工业催化复习要点
一、论述题
1、试说明催化剂的稳定性与寿命的区别和联系。
①催化剂的稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况；寿命是指在工业生产的条件下，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。
②区别：催化剂的稳定性指的是变化情况，而催化剂的寿命指的是时间的长短。
③联系：催化剂的稳定性直接影响了其寿命，稳定性好的催化剂的寿命长，稳定性不好的寿命短。
2、半导体ZnO在氧气吸附之后电导比未吸附前低，现用ZnO作为CO氧化催化剂，反应时催化剂的电导增加。
请问（1）若O2的吸附为控制步骤时，（2）若CO的吸附为控制步骤时，分别提出增加催化剂的活性的措施。
根据半导体能带理论，ZnO是N型半导体，（1）O2的吸附为控制步骤时，O2得电子过程，应添加施主杂质，如Al3+等。
（2）CO的吸附为失电子过程，应添加受主杂质如Li+。
3、说说催化剂为什么不能改变平衡的位置。
因为化学平衡是由热力学决定的，DG0=-RTlnkp,其中kp为反应的平衡常数，DG0是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始态和终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响DG0值，它只能加速达到平衡所需要的时间，而不能移动平衡点。
二、简答题
1、什么是d带空穴？它与金属催化剂的化学吸附和催化性能的关系，d带空穴是越多越好吗？
d带空穴是指金属的d带中某些能级未被充满，可看做d带中的空穴。
关系：有d带空穴，就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键，生成表面中间物种，具有催化性能。
D带空穴越多，对反应分子的化学吸附也越强。
催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移，这就要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给出电子的能力过渡金属的d空穴正是具有这种特性，然而对于一定的反应，要求催化剂具有一定的d空穴，而不是越多越好。
因为并不是d带空穴越多，其催化活性就越大。
过多可能造成吸附太强，不利于催化反应。
2、催化剂的四个基本特征是什么？
①催化剂只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只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置；
③催化剂参与化学反应: 通过改变反应历程、降低活化能而改变反应速度；
④催化剂对反应的类型、方向及产物的结构具有选择性。
一种催化剂只对特定的化学反应起催化作用。
3、载体的功能和作用是什么。
作用：分散作用，稳定化作用，支撑作用，传热和稀释作用，助催化作用。
功能：①提供有效的表面和合适的孔结构②增强催化剂的机械强度；
③改善催化剂的热稳定性；④减少活性组分的含量；⑤提供附加的活性中心；
⑥与活性组分之间的溢流现象和强相互作用
4、物理吸附和化学吸附的特点及两者的本质差别。
物理吸附是表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。
具体地是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力。
物理吸附就好像蒸汽的液化，只是液化发生在固体表面上罢了。
分子在发生物理吸附后分子没有发生显著变化。
化学吸附是在催化剂表面质点吸附分子间的化学作用力而引起的，如同化学反应一
样，而两者之间发生电子转移并形成离子型，共价型，自由基型，络合型等新的化学键。
吸附分子往往会解离成原子、基团或离子。
这种吸附粒子具有比原来的分子较强的化学吸附能力。
因此化学吸附是多相催化反应过程不可缺少的基本因素。
区别
物理吸附化学吸附
吸附力范德华力化学键力
吸附层单层或多层单层
选择性无有
热效应较小，近于液化热较大，近于化学反应热
吸附速度较快，不需化能较慢，温度升高速度加快，需要活化能
5、多相催化反应的步骤。
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或与气相分子作用进行化学反应。
④反应产物自催化剂内表面脱附⑤反应产物在孔内扩散到反应气流中去。
6、沉淀法和凝胶法有什么特点与不同。
沉淀法：通过溶质从均匀溶液中析出沉淀来制备无机或有机粉体的方法。
优点：能够制得纯度高、化学性能优良、成分可控的粉体；缺点：工艺流程长、废液多、产物损失较大，纯度低。
凝胶法：溶胶--凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
优点：实现了反应物分子水平的均匀混合而成功消除了反应的扩散阻力，可以在低温合成高纯，粒度均一的超细粉体；缺点：有机溶剂来控制水解速度，致使成本较高。
7、生物催化反应的特征。
高效性，催化特殊反应可改造的催化活性；选择性，位点专一、立体专一性催化获得手性化合物；温和性（反应条件温和，常温常压和近中性）环境友好（原子经济性反应，副产物少，三废少）
四、计算题。
1、时空产率的计算公式。
Y=N B/(V*T) 例子苯加氢生产环己烷，年产15000吨环己烷的反应器，内装有Pt/Al2O3催化剂2m3，若催化剂的堆积密度为0.66g/cm3，一年按300天生产计算，计算其时空产率。
Y T.S.=15000*1000/（2*300*24）（单位体积）单位：kg/(m3催化剂h)
2、TIO2与ZnO
五、名词解释
满带：凡是能被子电子完全充满的能带叫满带。
导带：凡是没有完全被电子充满的能带。
空带：根本没有填充电子的能带。
禁带：在导带（空带）和满带之间没有能级不能填电子，这个区间叫禁带。
半导体的禁带宽度一般在0.2-3eV。
施主能级：杂质能级出现在靠近半导体导带下部称为施主能级。
施主杂质：能够给出电子的杂质。
受主能级：杂质能级靠近满带上部称为受主能级。
受主杂质：易于接受电子的杂质。
费米能级Ef ：费米子（自旋为半整数的粒子）系统在趋于绝对零度时的化学位，是空带和满带的分界处，及电子占用的最高能级。
电子逸出功Φ：把一个电子从半导体内部拉到外部，变成完全自由电子时，所需要的最小能量。
即Ef到导带顶的能量差。
六、填空。
1、催化剂的宏观物性表面积、孔结构、密度、机械强度等物理量。
2、工业上使用的催化剂的制备方法：沉淀法、浸渍法、混合法、离子交换法、熔融法
3、能够给出质子和接受电子对的固体叫做固体酸。
4、造成催化剂失活的原因：中毒、烧结和热失活、结交和堵塞。
七、补充。
1、什么是合金催化剂？
活性组分是二种或两种以上金属原子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂。
2、催化剂的物理结构组成固体催化剂各粒子或粒子聚集的大小、形状与孔隙结构所构成的表面积、孔体积、孔大小的分布及与此相关的机械强度。
3、浸渍法和沉淀法的区别。
浸渍法：将一种或几种活性组分通过浸渍载体负载在载体上的方法；优点：浸渍法比较经济，且催化剂形状、表面积、孔隙率等主要取决于载体，容易选取；缺点：干燥过程会造成活性组分迁移。
沉淀法：通过溶质从均匀溶液中析出沉淀来制备无机或有机粉体的方法。
优点：能够制得纯度高、化学性能优良、成分可控的粉体；缺点：工艺流程长、废液多、产物损失较大，纯度低。
4、燃料电池的工作原理。
阴极：H2-----2H++2e-
阳极：2H++2e-+1/2O2-----H2O
总反应：2 H2+ O2-------2 H2O
5、三大合成材料：合成橡胶，合成纤维，合成树脂
6、测定金属表面积的方法。
×6.02×1023N0S0 (V: ml; N0: 化学计量数；S0：单个原子占据的面积) ○1S m=V
2400
○2S m=n m s×X m×N s−1(n m s:吸附量；X m：化学计量数：N s:单位面积原子数目)
7、晶面和晶面指标。
晶面指数：晶面在三个晶轴上的倒易截数的互质整数之比
（h*k*l*）为晶面指标，
8、环境友好催化技术。
1）防止废弃物产生，不是产生后再处理2）合成方法应设计成尽可能将所有起始物嵌入到最终产品中3）反应中应尽可能不使用对人体健康和环境有害的物质4）设计的化学品应在保障其功能的同时尽量使其毒性最小5）尽量不使用有毒辅助物质6）能量消耗应尽可能少，能为环境和经济所认可7）只要技术上允许，应尽可能使用可再生材料8）应尽量避免不必要的派生过程（屏蔽基团、临时性修饰等）9）尽量使用具有催化选择性的试剂10）产品完成自身功能后，不在滞留环境中，可降解11）需开发实时、跟踪监控分析方法，预先监控有毒物的形成12）应使潜在的随即化学事故可能性为最小（泄露、爆炸等）。
9、冶金物理法制备多晶硅的成本和能耗
冶金法由于投资小、成本低、建设周期短、无化学污染等优势，但冶金物理法制备的多晶硅因纯度较低、存在衰退性强的特点。
10、三效催化剂：能同时对因燃烧不完全而产生的CO/HC/NOx三种有害物起催化净化作用，使它们分别氧化、还原成为对人体健康无害的CO2、N2和H2O。
11. 合金效应：一种金属被另一种金属稀释的几何或集团效应，以及电子相互影响的“配位体”效应。
12. 溢流现象：固体催化剂表面活性中心（原有的活性中心）径吸附产生一种离子的或者自由基的活性物种，他们在迁移到别的活性中心处（次级活性中心）的现象。
它们可以化学
吸附有导出新的活性或进行某种化学反应，如果没有原有活性中心，这种次级活性中心不可能产生出有意义的活性物种，这就是溢流现象。