去氧的作用。氧化时氧化值升高；还原时氧化值降低。氧化、还原都指反应物（分子、离子或原子）。氧化也称氧化作用或氧化反应。有机物反应时把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化；引入氢或失去氧的作用叫还原。物质与氧缓慢反应缓缓发热而不发光的氧化叫缓慢氧化，如金属锈蚀、生物呼吸等。剧烈的发光发热的氧化叫燃烧。二、简答题1.简要阐述催化作用的基本特征答：催化剂的基本特征1.催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应；2.催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置3.催化剂对反应具有选择性。当反应可能有一个以上的不同方向时，有可能导致热力学上可行的不同的产物，催化剂仅加速其中的一种，促进反应的速率与选择性是同一的。4.催化剂的寿命。催化剂能改变化学反应的速度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。但在实际的反应中由于长期受热和化学作用的存在，催化剂发生了不可逆的物理、化学变化使其活性逐渐降低最后导致失活。因此催化剂并不能无限期的使用。2.简要阐述工业催化剂的组成及其功能答：1.主要组成有：1)主催化剂又称活性组分，是多组分催化剂中的主体，是必备的组分。2）载体，是活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架；载体的功能。⑶.助催化剂是催化剂的辅助成分，量较少；助剂本身无活性或活性很小，加入之后可以改变催化剂的化学组成和结构，从而能提高催化剂的活性、选择性、稳定性或寿命。助剂按作用机理的不同可分为结构型和电子型两类。结构性助剂：通过对载体和活性组分的结构作用，主要是提高活性组分的分散性和稳定性；电子型助剂：通过改变催化剂的电子结构，促进催化剂的选择性。2.载体的功能主要有：⑴提供有效的表面和适宜的孔结构，维持活性组分高度分散；⑵增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定的形状和大小，应根据催化剂的强度要求来选择合适强度的体，粘结剂的加入可以补强；⑶改善催化剂的热传导性能，以满足反应过程的传热要求；⑷减少活性组分的用量，特别是贵金属的用量；⑸载体可提供附加活性，载体一般不要求有催化活性，但是如为目的反应的活性则对反应有利；⑹活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用，影响催化活性。3.简要阐述固体酸的基本特征及其表征方法。答：固体酸一般可认为是能过化学吸附碱的固体，也可以了解为能够使碱性指示剂在其上改变颜色的固体。其基本特征以及表征方法有以下几个方面：1.酸位的类型及其鉴定：为了阐明固体酸的催化作用，常常区分B酸中心与L酸中心。研究3NH和吡啶在固体酸上的吸附的红外光谱可以做这种区分。2.固体酸的强度与酸量：①酸的强度：是指给出质子的能力（B酸强）或者接受电子的能力（L酸强）。通常用酸强度函数0H表示：}]/[]lg{[0aaaBHBpKH，其中a][][BHBa和分别表示未解离碱和共轭酸的浓度。pKa是共轭酸BH+解离平衡常数的负对数。关于酸强度的测定的方法主要是：胺滴定法、气态碱吸附法（程序升温脱附法TPD）②酸量：固体酸表面上的酸量通常表示为单位重量或者单位表面积上酸位的毫摩尔数，即mmol/wt或mmol/2m.酸量也叫酸度，指酸的浓度。4.简要阐述多相催化反应的步骤。答：1.反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散（外扩散）2.反应物分子在催化剂内表面上吸附（内扩散）3.吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或气相分子作用进行化学反应4.反应物字催化剂表面脱附5反应物分子在孔内扩散并扩散到反应气流中去（外扩散）5.简要阐述正碳离子的形成及其反应规律。答：在有机化学反应中碳正离子可以通过