催化原理
1. 什么是催化剂？什么是催化作用？催化作用的特征有哪些？工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂？
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，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地消耗的化学物质。催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
催化作用具有如下几个特征：
1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应
2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数）
3、催化剂对反应具有选择性
4、催化剂的使用寿命有限
实际工业上催化正、逆反应时为什么往往选用不同的催化剂？
第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。
催化剂是如何加快化学反应速度的
催化作用是通过加入催化剂，实现低活化能的化学反应途径，从而加速化学反应。（催化剂通过改变反应历程，使化学反应所需克服的能垒数值大大减少。
结果：催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工业化生产。）
3. 催化剂的活性、选择性的含义是什么？
活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性
选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。
5. 催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？
寿命指在工业条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间；或满足上述条件经再生使用的累计时间，称为总寿命。
指催化剂的有效使用期限，是催化剂的重要性质之一。催化剂在使用过程中，效率会逐渐下降，影响催化过程的进行。例如因催化活性或催化剂选择性下降，以及因催化剂粉碎而引起床层压力降增加等，均导致生产过程的经济效益降低，甚至无法正常运行。
①化学稳定性:化学组成与化学状态稳定，活性组分与助剂不反应与流失
②②耐热稳定性不烧结、微晶长大和晶相变化；
③③抗毒稳定性抗吸附活性毒物失活；
④④机械稳定性:抗磨损率、压碎强度、抗热冲击。决定催化剂使用过程中的破碎和磨损
4. 催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？
（1）不改变反应热：因为催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应前后的能量变化是由反应物和产物在反应体系中的相对能位来决定，反应物与产物的结构确定了它们的相对能位，即不改反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变反应热。
（2）降低活化能：因为催化剂通过改变反应历程，使反应沿着一条更容易进行的途径进行。对于同一个化学反应来说，加入催化剂可降低反应活化能提高反应速率，理论上不改变反应热！如图所示：加入催化剂可降低Ea，使得活化分子数增加，反应速率加快；催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应前后的能量变化是由反应物和产物在反应
体系中的相对能位来决定，反应物与产物的结
构确定了它们的相对能位，即不改变反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变摩尔反应焓变，即不改变产物与反应物之间的能量差，即△H.
6. 均相催化有什么特点？
均相催化反应是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。
均相催化过程有以下特点：
（1）反应条件温和，有利于节能。
（2）反应性能单一，具有特定的选择性。
（3）作用机理研究清楚明晰，催化剂的活性和选择性易于精心调配和设计。
（4）催化剂的稳定性差，且不易与产物分离。
7. 固体催化剂一般由哪几部分组成？载体在催化剂中的作用是什么？结构型助剂与电子型助剂有何区别？
工业上所用的固体催化剂往往不是单一物质，而是由多种物质组成。按每种物质所起的作用可分为主催化剂、助催化剂和载体。
载体是主催化剂的支持体，负载活性组分的骨架。一般为没有活性的惰性物质，在催化剂中含量较高，有时也可担当共催化剂和助催化剂的角色。分散作用,助催化作用,传热和稀释作用,支撑作用,稳定化作用
主催化剂、共催化剂、助催化剂、载体。主催化剂是催化剂中产生活性的部分，没有它催化剂就不能产生催化作用。共催化剂：和祝催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一不可。助剂：本身没有活性或活性很低，少量助剂加到催化剂中，与活性组分产生作用，从而显著改善催化剂的活性和选择性等。载体：载体主要对催化活性组分起机械承载作用，并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构；提高催化剂的热稳定性和抗毒能力；减少催化剂用量，降低成本。
助催化剂分为：结构型助催化剂、电子型、扩散型、毒化型助催化剂。结构型助催化剂通常不影响活性组分的本性，而电子型助催化剂能改变催化剂活性组分的本性，包括结构和化学特性。
8. 一个好的工业催化剂应满足哪些条件？
①适宜的活性、高选择性和长寿命。
②操作条件的影响，适宜的配套装置和工艺流程。
③催化剂的价格低廉
工业生产的角度考虑强调的是原料和能源的充分利用，据此可以认为催化剂功能的相对重要性是：选择性>稳定性>活性
9. 何为转化率、收率和选择性？如何计算转化率、收率和选择性？
转化率：已经转化的物料量占总进料量的比例大小
产率：生成的目的产物量占反应物初始总量的比例
选择性：目的产物占总产物的比例（m%, mol%）
选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。
x(转化率)=(已转化的指定反应物的量/ 指定反应物的进料量)×100%
s (选择性)= (转化成目的产物的指定反应物量/ 已转化的指定反应物的量) ×100%
Y(产率)= (转化成目的产物的指定反应物量/ 指定反应物的进料量)×100%
Y=xs
1. 朗格谬尔、BET吸附等温式的假设及用途是什么？
朗格缪尔吸附模型假定条件为：
①吸附是单分子层的，即一个吸附位置只吸附一个分子；
②被吸附分子之间没有相互作用力,吸、脱附活化能与表面覆盖率无关;
③吸附剂表面是均匀的；
上述假定条件下的吸附称为理想吸附。
朗格缪尔方程属于I型等温线。适用于一些微孔物质，如某些活性炭、硅胶、沸石分子筛等，平台部分对应的是吸附剂的微孔完全被凝聚液充满，langmuir吸附等温线也可以描述可逆的化学吸附过程。如用活性炭吸附N2 ，Ar，CH4等气体
BET等温式是布鲁诺（Brunaure）、埃麦特（Emmett）和泰勒（Teller）在Langmuir吸附理论基础上发展的，主要基于两点假定：
①固体表面是均匀的，自由表面对所有分子的吸附机会相等，分子的吸附、脱附不受其他分子存在的影响；
②固体表面与气体分子的作用力为范德华力，因此在第一吸附层上还可以进行多层吸附。BET方程属于Ⅱ型等温线。BET方程应用范围较广，但不适用于活性炭的吸附。依据BET方程可测定固体吸附剂、催化剂的表面积。
2. 何为控制步骤？研究催化反应控制步骤对选择和改进催化剂有何用途？如何消除内、外扩散影响？
多步反应中，若其中某一步骤的阻力远较其他步骤为大，则该步骤为控制步骤
外扩散的阻力：气固（或液固）静止的边界层。消除方法：提高空速
内扩散阻力：催化剂颗粒孔隙内径和长度。消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂孔隙直径.
内扩散消除实验的做法是：在一定催化剂装填量（质量或体积）条件下，改变催化剂颗粒粒径，通过对比不同粒径下的催化剂活性变化来确定内扩散消除与否，即随着粒径减小，活性不再变化，那么活性不再变化所对应的粒径就可以认为没有了内扩散的影响，或者说内扩散效应可以忽略。
3. 表面催化反应包括哪几个步骤？
反应物的吸附、化学反应、产物的脱附。
（1）反应物由气相主体扩散到催化剂外表面
（2）反应物由催化剂外表面扩散到催化剂内表面
（3）反应物的化学吸附
（4）被吸附的反应物发生化学反应生成产物
（5）产物的解吸
（6）产物由催化剂内表面扩散到催化剂外表面
（7）产物由催化剂外表面扩散到气相主体
其中（1）、（7）步为外扩散，（2）、（6）步为内扩散，（3）、（4）、（5）步为化学动力学过程
4.物理吸附和化学吸附的特点分别是什么？
本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力类似于蒸汽的凝聚和气体的液化，后者为化学键力，类似于化学反应，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同。
5. 举例说明催化循环？
非缔合活化
催化循环定义：在催化反应过程中催化剂以两种明显的价态存在，反应物的活化经由催化剂与反应物分子间明显的电子转移过程，催化中心的两种价态对于反应物的活化是独立的，这种催化循环称之为非缔合活化催化循环。举例：氧化亚氮在镍催化剂上的分解反应。
缔合活化催化循环定义：在催化反应过程中催化剂没有价态的变化，反应物分子活化经由催化剂与反应物配位，形成络合物，再由络合物或其衍生出的活性中间物种进一步反应，生成产物，并使催化剂复原。反应物分子活化是在络合物配位层中发生的。举例：固体酸催化剂作用下的乙烯水合反应。
6.化学吸附态的研究有什么意义？
化学吸附态是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。同一种物质在同一固体表面吸附可随条件不同呈现不同的吸附态。吸附态不同，使催化最终产物不同。因此化学吸附态及化学吸附物种的确定对于多相催化理论的研究具有重要意义。
1. 何谓质子酸和非质子酸？它们的催化作用有何异同？
凡能给出质子的分子或离子叫酸（即质子酸），凡能和质子结合的分子或离子叫碱（即质子碱）。例如HCD、H2SO4、CH3COOH、HCO-3、NH+4等都能放出质子，它们都是酸。NaOH、
NH3、CH3COO-、CO2-3等都能夺取质子，它们都是碱。按照酸碱质子论，酸碱反应是质子转移的反应。异同：1、酸催化的反应与酸位的性质密切相关，不同类型的反应要求不同酸位性质的催化剂。
2、酸催化的反应与酸强度也有密切关系，不同酸强度的部位可能具有不同的催化活性，所以不同的反应要求的酸强度范围也不相同。
3在酸强度适宜的范围内，催化剂活性与酸浓度呈正比关系，即酸度越大，活性越高。
2. 酸度和酸强度的含义？如何测定？区别B 酸和L 酸的实验方法？
酸度：指固体酸的单位面积的含酸量。（1）酸强度是指给出质子的能力（B 酸强度）或接受电子对的能力（L 酸强度）用函数H0 表示（2）测试方法：正丁胺指示剂滴定法测是总酸度和酸强度气态碱吸附脱附法（NH3，吡啶等）程序升温脱附法（TPD）脱附温度越高酸强度强。3）能够接受电子对的物质称为L 酸；能够给出质子的物质称为B 酸。区别B 酸中心和L 酸中心；用NH3 或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱可以作出区分
3. SiO2-Al2O3二元复合氧化原物的B 酸、L 酸活性中心相互转化的条件是什么？
⑴表面上存在B酸和L酸位⑵骨架外铝离子会强化酸位，形成L酸中心⑶多价阳离子交换后，也将具有酸性⑷过渡金属离子还原也能形成酸位中心
1. 分子筛催化剂有哪些重要特性？其表面酸性是怎样产生的？、
①具有较高活性；②具有较高选择性，可择形催化；③具有较灵活的调变性；④具有较好的稳定性。
（1）特性；分子筛的离子交换特性
（2）酸性：一般认为由分子筛重的平衡钠离子直接为质子取代而形成
2. 分子筛催化剂的催化作用？分子筛催化剂的催化选择性?
1、分子筛的吸附特性比表面积大，吸附能力强分子筛。由于硅铝比不同，而具有不同的亲水性。分子筛具有择形吸附性能
2、分子筛的离子交换特性利用分子筛的离子交换特性可以制备高分散的负载型金属催化剂。
3. 分子筛的结构？
一级结构单元是硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4）。二级结构单元是硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥联接形成。三级结构单元是二级结构单元再通过氧桥进一步联接构成的笼状结构，笼是分子筛结构的重要特征的环结构。
1. 合成氨催化剂的组成及各组分的作用是什么？
合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3。Fe是主催化剂，K2O是电子助催化剂，A l2O3是结构助催化剂
2. 何谓结构敏感性反应？合金的组成与结构及其对催化剂的性能有何影响？
是指：用金属或合金为催化剂时，在反应中同时涉及几个相邻的催化剂表面原子。此时，催化剂表面的构造、金属的性质、分散度及合金化的结果，对催化活性有显著的影响。
3. 什么是能带理论和d带空穴？d带空穴与催化活性的关系？
当金属原子之间距离很大时，各个能级是分立的，随着原子之间距离的变小形成金属晶体时，原子间将按一定的结构在空间有规则的排列，原子轨道发生重叠，原本分立的电子能级扩展为能带。d带中某些能级未被充满，称为“d带空穴”。
d带空穴数越多，说明未成对电子数越多。d带空穴越多，接受反应物电子配位的数目也越多，其催化活性就越大，d带空穴过多可能造成吸附过强，而不利于催化反应；
d带空穴数目少，接受反应物电子配位的数目就少，其催化活性就越小。
只有当d带空穴数目和反应物分子需要转移的电子数目相近时，产生的化学吸附是中等的，这样才能有较好的催化活性。
4. 什么是价键理论和d特性百分数？d特性百分数与催化剂活性的关系？
价键理论认为金属晶体是单个原子通过价电子之间形成共价键结合而成的。价键理论把金属原子的电子分成两类，一类是成键电子，用来形成金属键；另一类叫原子电子，或称未结合电子，对金属键的形成不起作用。或者说过渡金属有两种轨道，一种叫成键轨道，它由外层的d、s、p轨道杂化而成；另一类是非键轨道，或称原子轨道。
杂化轨道中d 原子轨道所占的百分数称为d 特性百分数，以d%表示，它是价键理论用以关联金属催化剂活性和其它物性的一个特性参数。
5. 过渡金属电子结构的主要特性是什么？为何能作为催化剂使用？
⑴过渡金属氧化物具有半导体性质。
⑵过渡金属氧化物中金属阳离子的d电子层容易得到或失去，具有较强氧化还原性。
⑶过渡金属氧化物催化剂比过渡金属催化剂更优越的是它耐热、抗毒性能强，过渡金属氧化物还具有光敏、热敏、杂质敏感性能，因此便于催化剂的调变。
1、费米能级的意义？半导体与费米能级的关系？改变费米能级的办法？
米能级对半导体的意义其实就是电子的分割面，其大小可用来衡量半导体给出电子的难易。对n型半导体加入施主型杂质，可使费米能级升高，逸出功降低，电导率变大。相反，向n型半导体中加入受主杂质，可使费米能级降低，逸出功增加电导率变小。对p型半导体，当加入施主型杂质，可使费米能级升高，逸出功降低，电导率变小。向p型半导体中加入受主杂质，可使费米能级降低，逸出功增加，电导率变大。由于空穴率增加，电导率上升。从费米能级到导带顶之间的能量就是逸出功。
2、影响半导体催化剂化学吸附的因素有哪些？
当接受电子的气体吸附于表面时，表面产生负电荷层，表面的吸附质起受主的作用。p型半导体有利于氧的吸附，而n型半导体不利于氧的吸附。从催化的角度看，p型半导体有利于氧的吸附，有利于深度氧化反应，是更为活泼的氧化催化剂；而n型半导体不利于氧的吸附，有利于部分氧化即选择性氧化反应。
3、影响半导体催化剂的活性、选择性的因素？
5、醇类氧化脱氢可用ZnO 催化剂，试解答下列问题：
（1）ZnO 属何种半导体？怎样判别？
（2）哪些杂质可以增加ZnO 的导电能力？为什么？
（3）画出ZnO 半导体的能带图（包括杂质能级和费米能级）；
（4）如果在ZnO 上的催化反应属于得电子气体吸附控制，那么引入哪些物质可以提高催化剂的活性？
（5）画出催化作用的电子转移关系图。
1、什么是络合催化？络合催化的特征是什么？络合空位如何形成？
指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并使之在配位空间进行催化的过程。
特征：在反应过程中，催化剂活性中心与反应体系始终保持着化学结合（配位络合）。
2、举例说明典型的络合催化工艺。
3、常见络合催化剂的配位体有哪些？
配位体通常是含有孤对电子的离子或中性分子，包括如下
一些物质：
⑴卤素配位体：Cl-、Br-、I-、F-；
⑵含氧配位体：H2O、OH-，H2O配位体由氧提供孤对电子；
⑶含氮配位体：NH3，由氮提供孤对电子；
⑷含磷配位体：PR3，磷提供孤对电子；
⑸含碳配位体：CN-、CO等，其中CO由碳提供孤对电子；
另一种配位体是只含有一个电子的自由基，如H·，烷基（C2H5·）等。
4、均相络合催化的优缺点？其固相化技术有哪些？
优点：⑴高选择性⑵反应条件温和⑶反应机理研究深入
缺点：⑴分离困难⑵腐蚀性强⑶催化剂的热稳定性差⑷催化剂的成本较高
⑴浸渍法：简单易行，但活性组分容易流失或分解。
2化学键合法；包括配位络合法、离子交换法。活性组分与载体键合较牢，不易流失和分解。
5、总结各类催化剂的特点及催化机理。
1. 常用的工业催化剂的制备方法有哪些？各自的优缺点及适用场合是什么？
（1）沉淀法：常用方法，可制备多组分催化剂。影响因素：1)沉淀剂、金属盐的性质，2)沉淀反应条件：沉淀剂与金属盐的浓度、pH、温度、加料顺序、搅拌速度、沉淀物的生成速度、沉淀时间、洗涤与干燥方法等
（2）浸渍法：制备负载型催化剂的常用方法。过量溶液浸渍法、等体积浸渍、多次浸渍、蒸汽相浸渍
（3）热分解法(or固相反应法)：采用可加热分解的盐类:硝酸盐、碳酸盐、草酸盐等。影响因素1)原料的影响(碱土金属的硝酸盐只能得到亚硝酸盐)2)热分解条件对分解产物的影响：分解温度↑与分解时间↑→粒度↑（4）熔融法（5）还原法：多用于金属氧化物的制备
沉淀法水合氧化物，如氢氧化铁等的制备
浸渍法贵金属负载到金属氧化物载体Al2O3或SiO2等载体上简单易行，但活性组分容易流失或分解。
混合法氧化铁-氧化铬CO变换催化剂的制备
熔融法合成氨的铁催化剂的制备. 熔融法制备催化剂，其活性好、机械强度高，且生产能
力大。缺点是通用性不大。
沥滤法雷尼镍催化剂的制备
2. 浸渍法制备催化剂时，不同条件下活性组分的分布情况？
3. 沉淀法制备工业催化剂应如何选择原料、沉淀剂、沉淀反应？沉淀的条件有哪些？沉淀法制备催化剂有哪些优缺点？
沉淀过程和沉淀剂的选择：沉淀物的形成包括两个过程：晶核的生成和晶核的长大
常用的沉淀剂：生产中常用的沉淀剂有：碱类（NH3·H2O、NaOH、KOH）；碳酸盐（Na2CO3、(NH4)2CO3、CO2）；有机酸（乙酸、草酸）等。其中最常用的是NH3·H2O 和(NH4)2CO3。
因为铵盐在洗涤和热处理时容易除去，一般不会遗留在催化剂中，为制备高纯度的催化剂创造了条件。而NaOH、KOH常会留下Na+、K+在沉淀中，尤其是KOH价格较贵，故一般不使用。CO2溶解度小，也不常用。有机酸价格昂贵，只在必要时使用。
沉淀条件的选择：浓度，温度，ph值，加料顺序，搅拌。
均匀沉淀法与共沉淀法：均匀沉淀法;首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个均匀的体系，然后调节温度，使沉淀剂母体加热分解，转化为沉淀剂，从而使金属离子产生均匀沉淀；共沉淀法：将含有两种以上金属离子的混合溶液与一种沉淀剂作用，同时形成含有几种金属组分的沉淀物，称为共沉淀法。利用共沉淀的方法可以制备多组分催化剂，这是工业生产中常用的方法之一。
①⑴尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂。⑵形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。
⑶沉淀剂的溶解度要大，形成的沉淀物溶解度要小。⑷沉淀剂必须无毒，不应造成环境
污染
②⑴浓度：沉淀应在适当稀释的溶液中进行，这样在沉淀开始时，溶液的过饱和度不太
大，晶核生成速率减小，有利于晶体的长大，可以得到完整的结晶。当饱和度过大时，结晶速率过快，容易产生缺陷或包裹杂质。
⑵温度: (1) 低温有利于晶核数量的增加——得到细小的颗粒(2) 高温有利于晶核的长大——得到较大颗粒的结晶体
⑶pH 值: 沉淀法中常用的沉淀剂是碱性的，所以溶液的pH值对沉淀过程必然有影响。如，铝盐用碱沉淀
⑷加料顺序: 加料顺序不同，直接影响沉淀过程中的pH 值，因而对沉淀物的性能也会有很大的影响。
⑸搅拌: 搅拌加强溶液的湍动，有利于沉淀剂在溶液中的扩散。
4. 列出常用的均匀沉淀剂母体。
尿素（NH2）2CO
5. 浸渍法催化剂主要用于哪些类型催化剂的制备？
1. 试述催化剂各种制备方法及其基本原理。
1.沉淀法是制备固体催化剂最常用的一种方法，可用于制备单组分及多组分催化剂。制备
方法:借助沉淀反应，用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶化合物，再经分离、
洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制成成品催化剂。
2.浸渍法——将载体浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，接触一定时间后除去过
剩的溶液（如果有），再经干燥、焙烧和活化（还原），即可制得催化剂。混合法是工业上制备多组分催化剂最简单的方法。其原理是将组成催化剂的各种组分以粉状粒子的形态在球磨机或碾合机内边磨细边混合，使各组分粒子之间尽可能均匀分散。混合法又分为干法和湿法两种。
3.制备方法: 熔融法是在高温条件下，晶型催化剂组分的熔合，使其成为均匀的混合体、
合金固溶体或氧化物固溶体。温度是关键性的控制因素。
4.制备方法: 沥滤法是利用物理或化学的方法完全或部分地除去固体物质中的某些组分，
从而获得活性表面与孔隙结构的方法。可值得骨架金属催化剂，比如雷尼镍。
5.l离子交换法
2. 对于串连反应，目的产物为中间物时，应采用大孔还是小孔催化剂合适？为什么？
3. 焙烧的目的是什么？
①通过物料的热分解，除去化合结合水和挥发性物质，使其转化成所需的化学物质和化学
形态
②借助固态反应、互溶和再结晶体获得一定的晶型、微晶粒度、孔径和比表面积等
③使微晶适当烧结，以提高催化剂的机械强度，还可以通过造空作用使催化剂获得较大的
孔隙率。
4. 催化剂的成型方法有哪些？
（1）破碎（将大的颗粒破碎成无定型的小颗粒）
（2）压片（由打片机压成片状）
（3）挤条（由挤条机挤成条状）
（4）滚涂（由滚涂机滚涂成所需形状）
（5）凝聚成球（靠表面张力凝聚成球）
（6）喷雾成球（先喷成雾状，靠表面张力凝聚成球）
（7）研粉（有研磨机研成粉状）
（8）织网（编织成网）
（9）其他特殊（化学腐蚀等）
5. 催化剂的形状对催化剂的性能有什么影响？
催化加氢总结
催化加氢学习知识总结 一、概述 催化加氢是石油馏分在氢气的存在下催化加工过程的通称。 ?炼油厂的加氢过程主要有两大类： ◆加氢处理（加氢精制） ◆加氢裂化 ?加氢精制/ 加氢处理 ◆产品精制 ◆原料预处理 ◆润滑油加氢 ◆临氢降凝 ?加氢裂化 ◆馏分油加氢裂化 ◆重(渣)油加氢裂化 ?根据其主要目的或精制深度的不同有： ◆加氢脱硫（HDS） ◆加氢脱氮（HDN） ◆加氢脱金属（HDM） 加氢精制原理流程图 1－加热炉；2－反应器；3－分离器； 4－稳定塔；5－循环压缩机 ◆加氢裂化：在较高的反应压力下，较重的原料在氢压及催化剂存在下进行裂解和加 氢反应，使之成为较轻的燃料或制取乙烯的原料。可分为： ●馏分油加氢裂化 ●渣油加氢裂化 加氢精制与加氢裂化的不同点：在于其反应条件比较缓和，因而原料中的平均分子量和分子的碳骨架结构变化很小。 二、催化加氢的意义
1、具有绿色化的化学反应，原子经济性。 催化加氢一般生成产物和水，不会生成其它副产物（副反应除外），具有很好的原子经济性。绿色化学是当今科研和生产的世界潮流，我国已在重大科研项目研究的立项上向这个方向倾斜。 2、产品收率高、质量好 普通的加氢反应副反应很少，因此产品的质量很高。 3、反应条件温和； 4、设备通用性 三、国内外几家主要公司的馏分油加氢裂化催化剂 四、加氢过程的主要影响因素 1 反应压力 反应压力的影响往往是通过氢分压来体现的，系统的氢分压取决于操作压力、氢油比、循环氢纯度和原料的汽化率等 ①汽油加氢精制 ?氢分压在2.5MPa～3.5PMa后，汽油加氢精制反应的深度不受热力学控制，而是取 决于反应速度和反应时间。 ?在气相条件下进行，提高反应压力使汽油的反应时间延长，压力对它的反应速度影 响很小，因此加氢精制深度提高。 ?如果压力不变，通过氢油比来提高氢分压，则精制深度下降。 ②柴油加氢精制 ?在精制条件下，可以是气相也可是气液混相。 ?处于气相时，提高反应压力使汽油的反应时间延长，因此加氢精制深度提高。 ?但在有液相存在时，提高压力将会使精制效果变差。氢通过液膜向催化剂表面扩散
催化原理
一、催化剂的定义与催化作用的特征 1．定义：凡能加速化学反应趋向平衡，而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。2．特征:①加快反应速率;②反应前后催化剂不发生化学变化(催化剂的化学组成--不变化物理状态---变化（晶体、颗粒、孔道、分散))③不改变化学平衡④同时催化正、逆反应。⑤对化学反应有定向选择性。 二、催化剂的评价指标 工业催化剂的四个基本指标：选择性、稳定性、活性、成本。 对工业催化剂的性能要求：活性、选择性、生产能力、稳定性、寿命、机械强度、导热性能、形貌和粒度、再生性。 1.活性催化剂使原料转化的速率：a=-(1/w)d(nA)/dt 2.生产能力--时空收率：单位体积（或单位质量）催化剂在单位时间内所生产的目的产物量Y v,t=n p/v.t or Y W,t=n p/w.t 3.选择性：目的产物在总产物中的比例S=Δn A→P/Δn A=(p/a).(n P/Δn A) =r P/Σr i 4.稳定性：指催化剂的活性随时间变化 5.寿命：是指催化剂从运行至不适合继续使用所经历的时间 三、固体催化剂催化剂的组成部分 主催化剂---活性组份：起催化作用的根本性物质，即催化剂的活性组分，如合成氨催化剂中的Fe。其作用是：化学活性，参与中间反应。 共催化剂：和主催化剂同时起作用的组分，如脱氢催化剂Cr2O3-Al2O3中的Al2O3。甲醇氧化的Mo-Fe催化剂。 助催化剂：它本身对某一反应无活性，但加入催化剂后（一般小于催化剂总量10%）能使催化剂的活性或选择性或稳定性增加。加助催化剂的目的：助活性组份或助载体。 载体：提高活性组份分散度，对活性分支多作用，满足工业反应器操作要求，满足传热传质要求。 四、固体催化剂的层次结构 初级粒子：内部具有紧密结构的原始粒子； 次级粒子：初级粒子以较弱的附着力聚集而成-----造成固体催化剂的细孔； 催化剂颗粒：次级粒子聚集而成-----造成固体催化剂的粗孔； 多孔催化剂的效率因子：η=K多孔/K消除内扩散=内表面利用率<1 五、催化剂的孔内扩散模型 物理吸附：分子靠范德华力吸附，类似于凝聚，分子结构变化不大，不发生电子转移与化学键破坏。 努森扩散（微孔扩散）：当气体浓度很低或催化剂孔径很小时，分子与孔壁的碰撞远比分子间的碰撞频繁，扩散阻力主要来自分子与孔壁的碰撞。散系数D K=9700R(T/M)0.5 式中：R是孔半径，cm; T是温度，K；M是吸附质相对分子量。 体相扩散（容积扩散）：固体孔径足够大，扩散阻力与孔道无关，扩散阻力是由于分子间的碰撞，又称分子扩散。体相扩散系数D K=νγθ/（3τ）式中ν、γ 分别是气体分子的平均速率和平均自由程；θ 固体孔隙率；τ 孔道弯曲因子，一般在2~7。 过渡区扩散：介于Knudsen扩散与体相扩散间的过渡区。分子间的碰撞及分之与孔道的碰撞都不可忽略 构型扩散：催化剂孔径尺寸与反应物分子大小接近，处于同一数量级时，分子大小发生微小变化就会引起扩散系数发生很大变化。例如：分子筛择形催化 六、催化过程的分类 均相催化：反应物和催化剂处于同一相
催化原理习题
《催化原理》习题（一） 第一章 一、填空题 a)本世纪初，合成NH3 ，HNO3 ，H2SO4催化剂的研制成功为近代无 机化学工业的发展奠定了基础。催化裂化，催化加氢裂化，催化 重整催化剂的研制成功促进了石油化工的发展。 b)随着科学的进步，所研制的催化剂活性的提高和寿命的延长，为化工 工艺上降低反应温度、压力，缩短流程，简化反应装置提供了有 力的条件。 四.回答题 1.简单叙述催化理论的发展过程。 答：从一开始，催化剂的应用就走在其理论的前面。 1925年，Taylor的活性中心学说为现代催化理论的奠定了基础。 在以后的20多年中，以均相反应为基础，形成了中间化合物理论。 50年代，以固体能带模型为弎，又形成了催化电子理论。 60年以后，以均相配位催化为研究对象，又形成表面分子模型理论。 由此，催化理论逐渐发展起来。 2.哪几种反应可以在没有催化剂的情况下进行，在此基础上分析催化作 用的本质是什么。 答：（1）下列反应可在没有催化剂时迅速进行： a)纯粹离子间的反应 b)与自由基有关的反应 c)极性大或配们性强的物质间的反应 d)提供充分能量的高温反应 （2）在含有稳定化合物的体系中加入第三物质（催化剂），在它的作用下，反应物的某些原子会发生离子化，自由基化或配位化，从而导致 反应历程的变化，使反应较容易进行。这就是催化剂催化作用的本质。第二章 一.概念题(催化剂的) 选择性，催化剂失活，可逆中毒，催化剂机械强度 答：催化剂的选择性：是衡量催化剂加速某一反应的能力。 催化剂失活：催化剂在使用过程中，其结构和组成等逐渐遭到破坏，导致催化剂活性和选择性下降的现象，称为催化剂失活。 可逆中毒：指毒物在活性中心上的吸附或化合较弱，可用简单方法使催化剂的活性恢复。 催化剂机械强度：指固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重力的作用，以及温度、相变作用的能力。 二.填空题: a) 按照反应机理中反应物被活化的方式催化反应可分为: 氧化还原催化反 应，酸碱催化反应，配位催化反应。 b)结构性助剂可改变活性组分的物理性质，而调变形助剂可改变活性组 分的化学性质。
催化作用原理(名词解释+填空)
【名词解释】 1、可持续发展：既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展称为可 持续发展。 2、催化裂化：是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等 过程。 3、加氢裂化：在较高的压力和温度下，氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化 反应，转化为轻质油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烃的原料）的加工过程。 4、催化重整：是在催化剂作用下从石油轻馏分生产高辛烷值汽油组分或芳香烃的工艺过程。 5、加氢精制：是指在催化剂和氢气存在下，石油馏分中含硫、氮、氧的非烃组分发生脱除硫、 氮、氧的反应，含金属有机化合物发生氢解反应，同时，烯烃发生加氢饱和反应。 6、温室效应：由于大气层中的某些气体对太阳辐射的红外线吸收而导致大气层温度升高，地球 变暖的现象。 7、催化剂：是一种能够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：指催化剂对化学反应所产生的效应。 8、活化：通过还原或硫化使催化剂活性组份由金属氧化物变为金属态或硫化态的过程。 9、化学吸附是反应物分子活化的关键一步，反应物分子与催化活性表面相互作用产生新的化学 物种——反应活性物种。 10、吸附现象：当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相的现象。 吸附质：被吸附的气体。 吸附剂：吸附气体的固体。 吸附态：吸附质在固体表面上吸附后存在的状态。 吸附中心或吸附位：通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置。 吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。 吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变的状态。 11、积分吸附热 在一定温度下，当吸附达到平衡时，平均吸附1mol气体所放出的热量称为积分吸附热q积。 微分吸附热 催化剂表面吸附的气体从n mol 增加到 (n+d n) mol时，平均吸附每摩尔气体所放出的热量。 12、化学吸附态一般是指吸附物种在固体表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构和几何构 型。 13、凡是能给出质子的物质称为酸（B酸） 所谓酸（L酸），乃是电子对的受体，如BF3 固体酸：能给出质子或者接受电子对的固体称为固体酸。 14、相容性： 发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。除表面外，不深入到体内，此即相容性。 15、d带空穴： 金属镍原子的d带中某些能级未被充满，称为“d带空穴”。 16、溢流现象是指固体催化剂表面的活性中心(原有的活性中心)经吸附产生出一种离子或者自 由基的活性物种，它们迁移到别的活性中心处(次级活性中心)的现象。 17、结构敏感反应：反应速率对金属表面的微细结构变化敏感的反应。 结构不敏感反应：反应速率不受表面微细结构变化的影响。 18、沸石：自然界存在的结晶型硅铝酸盐（由于晶体中含有大量结晶水，加热汽化，产生类似
催化原理总结
催化原理总结 《催化作用基础》总结,2010级,第一章绪论,催化剂的重要性质：活性：转化率选择性：分数选择性，相对选择性，工业选择性，产率寿命：寿命曲线（成熟，稳定，衰老）价格：选择催化剂应考虑的因素:选择性,寿命,活性,价格固体催化剂的一般组成:载体,主催化剂(活性组份),助催化剂(载体的:提高稳定性,抑制副反应,提供双功能；活性组份的:促进活性结构的形成,调变活性组份的电子云密度)载体的作用:1）分散活性组分；2）稳定化作用（抑制活性组份的烧结）；3）助催化作用（如，提供酸性，对金属组分的调节作用）；4）支撑作用；5）传热与稀释作用负载型催化剂的组成：载体、活性组分、助剂,催化剂的分类1.按催化反应体系物相的均一性分类:均相,非均相(多相),酶催化2.按催化剂的作用机理分类:1）氧化还原：加氢、脱氢、氧化、脱硫等2）酸碱催化：水合、脱水、裂化、烷基化、异构化、歧化、聚合等3）配位催化：烯烃氧化、烯烃氢甲酰化、烯烃聚合、烯烃加氢、烯烃加成、甲醇羰基化、烷烃氧化、酯交换等3.按催化反应类型分类1）加氢2）脱氢3）部分氧化4）完全氧化5）水煤气变换6）合成气7）酸催化的裂化、歧化、异构化、烷基化、聚合、水合、脱水等反应8）氧氯化反应9）羰基化10）聚合,第一章绪论,4.按催化剂分类1）酸、碱催化剂均相酸、碱催化剂多相酸、碱催化剂（固体酸、碱催化剂）2）金属催化剂3）半
第一,络合催化剂）4导体催化剂过渡金属氧化物过渡金属硫化物．章绪论,第二章吸附作用与多相催化,多相催化的反应步骤与扩散 固体表面分子在固体表面的吸附金属表面上的化学吸附氧化物 表面上的化学吸附吸附等温线,1.多相催化反应步骤1）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散2）反应物分子在催化剂内表面上吸附3）吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用进行化学反应4）反应产物自催化剂内表面脱附5）反应产物在孔内 扩散并扩散到反应气流中去,第二章吸附作用与多相催化,扩散扩 散方式:常规:孔径≥100nm努森:孔径≤100nm构型:孔径＜1.5nm 扩散系数：,第二章吸附作用与多相催化,2.吸附物理吸附：分子 间力，吸附力弱，吸附热小（8~20kJ/mol），可逆吸附，无选择性，可发生多层吸附化学吸附：化学键力，吸附力强，吸附热大（40~800kJ/mol），般不可逆，有选择性，单分子层吸附类似化 学反应，遵循化学热力学和动力学规律,第二章吸附作用与多相 催化,3.固体表面结晶、无定形物质、配位多面体1）晶体表面的晶面暴露晶面的影响因素：影响不同晶面暴露比例的因素：热力学动力学稳定的晶面特点：（1）单位面积上未满足的键的数目小；（2）电中性。 ,第二章吸附作用与多相催化,晶体的缺陷分类：点，线，面，立体晶体表面的缺陷与催化作用原子水平的固体表面是不均匀 的表面具有高浓度的位错和缺陷：,第二章吸附作用与多相催化, 分子在固体表面的吸附吸附过程的推动力：固体表面自由能的降
催化作用原理总复习答案
催化作用原理总复习答案 催化作用原理基础一、单项选择题在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。 1. 沉淀法制备催化剂过程中，晶粒的生长速度正比于( c ) A. 饱和度C* B. 沉淀物浓度C C. (C-C) 值 D. 溶剂量 2. 浸渍法制备催化剂时，等量浸渍是指( d ) A. 溶液的量与活性组分的量相等 B. 载体的量与活性组分的量相等 C. 溶液的量与载体的重量相等 D. 溶液的体积等于载体的空体积 3. 分子筛催化剂的基础结构是指( b ) A. 硅原子 B. 硅氧四面体或铝氧四面体 C. 铝原子 D. 笼状结构 4. 汽车尾气转化器中催化剂的载体是( d ) A. 贵金属Pt B. 贵金属Rh C. 金属Pd D. 多孔
陶瓷或合金 5. 内扩散是指( c ) A. 反应物在反应器内的流动 B. 反应物在反应器外管道内的流动 C. 反应物分子在催化剂孔道内的传质 D. 反应物分子在催化剂孔道外的传质 6. 硅铝分子筛中硅是以什么形式存在的( b ) A. 零价硅原子的形式B. 硅氧四面体形式 C. 六配位的硅离子的形式 D. 硅-铝化学键的形式 7. 负载型催化剂制备过程中采用的分离出过多的浸渍液，并快速干燥，是为了( c ) A. 活性组分在孔道内均匀B. 活性组分在孔道外均匀 C. 活性组分分布在孔口和外表面 D. 活性组分在外表面均匀 8. 催化剂的载体决定催化剂的( c ) A. 支撑物B. 活性组分 C. 孔结构 D. 包装水平 9. 产品收率不但取决于反应物的转化率，还取决于产物的( b ) A. 催化剂制备程度中载体用的量 B. 选择性 C. 已转化的反应物质的多少 D. 反应物进料的量的多少
工业催化原理——知识要点
第四章金属催化剂及其催化作用 1、金属催化剂的应用及其特性 1）金属催化剂的应用 金属催化剂：指催化剂的活性组分是纯金属或者合金 纯金属催化剂：指活性组分只由一种金属原子组成，这种催化剂可单独使用，也可负载在载体上 合金催化剂：指活性组分由两种或两种以上金属原子组成 2）金属催化剂的特性 常用的金属催化剂的元素是d区元素，即过渡元素（ⅠB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ族元素） 金属催化剂可提供的各种各样的高密度吸附反应中心 2、金属催化剂的化学吸附 1）金属的电子组态与气体吸附能力间的关系 （1）金属催化剂化学吸附能力取决于金属和气体分子的化学性质，结构及吸附条件 （2）具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附 （3）价键理论：不同过渡金属元素的未结合d电子数不同，他们产生化学吸附的能力不同，其催化性能也不同（4）配位场理论：金属表面原子核体相原子不同，裸露的表面原子与周围配位的原子数比体相中少，表面原子处于配位价键不饱和状态，他可以利用配位不饱和的杂化轨道与被吸附分子产生化学吸附。（5）吸附条件对进水催化剂的吸附的影响： 低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附 高压有利于物理吸附，也有利于化学吸附 2）金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系 （1）金属催化剂的电子逸出功（脱出功） 定义：将电子从金属催化剂汇中移到外界（通常是真空环境中）所需做的最小功，或者说电子脱离金属表面所需要的最低能量 符号：Φ，在金属能带图中表现为最高空能级与能带中最高填充电子能级的能量差 意义：其大小代表金属失去电子的难易程度或说电子脱离金属表面的难易 （2）反应物分子的电离势 定义：指反应物分子将电子从反应物中移到外界所需的最小功，用I表示。 意义：其大小代表反应物分子失去电子的难易程度。 电离能：激发时所需的最小能量 （3）化学吸附键和吸附状态 ①当Φ>I时，电子将从反应物分子向金属催化剂表面专业，反应物分子变成吸附在金属催化剂表面上的正离子。反应物分子与催化剂活性中心吸附形成离子键，它的强弱程度决定于Φ与I的相对值，两者相差越大，离子键越强。这种正离子吸附层可以降低催化剂表面的电子逸出功。随着吸附量的增加，Φ逐渐降低。 ②当Φ 河南理工大学催化原理复习重点 第2章催化剂与催化作用 1.什么是催化剂？ 催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，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地消耗的化学物质。 什么是催化作用？ 催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。 催化作用的特征有哪些？ 1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应 2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数） 3、催化剂对反应具有选择性 4、催化剂的使用寿命是有限的 2.工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂？ 第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。 二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。 3.催化剂是如何加快化学反应速度的？ 催化剂通过改变化学反映历程，从而实现低活化能的化学反应途径进而加快了反应速度。 4.催化剂的活性、选择性的含义是什么？ 活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。 当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性。 5.催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？ 催化剂在长期受热和化学作用下，会经受一些不可逆的物理的和化学的变化，如晶相变化，晶粒分散程度的变化，易挥发组分的流失，易熔物的熔融等导致活性下降至失活。 (1)催化剂热稳定性的影响（催化剂在一定温度下，特别是高温下发生熔融和烧结，固相间的化学反应、相变、相分离等导致催化剂活性下降甚至失活。）(2)催化剂化学稳定性的影响（在实际反应条件下，催化剂活性组分可能发生流失、或活性组分的结构发生变化从而导致活性下降和失活。） (3)催化剂中毒或被污染（催化剂发生结焦积炭污染或中毒。） (4)催化剂力学性能的影响（催化剂发生破碎、磨损，造成催化剂床层压力降增大、传质差等，影响了最终效果。） 4.催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？ 不相同，催化剂反应改变了化学反应需的活化能 6.均相催化有什么特点？ （1）反应条件温和，有利于节能。 （2）反应性能单一，具有特定的选择性。 （3）作用机理研究清楚明晰，催化剂的活性和选择性易于精心调配和设计。（4）催化剂的稳定性差，且不易与产物分离。 基本概念和常用术语 1.活性：指物质的催化作用的能力，是催化剂的重要性质之一。 选择性：指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。用来描述催化剂上两个以上相互竞争反应的相对速率(催化剂的重要性质之一，指在能发生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进不同反应的程度的比较。) 比活性：比活性（单位表面反应速率）,取决于催化剂的组成与结构 分散度：指催化剂表面上暴露出的活性组分的原子数占该组分在催化剂中原子总数的比例，即D=ns(A)/nt(A)。 TOF：单位时间内每摩尔催化剂（或者活性中心）上转化的反应底物的量。 2.空速：指单位时间内通过单位质量（或体积）催化剂的反应物的质量（或体积）WHSV：每小时进料的重量（液体或气体））/催化剂的装填重量 空时收率：以“空时”作为时间的基准来计量所获得产物的收率。对于大多数反应器，物料在反应器中的停留时间或反应时间是很难确定的。在工程上经常采用空间速率的倒数来表示反应时间，称为“空时”。空时收率大，表示过程和反应器有较高的效率。 3.化学吸附：过电子转移或电子对共用形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附。 表面覆盖率：指单层吸附时，单位面积表面已吸附分子数与单位面积表面按二维密堆积所覆盖的最大吸附分子数之比。 朗格缪尔（Langmuir）吸附： 1916年，朗格缪尔从动力学的观点出发，提出了固体对气体的吸附理论，称为单分子层吸附理论，该理论的基本假设如下： （1）固体表面对气体的吸附是单分子层的； （2）固体表面是均匀的，表面上所有部位的吸附能力相同； （3）被吸附的气体分子间无相互作用力，吸附或脱附的难易与邻近有无吸附分子无关； （4）吸附平衡是动态平衡，达到吸附平衡时，吸附和脱附过程速率相同。 定位吸附：被吸附物从一个吸附中心向另一吸附中心转移需克服能垒。当吸附物不具有此能垒能量时不能向另一吸附中心转移，即为定位吸附。 非定位吸附：若固体表面上不同区域能量波动很小，没有吸附中心，被吸附物在表面上的转移不需克服能垒，即为非定位吸附。 积分吸附热：指达到吸附平衡时，被气体吸附质覆盖的那部分吸附剂表面所产生的平均吸附热。它表示在吸附过程中，较长期间内热量变化的平均值。积分吸附热随吸附质浓度的大小而变化，一般用于区分物理吸附和化学吸附的吸附热。 4.速率控制步骤：速率控制步骤，是一个化学词汇，用以表达在化学反应中，反 1、多相催化反应是在物相不同的反应物和催化剂的两相界面上进行的。 2、多相催化的反应步骤：反应物A由气相主体扩散到颗粒外表面（反应物外扩散）、反应物A由外表面向孔内扩散，到达活性中心（反应物内扩散）、A的吸附、A在吸附活性中心反应生成B、B的脱附、产物B由内表面扩散到外表面（产物内扩散）、产物B由颗粒外表面扩散到气相主体（产物外扩散）。其中，3/4/5过程属于表面反应，反应物和产物的内外扩散属于物理过程，反应物分子在催化剂表面的化学吸附、表面化学反应以及产物的脱附属于化学过程。（七步） 3、多相催化的反应步骤：反应物分子从催化剂周围的介质向催化剂表面以及孔内扩散、反应物分子在催化剂表面和孔内活性中心上吸附、被吸附的反应物分子与催化剂表面以及孔内的活性中心相互作用进行化学反应、反应产物从催化剂表面和孔内活性中心上脱附、反应产物离开催化剂表面以及孔内向催化剂周围的介质扩散，1/5是反应物和产物的扩散过程，属于传质过程，2/3/4属于表面进行的化学过程，也叫化学动力学过程。（五步） 4、多相催化反应中的物理过程：内外扩散过程，为充分发挥催化作用，要尽量消除扩散过程的影响。 5、消除内外扩散阻力的方法：提高空速（外扩散）；减小催化剂颗粒尺寸、增大催化剂孔隙直径（内扩散）； 6、反应物分子在催化剂表面的吸附：分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。具体是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力引起的。化学吸附是由催化剂表面质点与吸附分子间的化学作用力而引起的，是由化学键力引起的。 7、物理吸附与化学吸附区别： 1）物理吸附：吸附力是范德华力、吸附层是单层或多层、选择性是无、热效应是较小、吸附速率是较快。 2）化学吸附：吸附力是化学键力、吸附层是单层、选择性是有、热效应是较大、吸附速率是较慢。 8、如何鉴别物理吸附和化学吸附？ 答：物理吸附只能使原吸附分子的特征吸收带产生位移变化和强度变化，若出现了新的特征吸收带或光电子能谱发生明显变化，就表示发生了化学吸附。 9、多相催化反应的控制步骤： 1）扩散控制：当催化反应为扩散控制时，催化剂的活性无法充分显示出来，此时需要改善催化剂的颗粒大小和微孔构造，才能提高催化效率； 2）化学反应控制：催化反应若为动力学控制时，从改善催化剂组成和微观结构入手，可以有效地提高催化效率，特别是反应温度和压力对催化反应的影响比对扩散过程的影响要大。 10、化学吸附态：一般是指分子或原子在固体表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构等。 11、化学吸附种类：吸附粒子状态是解离与非解离；吸附中心状态：单点与多点； 12、吸附作用基本概念： 1）当气体与固体接触时，固体表面上气体的浓度大于气相浓度，这种现象称之为吸附现象；2）被吸附的气体称之为吸附质； 3）吸附气体的固体称之为吸附剂； 4）吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称之为吸附态； 5）通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这类位置称之为吸附中心或吸附位； 6）吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物； 7）吸附质浓度在吸附剂上增加的过程，称之为吸附过程； 8）吸附质浓度在吸附剂上减少的过程，称之为脱附过程； 1.简述催化研究的基本思路 热力学分析； 活性组分，载体；理论分析，动力学分 选择制备途径。析，中间产物检测 反应器选择； 活性评价。各种物理化学方法 温度，压力，浓度，用量 2.按催化剂作用机理，催化体系可以分为哪几类？试述它们的特点，并举例说明相关的反应。 按反应机理中反应物被活化的起因，催化体系可以分为： ①酸碱催化反应：反应物分子与催化剂之间发生电子对的转移而使反应物分子中化学键进行非均裂，从而形成了活性物种。如：异构化、环化、水合、脱水、烷基化。 ②氧化还原催化反应：反应物分子与催化剂之间发生单电子的转移，而使反应物分子中化学键进行均裂，从而形成了活性物种。如：加氢反应、氧化还原。 ③配位催化反应：反应物分子与催化剂之间形成配位键而使反应物分子活化。如：乙烯聚合。 3.催化剂通常包含几个部分？简述各自的作用。 催化剂通常包含四个部分：主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体。 ?主催化剂：在催化剂中产生活性的组分，没有它催化剂就没有活性。 ?共催化剂：和主催化剂同时起作用的成分。 ?助催化剂：本身无活性或活性较小，但加入少量后，可大大提高催化剂的活性、选择性、寿命、稳定性等性能的物质。 载体：担载活性组分和助剂的物质。载体在催化剂中的作用： 1.它决定催化剂的基本物理结构和性能，如孔结构，比表面，机械强度等； 2.减小活性组分的用量，降低成本； 3.提供附加活性中心； 4.增加催化剂中活性组分的抗毒性能，延长寿命。 4.按物质的类型来划分，催化剂可以分为哪几类？ 5.催化剂和催化作用的特征有哪些？ ①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； ②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）； ③催化剂对反应具有选择性； ④通过改变反应历程，降低反应活化能。 6.评价催化剂主要性能的指标？ 活性：高；选择性：高；寿命：长；价格：低。 7.催化剂活性的表示方法有哪些？ 转换频率；反应速率；速率常数；转化率；活化能；达到某一转化率所需反应温度。 8.什么是催化剂的失活？简述催化剂失活的原因。 催化剂在实际使用过程中，其结构和组成等逐渐遭到破坏，从而催化剂活性或选择性逐渐降低，称为催化剂的失活。 催化作用原理 第二章 催化作用的化学基础 1、催化剂的性能指标 活性： 衡量催化剂效能大小、表示催化剂加快化学反应速率程度的一种度量。 选择性 催化剂的活性可用以下三种方法来表示： （1）反应速率 反应速率用来表示反应的快慢。当用反应速率比较催化剂的活性时，应保证反应时的温度压力和原料的配比等均相同，此时反应速率越快表示催化剂的活性越好。 （2）转化率 转化掉的反应物的量占反应物总量的百分数。是常用的比较催化剂活性的参量。 工厂常用产率来表示催化剂的优劣： 在用转化率比较活性时，要求反应温度、压力、原料气浓度和停留时间都相同。此时，转化率越高，催化剂的活性越大。 （3）活化能 一般说，一个反应在某催化剂上进行时活化能低，则表示该催化剂的活性高，反之亦然。通常都是用总包反应的表观活化能作比较 2.固体催化剂的组成 四部分：主催化剂，共催化剂，助催化剂（助剂），载体 A：主催化剂（主活性组分）: 在催化剂中产生活性的组分。 B：共催化剂：即和主催化剂同时起作用的组分。 C：助催化剂：（助剂，促进剂）本身无活性或活性较小，加入少量后，可大大提高催化剂的活性、选择性、寿命、稳定性等性能的物质。它又可以区分为：（1）结构性助剂：改变活性组分的物理性能。 （2）调变性（电子性）助剂：改变活性组分的电子结构（化学性能）来提高活性组分的活性和选择性等的物质。 K2O：使V2O5能级发生变化，改变了它的电子结构性能，提高了活性—调变性。（3）晶格缺陷型助剂：使活性相原子排列无序化，从而使活性物质微晶间形成更多的晶格缺陷，产生了新的活性中心，使活性提高的物质。 （4）扩散型助剂：加入硝酸盐、碳酸盐或有机物，使之在焙烧时分解而在催化剂中形成孔，提高体相内活性组分的利用率的物质。 （5）毒化型助剂：消除 D：载体：担载活性组分和助剂的物质。 第一章 1.催化反应的三个特征 2.催化反应三种分类 催化剂两种分类 3.固体催化剂四种组成 助催化剂四种结构和载体的五种作用 催化剂的微观结构 4.催化反应性能的三个标准 5.多相催化反应的七个步骤 第二章 物理吸附和化学吸附的区别 物理吸附和化学吸附位能曲线 解离吸附和谛合吸附的概念 化学吸附态（H2,O2,CO,烯烃，炔烃） 吸附等温线（五种） Langmuir吸附等温方程推导（单分子，多分子）BET方程推导催化剂比表面 测定比表面的方法（N2吸附） 催化剂密度（真密度，假密度，比孔容，孔隙率，平均孔半径，孔径分布） 扩散（Kundsen扩散） 第三章 3.1酸碱催化剂的应用和分类（了解） 3.2酸碱定义及酸碱中心的形成 L酸和B酸定义； 单元氧化物L酸吸水转化为B酸 Tababe二元氧化物酸中心形成机理（Ti6Si4) 3.3固体酸性质及其测定 H0的定义（H0=pKa+log(CB/CBH+） TPD法和IR法测定酸中心 固体超强酸（H0<-10.6) 3.4 酸碱催化作用及其催化机理 特殊酸碱催化（反应的速控步） Bronsted规则ka=GaKaα 碳正离子的形成和反应规律 酸中心类型与活性选择性的关系 3.5 沸石分子筛 四个结构；四个类型分子筛 沸石分子筛酸中心形成的四种机理 沸石分子筛的择型催化作用及影响因素 催化裂化与热裂化的区别 第四章 4.1 金属催化剂的应用及特性（具有d带电子的元素） 4.2 金属催化剂的化学吸附 以d电子解释金属催化剂的吸附热 （未结合d电子数越大，吸附热大，强吸附Fe； 未结合d电子数少，吸附热小，弱吸附Pt） 2.电子逸出功，电离势概念；两者与化学吸附的关系 3.化学吸附和催化活性的关系 (中等强度的吸附）88页图4-2 4.3金属催化剂电子因素与催化作用的关系 能带理论(金属原子紧密堆积，原子轨道重叠， 分立的电子能级扩展为能带） d带空穴（可以由磁距测得） d带空穴需要适应反应电子数目的转移 价键理论;金属原子的共价键由杂化轨道构成 d%：d轨道占有杂化轨道的比例( Ni,30%d2SP3;70%,d3SP2) d%越大，d带空穴越少； d%增大，吸附热变小，吸附强度变低。 4.4金属催化剂晶体结构与催化作用的关系 晶格，晶格参数和晶面的概念 晶体对催化作用的影响 几何角度：吸附位，键长和键角 能量角度：q=s/2 晶格缺陷引起催化活性变化（了解） 4.5负载型催化剂 分散度的概念；分散度与晶粒大小的关系 结构敏感反应（C-C,C-O)结构非敏感反应（C-H) 金属与载体的相互作用（实验证明的思路） 溢流现象及其应用 4.6合金催化剂 几何效应和电子效应对催化反应活性的影响。 (Ni-Cu和Pd-Au) 4.7金属催化剂催化作用的典型剖析 合成氨催化剂的助剂(Al2O3,K2O,CaO等） Ag为乙烯环氧化反应催化剂的机理 催化重整反应对双功能催化剂的要求 第五章 1.过渡金属氧化物催化剂的结构类型,应用及其特点 2.导体、半导体、绝缘体的能带结构和类型 3.半导体、n型半导体、P型半导体形成 4.杂质对半导体催化剂费米能级Ef、逸出功、和电导率的影响 5.杂质对半导体催化剂的影响 6.半导体催化剂化学吸附与催化作用 A）受电子气体吸附 n型半导体上吸附 第一章 催化剂与催化作用基本知识 1、简述催化剂地三个基本特征. 答：①催化剂存在与否不影响△G θ地数值,只能加速一个热力学上允许地化学反 应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程,降低反应活化能得以实现地；③催化剂对加速反应具有选择性. 2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO 3/BiO 3混合氧化物,反应由下列各步组成 （1）CH 3-CH 2-CH=CH 2+2Mo 6++O 2-→CH 2=CH-CH=CH 2+2Mo 5++H 20 （2）2Bi 3++2Mo 5+→2Bi 2++2Mo 6+ （3）2Bi 2++1/202→2Bi 3++02- 总反应为CH 3-CH 2-CH=CH 2+1/202→CH 2=CH-CH=CH 2+H 20 试画出催化循环图. CH 3-CH 2 CH 2=CH-CH=CH 2 Mo 5+ Bi 2+ H 20 3、合成氨催化剂中含有Fe 3O 4、Al 2O 3和K 20,解释催化剂各组成部分地作用. 答：Fe 3O 4：主催化剂,催化剂地主要组成,起催化作用地根本性物质 Al 2O 3：构型助催化剂,减缓微晶增长速度,使催化剂寿命长达数年 K 20：调变型助催化剂,使铁催化剂逸出功降低,使其活性提高 第二章 催化剂地表面吸附和孔内扩散 1、若混合气体A 和B 2在表面上发生竞争吸附,其中A 为单活性吸附,B 2为解离吸附：A+B 2+3*→A*+2B*,A 和B 2地气相分压分别为p A 和p B .吸附平衡常数为k A 和k B . 求吸附达到平衡后A 地覆盖率θA 和B 地覆盖率θB . 解：对于气体A ：吸附速率v aA =k aA P A (1—θA —θB ) ；脱附速率v dA =k dA θA 平衡时：v aA =v dA ,即θA =（k aA /k dA ）P A （1—θA —θB ）=k A ·k B （1—θA —θB ） 对于气体B ：吸附速率v aB =k aB P B (1—θA —θB )2 ；脱附速率v dB =k dB θ B 2 平衡时：v aB =v dB ,即θ B 2= k B P B (1—θA —θB )2 故：B B A A A A A k k P k 1P k +=θθ B B A A B B B k k P k 1P k +=θθ 催化原理重点知识点总结-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 催化重点知识点 一、概述 催化剂定义描述：在反应体系中，若存在某一种类物质，可使反应速率明显变化（增加或减少），而本身的化学性质和数量在反应前后基本保持不变，这种物质称为催化剂。催化剂可以是正催化剂，也可以是负催化剂。催化剂的组成：主体，载体，其他。主体分为主催化剂、共催化剂、助催化剂。助催化剂分为结构助催化剂、电子助催化剂、晶格缺陷助催化剂、扩散助催化剂。主催化剂：起催化作用的根本性物质。没有它不存在催化作用。共催化剂：催化剂中含有两种单独存在时都具有催化活性的物质，但各自的催化活性大小不同，活性大的为主催化剂，活性小的为共催化剂。两者组合可提高催化活性。助催化剂：是催化剂中提高主催化剂的活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度、寿命等性能的组分。 催化反应：有催化剂参与的反应。催化反应的分类：通常根据体系中催化剂和反应物的“相”分类；也可根据反应中反应分子间电子传递情况分类。催化反应分为：均相催化反应，多相催化反应，酸碱反应，氧化还原反应。均相催化反应：催化剂和反应物形成均一的相，可以是气相、液相。多相催化反应：催化剂和反应物处于不同相，催化剂通常均为固体。可分为气固、液固。酸碱反应：在反应中发生电子对转移的称为酸－碱反应。氧化还原反应：在反应中发生一个电子转移的称为氧化－还原反应。 催化特征：1催化是一种知识，是一种关于加快化学反应发生的“捷径”的知识。2催化不能改变化学反应热力学平衡, 但促使热力学可自发发生的反应尽快发生，尽快达到化学平衡。3催化是选择性的，往往要在一系列平行反应中特别地让其中一种反应尽快发生，尽速达到平衡。如果可能，它还要同时抑制其它反应的进行。四、如果热力学允许，催化对可逆反应的两个方向都是有效的。催化的本质：在催化剂作用下，以较低活化能实现的自发化学反应被称为催化反应。催化剂是一种中介物质，它提供了改变活化能的路径从而加快了反应速率(或降低了反应温度)，但其自身最终并没有被消耗。对于一个真正的可逆反应，催化剂对正，反方向两个反应的作用是相同的。 催化反应发生的条件：1温度是催化反应发生的最重要条件。一个化学反应受到催化作用的影响可得达以到在低于或高于热力学最佳温度的条件下进行。催化剂的活化及活性中心的形成依赖于适当的温度。反应产物尽快脱离催化剂体系需要一定温度支持。 2压力是大多数催化反应发生的重要条件，根据反应分子被活化的难易改变其分压，即 反应分子分压比值不等同于反应方程式确定的摩尔比；增加压力以保持催化剂/ 第一章催化剂与催化作用基本知识 1、简述催化剂的三个基本特征。 答：①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值，只能加速一个热力学上允许的化学反应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低反应活化能得以实现的；③催化剂对加速反应具有选择性。 2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物，反应由下列各步组成 （1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2-→CH2=CH-CH=CH2+2Mo5++H20 （2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+ （3）2Bi2++1/202→2Bi3++02- 总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20 试画出催化循环图。 CH3-CH2-CH=CH Mo Bi 3、合成氨催化剂中含有Fe3O 4、Al2O3和K20，解释催化剂各组成部分的作用。 答：Fe3O4：主催化剂，催化剂的主要组成，起催化作用的根本性物质 Al2O3：构型助催化剂，减缓微晶增长速度，使催化剂寿命长达数年 K20：调变型助催化剂，使铁催化剂逸出功降低，使其活性提高 第二章催化剂的表面吸附和孔内扩散 1、若混合气体A和B2在表面上发生竞争吸附，其中A为单活性吸附，B2为解离吸附：A+B2+3*→A*+2B*,A 和B2的气相分压分别为p A和p B。吸附平衡常数为k A和k B。 求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB。 解：对于气体A：吸附速率v aA=k aA P A(1—θA—θB) ；脱附速率v dA=k dAθA 平衡时：v aA=v dA，即θA=（k aA/k dA）P A（1—θA—θB）=k A·k B（1—θA—θB） 对于气体B：吸附速率v aB=k aB P B(1—θA—θB)2；脱附速率v dB=k dBθB2 平衡时：v=v，即θ2= k P(1—θ—θ)2 。 m （2）求Al2O3的表面积。（已知：N2分子截面积16.2×10-20m2） 解：P/V a(P0-P)=(1/CV m)[1+(C-1)P/P O]=[(C-1)/CV m](P/P O)+1/CV m 由题目可知：（C-1）/CVm=50.06 1/CVm=0.2723 ∴C=184.84 Vm=0.01987L(标况) n=0.01987/22.4=8.875×10-4S=nN A S O=8.875×10-4×6.023×1023×16.2×10-20=86.60m2 3、多相催化反应一般包括那几个步骤？其中哪几个步骤属于化学过程？ 答：多相催化反应包括： 外扩散:反应物分子从气流中向催化剂颗粒表面扩散;（孔）内扩散:反应物分子从颗粒表面向颗粒内表面扩散;化学吸附:反应物分子在催化剂内表面吸附;表面反应:吸附的反应物分子在催化剂表面上反应;脱附:产物分子自催化剂内表面脱附;（孔）内扩散:产物分子从颗粒内表面向颗粒外表面扩散; 外扩散:产物分子从催化剂颗粒外表面向气流中扩散;其中化学吸附、表面反应、脱附属于化学过程。 4、在多相催化反应中，为什么至少有一种反应物必须经过化学吸附？ 答：因为化学吸附可使反应物分子均裂生成自由基，也可以异裂生成离子或使反应物分子强极化为极性分子，生成的这些表面活性中间物种具有很高的反应活性，有利于催化反应的进行。 催化原理 1、活性:是指催化剂影响反应进程变化的程度；或指催化剂对反应加速的程度，衡量催化剂效能大小的标准。催化剂使原料转化的速率：a=-(1/w)d(nA)/dt 选择性:指催化剂使反应向着某一特定产物的方向进行；或是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率 目的产物在总产物中的比例 S=Δn A →P /Δn A =(p/a).(n P /Δn A)=r P /Σr i 比活性:对于固体催化剂，与催化剂单位表面积相对应的活性称为比活性α=k/S 分散度:分散度（Dispersity) =表面原子数/总原子数 TOF :转换频率是指每个催化中心上单位时间内产生的给定产物的分子数（TOF)。 2 、空速:单位时间里单位催化剂的处理量 WHSV :重时空速:每小时进料的重量（液体或气体））/催化剂的装填重量 空时速率: 3 、化学吸附态:分子或原子在固体催化剂表面化学吸附后的化学状态、电子结构、几何构型。 表面覆盖度:在吸附平衡时，吸附剂表面被吸附质粒子覆盖的分数，常用θ表示。对于单层的吸附，θ=V/V m ，V 是平衡吸附量，V m 是单分子层饱和吸附量。 Langmuir 吸附:①定位吸附；②单层吸附；③均匀吸附（理想吸附）；④吸附与脱附动态平衡 定位吸附:E T 催化原理习题 (2)
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