1、简述催化作用的定义与特征。

定义：1981年，根据IUPAC于提出的定义，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标准Gibbs自由焓变化。

这种物质起的作用称为催化作用。

四个基本特征：（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，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）催化剂存在一定的寿命.2、催化剂组成及其功能。

组成：一般包括三种成分：①活性组分、②助催化剂；③载体（1）活性组分或称主催化剂；对催化剂的活性起着主要作用。

它是催化剂设计的第一步，没有它，催化反应几乎不发生。

其类别主要有三：即导体、半导体和绝缘体。

（2）载体；①最重要的功能是分散活性组分、作为活性组分的基底，使活性组分保持大的表面积。

②降低对毒物的敏感性；③载体为Cat.提供一定的孔隙结构；④改进催化剂的机械强度，及抵抗条件的应力能力⑤有些载体具有双功能性。

（3）助催化剂：本身没有活性或活性很小，但在加入催化剂后（一般小于催化剂总量的10%）能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性。

其作用是：①帮助载体，控制载体的稳定性，控制不希望有的活性，②帮助活性组分，可能是结构的或电子的，③助抗中毒3、简述化学工业对催化剂的一般要求。

化学工业要求催化剂具有较高的活性，良好的选择性、抗毒害性、热稳定性、环境友好性和合理的价格。

1、活性：反映催化剂的效能高低的重要性能指标。

即反应催化剂改变化学反应速度能力的高低。

表示方法：1）比活性或比速率。

用在某指定条件下（T，P）一定量催化剂上的反应速率来衡量。

2）转化率Xa=已反应的反应物量/起始的反应物量注明：指定条件下（T，P），相同的反应空时或空速空速：在流动体系中，物料的流速（单位时间的体积或质量）除以催化剂的体积或质量。

S-1或者h-13）温度相同的反应转化率、压力、空时或空速2、选择性：反映催化剂抑制副反应能力大小的性能指标。

3、寿命：催化剂从开始使用至活性下降到不能再用所经历的时间。

寿命试验：在正常条件下连续运转1000h以上。

4、稳定性：即催化剂在使用条件下的化学稳定性，对热的稳定性、耐压、耐磨和耐冲击等的稳定性。

5、环境友好和自然界相容性：:社会发展对催化反应过程要求适应循环经济，催化剂不仅具有高转化率和高选择性，还要具有无毒无害，对环境友好，反应尽量遵循“原子经济性”，反应剩余物与自然相容。

6：价格合理。

4、多相催化的基本步骤。

⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。

⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。

⑶吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应。

⑷反应产物自催化剂内表面脱附。

⑸反应产物在孔内扩散到反应气流中去⑴⑸扩散为物理过程；⑵⑶⑷为化学过程外扩散：上述步骤中的第(1)为反应物、产物的扩散过程，从气流层经过滞流层向催化剂颗粒表面的扩散或其反向的扩散，称为外扩散。

外扩散与外扩散系数：在反应条件下，催化剂颗粒周围由反应物分子、产物分子和稀释剂分子等混合物组份形成一稳定的滞流层，一个反应物分子必须穿过此滞流层才能到达催化剂颗粒的外表面。

根据费克定律：外扩散通量=外扩散系数×浓度差(稳态)＝DE×(ch-cs)实际上最有用的是无因次传质因子jD内扩散：上述步骤中的第(5)-从颗粒外表面向内孔道的扩散或其反向扩散，称为内扩散。

这两个步骤均属于传质过程，与催化剂的宏观结构和流体流型有关。

当反应物分子到达催化剂颗粒外表面、经反应后尚未转化的部分，就会在外表面与内孔的任一点间出现第二种浓度差，穿过这种浓度梯度的过程，即发生所谓的内扩散，将反应分子带到内表面活性中心。

内扩散通量=内扩散系数×浓度差(稳态)＝DI×(cs-c)5、简述物理吸附、化学吸附与催化的关系。

反应物分子通过扩散到达催化剂活性表面附近时，它们可能进行化学吸附，与活性表面相互作用产生新的化学物种。

催化中的吸附总是化学吸附。

化学吸附本身是一个复杂的过程，分两步进行，即物理吸附和化学吸附。

物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小(8～20kJ/mol)，接近于气体的液化热，且是可逆的，无选择性，分子量越大越容易发生，吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快，可单分子层或多分子层吸附，不需要活化能。

化学吸附与一般的化学反应相似，是借助于化学键力，遵从化学热力学和化学动力学的传统定律，具有选择性特征，吸附热大(40～800kJ/mol)，吸附很稳定，一般是不可逆的，尤其是饱和烃分子的解离吸附更是如此，吸附是单分子层的，具有饱和性。

6、简述固体酸催化剂的催化作用机理。

固体酸类型：B酸：能够给出质子的都是酸。

L酸：能够接受电子对的都是酸。

（B酸中心和L酸中心两类。

）测定方法：离子交换法、电位滴定法、高温酸性测定法、红外光谱法、紫外-可见光谱法和核磁共振法。

表征：酸类型、酸强度、酸（浓）度为了阐明固体酸的催化作用，常常需要区分B酸中心还是L酸中心固体酸的强度：B 酸强度是指给出质子的能力；L酸强度是指接受电子对的能力。

强度越大，与反应物形成正电物质的能力越强。

酸强度通常用Hammeett函数酸强度函数（H0）表示H0定义：固体酸表面吸附中性碱，并且将它转变为相应的共轭酸的能力大小。

H0 越小酸度越强，H0 越大酸度越弱酸强度测定方法：a 指示剂法：原理：当达到等电点即B 和BH+ 浓度相等时PKa＝H0b.程序升温脱附。

原理：用峰脱附温度来表示峰强度变化，即低温脱附下来的酸中心强度较弱，高温脱附下来的酸中心强度较强。

酸量（酸度）：固体表面上的酸量，通常表示为单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数，即m mol/wt或m mol/m2。

酸性中心产生与催化的关系：催化反应对固体酸催化剂酸中心的依赖关系很复杂。

重油加氢裂化反应，要求L酸和B酸中心在表面临近处共存，L酸中心在B酸中心附近，可以提高B酸中心的酸强度，产生协同作用。

烃类催化氧化反应不被B酸催化，但B酸的存在，可以影响反应物和产物的吸附和脱附速率，或成为副反应的活性中心。

酸强度与催化作用关系：1、固体酸催化剂表面上，不同酸强度部位有一定分布，并有不同的催化活性。

（γ-Al2O3有强酸部位和弱酸部位，强酸部位是催化异构化的活性中心，弱酸部位是催化脱水的中心。

）2、酸中心强度也会影响催化剂选择性。

酸浓度与催化作用关系：1、催化剂酸浓度影响催化剂的活性。

2、酸催化剂加入碱后催化活性下降。

举例：SiO2-TiO2复合氧化物中，TiO2为主要成分时，正电荷过剩时，为L酸；SiO2为主要成分时，负电荷过剩，为B酸。

6．1、给你一种固体酸，你将采用哪些表征方法来说明这种固体酸的酸性质?固体酸的性质包括三层涵意:酸中心性质，即B酸或L酸，酸中心的强度和酸中心的数量(酸量)，酸浓度的测定，可用非水溶液正丁胺滴定法确定(表酸中心密度)，结合不同Hammett指示剂可测定不同酸中心强度和酸强度分布;通过红外光谱法测定吸附毗陡的酸碱键的振动频率，可确定B酸中心及L酸中心，在红外光谱上1540 cm‘峰是吡啶在B酸中心的特征峰，1450 cm‘是L酸中心上的特征峰，1490cm‘是两种酸中心的总和峰。

用NH:吸附程序升温脱附方法也可以测定固体酸表面的酸强度和酸浓度。

7、沸石催化剂特性与催化关系。

分子筛的化学组成沸石分子筛是结晶硅铝酸盐，其化学组成实验式可表示为：M x/n 【（AlO2）x（SiO2）y】 wH2OM为阳离子；n为阳离子的价数；x铝氧四面体的个数；y硅氧四面体个数；w为H2O分子的分子数。

特性与催化关系：1、离子交换能力沸石分子筛由于结构中Si和Al的价数不一，造成的电荷不平衡必须由金属阳离子来平衡。

硅铝比越高，分子筛在酸性溶液中就越稳定。

2、热稳定性分子筛在真空中或惰性气流中受热，H2O分子在逐渐解吸，在100-250℃即可吸热失重，失重多少取决于补偿阳离子性质。

分子筛的热稳定温度：A型：700℃；X和Y型：800℃；丝光沸石>800℃;ZSM-5>1100℃.X型和Y型分子筛，采用Ca2+等多价阳离子交换可增加它们的稳定性。

H型分子筛热稳定性要比母晶分子筛低百倍。

硅铝比增加有利于分子筛的水热稳定性。

3、酸性B酸中心和L酸中心在分子筛中都存在，B酸是连接在晶格氧原子上的H+，L酸是补偿电荷的阳离子，或是缺位氧，或是三配位Al3+强化酸位形成。

4、阳离子在沸石分子筛中的位置阳离子在X-，Y-型分子筛中有三种位置。

阳离子在分子筛中的位置可以说明离子交换度对分子筛催化活性的影响。

5、沸石分子筛的择形催化性质择形催化：分子筛具有特定尺寸的孔道、通道或空腔，只允许有一定分子尺寸的反应物、产物进出和中间物（过渡态）在其中停留，这种性质称为分子筛的择形选择性。

导致择形催化的机理：质量传递选择性和过渡态选择性。

反应物的择形催化：反应混合物中某些分子因太大而不能进入分子筛的空腔内，只有直径小于内孔径的分子才能进入内孔径进行催化反应，即反应物的择形催化。

产物的择形催化：当产物混合物中某些分子太大，难于从分子筛窗口扩散出来，就形成产物的择形选择性。

过渡态限制的择形催化：某些反应的反应物、产物分子都不受分子筛窗口孔径限制，只需要内孔径或笼状腔有较大空间，才能形成相应的过渡状态，否则受扩散限制使反应无法进行，即限制过渡态的择形催化。

分子交通控制的择形催化：在具有两种不同形状和大小的孔道分子筛中，反应物分子可以很容易地通过一种孔道进入到分子筛活性部位，进行催化，产物分子从另一孔道扩散出去，尽可能减少逆扩散，增加反应速率，即分子交通控制择形催化。

沸石分子筛酸性来源：（B酸中心和L酸中心的形成）骨架外铝离子强化酸位，形成L 酸中心。

多价阳离子对水分子的极化作用，产生B酸中心。

Na型分子筛可以用高价离子交换产生酸性。

过渡金属离子还原形成B酸中心。

8、简述化学沉淀法制备催化剂，沉淀剂如何选择。

沉淀法制催化剂的原料，条件，成型。

沉淀法的基本原理是在含金属盐类的水溶液中，加进沉淀剂，以便生成水合氧化物、碳酸盐的结晶或凝胶。

将生成的沉淀物分离、洗涤、干燥、焙烧、成型后，即得催化剂。

沉淀剂选择：⑴尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂。

常用的有NH3、NH3•H2O、CO2、CO(NH2)2、(NH4)2CO3 ⑵形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。

盐类沉淀剂原则上可以形成晶形沉淀，而碱类沉淀剂都会生成非晶形沉淀；⑶沉淀剂的溶解度要大一些；⑷形成的沉淀的溶解度要小，沉淀较完全；⑸沉淀剂不应造成环境污染。

注意事项：1、原料选择原则：符合性能要求、杂质容易除去、原料易得，廉价，便于加工、对环境无污染。

2、洗涤过程：洗涤液：水。