1、催化劑定義
催化劑是一種能夠改變化學反應速度而不能改變反應的熱力學平衡位置，且自身不被明顯消耗的物質。
?
2、催化劑活性、表示方法
(1)活性定義：一般,指定條件下（壓力、溫度）一定量催化劑上的反應速率(來衡量)。
?
(2)表示方法:對于反應，
3、催化劑選擇性、表示方法
?(1)定義:當反應可以按照熱力學上幾個可能的方向進行時，催化劑可以選擇性地加速其中的某一反應。
4、載體具有哪些功能和作用？
①分散作用，增大表面積，分散活性組分；
②穩(wěn)定化作用，防止活性組分熔化或者再結晶；
③支撐作用，使催化劑具備一定機械強度，不易破損；
④傳熱和稀釋作用，能及時移走熱量，提高熱穩(wěn)定性；
⑤助催化作用，某些載體能對活性組分發(fā)生誘導作用，協(xié)助活性組分發(fā)生催化作用。?
5、催化劑選擇考慮因素：選擇性＞壽命＞活性＞價格?
工業(yè)催化劑：?
6、催化劑一般組成?
1）活性組份或稱主催化劑
2)載體或基質
3)助催化劑?
7.催化劑分類?
按物相均一性：均相催化、多相催化、酶催化?按作用機理：氧化還原催化，酸堿催化（離子型機理，生成正碳離子或負碳離子）
配位催化：催化劑與反應物分子發(fā)生配位作用而使反應物活化。?
按反應類型分類：加氫、脫氫、部分氧化、完全氧化、水煤氣、合成氣、酸催化、氯氧化、羰基化、聚合?
8、多相催化反應的過程步驟可分為哪幾步？實質上可分為幾步？?
（1）外擴散—內擴散—化學吸附—表面反應—脫附—內擴散—外擴散?
（2）物理過程—化學過程—物理過程?
9、吸附是如何定義的？物理吸附與化學吸附的本質不同是什么？
吸附：氣體與固體表面接觸時，固體表面上氣體的濃度高于氣相主體濃度的現(xiàn)象。
固體表面吸附：物理吸附：?
作用力：van?der?Waals力?
靜電力：具有永久偶極矩的分子間的靜電吸引力?
誘導力：容易極化的分子被極性分子誘導產(chǎn)生的誘導偶極子和永久偶極子之間的作用力?
色散力：原子內電子密度的瞬時誘導鄰近原子產(chǎn)生偶極而致的兩個瞬時偶極子之間的相互作用力?化學吸附：作用力：價鍵力，形成化學鍵?
本質：二者不同在于其作用力不同，前者為范德華力，后者為化學鍵力，因此吸附形成的吸附物種也不同，而且吸附過程也不同等諸多不同。
?
10.催化劑的孔結構參數(shù)包括?
1）密度?ρ=m/v?V=V隙+V孔+V真??
堆密度?：?ρ堆=m/v??????
顆粒密度：?ρP=m/(V-V隙)=m/(V孔+V真or骨架)??
真密度(骨架密度):ρ骨架=m/(V堆-(V孔+V隙))????
視密度：?ρ視=m/(V堆-(V孔+V隙))?
2）比孔容在體積為V的容器中裝滿重量為W的催化劑顆?；蚍勰檎婵蘸?，充入氦氣，測定出充入氦的體積VHe，即：容器內除去催化劑骨架體積以外的所有空間體積。然后，將氦抽出，并在常壓下充入汞，測定出充入汞的體積VHg，即：除去催化劑骨架體積和顆粒中的孔隙體積以后容器中剩余的體積。?
也就是說，催化劑的孔容：V孔＝VHe－VHg
3）孔隙率
4）平均孔徑???
5）孔徑分布????
6）孔的形狀與連通性?
11、為何說Langmuir吸附為理想吸附？基本假設是什么？?
模型假設：
①吸附表面均勻，各吸附中心能量相同；
②吸附分子間無相互作用；
③單分子層吸附，吸附分子與吸附中心碰撞進行吸附，一個分子只占據(jù)一個吸附中心；
④在一定條件下，吸附與脫附可建立動態(tài)平衡。?
12.擴散類型?
（1）擴散定義：分子通過隨機運動，從高濃度向低濃度進行傳播的現(xiàn)象。?
①常規(guī)擴散（容積擴散）?多孔固體介質的孔徑≥100nm；孔徑尺寸大小>?分子平均自由程；分子間碰撞幾率>?分子與孔道壁的碰撞幾率；擴散阻力主要為分子之間的碰撞。?
②克努森（Knudsen）擴散多孔固體介質的孔徑≤100nm；孔徑尺寸<?分子平均自由程；分子間碰撞幾率<?分子與孔壁的碰撞幾率；?擴散阻力主要為分子與孔壁的碰撞。?
③構型擴散?沸石微孔尺寸與擴散分子尺寸接近，分子尺寸的微小變化可使擴散系數(shù)顯著改變。(孔徑＜1.5nm)?擴散阻力與分子形狀、臨界尺寸、分子與孔壁的相互作用、分子的旋轉和扭轉等多種因素有關。?
④表面擴散?
13.固體表面性質?
固體表面的原子：存在自由價，表面不飽和位，具有趨向于飽和的性質；吸附質分子與吸附劑表面自由價相互作用；固體表面自由能減小?
固體表面自由能：處于平衡態(tài)的凝聚物質，其形狀傾向于具有盡可能小的表面積，使表面自由能趨向于最小?
固體表面的吸附：自發(fā)過程，表面自由能減小(吸附的推動力)?
14.各類化合物在不同固體表面的吸附態(tài)?
（1）氫的吸附態(tài)：?
（2）氧的吸附態(tài)：負離子態(tài)：O2-*,?O2?2-*,?O-*,?O2-*，分子氧：O2*，不穩(wěn)定的O3-*?
（3）氮的吸附態(tài)：二位吸附和多核吸附，低溫：二位吸附?
（4）CO的吸附態(tài)：線形結構、鍵合、橋式結構、孿生吸附?
（5）烴類的吸附態(tài)：飽和烴(CH4)：解離吸附、不飽和烴：非解離吸附為主?
15、催化劑的比表面測定有哪些實驗方法？?
（1）?BET法測比表面積?
1）測定原理和計算方法
依據(jù)BET提出的多層吸附理論以及BET吸附等溫曲線進行測定和計算的。利用BET方程進行作圖，采用試驗采集數(shù)據(jù)并利用圖解法進行計算。
2）最常用的方法：N2吸附法?
3)?BET理論假設：固體表面均勻；吸附脫附不受周圍分子影響；由于范德華力，不一定第一層吸滿后才發(fā)生多層吸附。
（2）色譜法測定比表面積?色譜法測定比表面積時載氣一般采用He或H2,用N2做吸附質，吸附在液氮溫度下進行。?
16.金屬催化劑的特性?
多為d區(qū)元素(IB,VIB,VIIB,VIII族元素)?
外層：1~2個S電子，次外層1~10個d電子?未成對的d軌道，可以被S電子或p電子配對，形成化學吸附?特征：
1）裸露的表面,配位不飽和，亞穩(wěn)狀態(tài)?
2）金屬原子之間有凝聚作用(是具有導熱性、導電性、延展性以及機械強度的原因，化學鍵非定域性并由此獲得了額外的共軛穩(wěn)定化能,金屬很難在原子水平進行分散)?
3）以“相”的形式參與反應?
為何能作為催化劑：過渡族金屬有空的d軌道能夠接受成對電子和共軛鍵，同時也能夠重新恢復為空軌道。這樣就能夠使得反應物間活化能降低，從而催化反應發(fā)生。?
17.化學吸附與催化?
逸出功Ф電子脫離金屬表面所需要的最小能量；或者能帶中為最高空能級與最高填充能級的能量差。
電離勢I將電子從反應物中移到外界所需的最小功。或者反應物失去電子的難易?
Ф＞I：反應物e→催化劑?正離子吸附?
Ф＜I：催化劑e→反應物?負離子吸附?
Ф≈I：共價鍵?
18.吸附強度與催化活性：火山型?
例如：HCOOH?→H2+CO2?
☆IR證明生成類金屬甲酸鹽中間物?
☆預料催化活性與甲酸鹽的穩(wěn)定性有關，而其穩(wěn)定性與生成熱有關。?
☆生成熱越大,穩(wěn)定性越高(→吸附強弱)?
☆Pt,Ir,Pd,Ru中等吸附熱,高的催化活性。即可生成足夠量的表面中間物，又交易進行后續(xù)的分解反應。?
19.電子因素與催化：能帶理論?
原子狀態(tài)：電子層結構存在著分立的能級?
晶體形式：原子軌道發(fā)生重疊，分立的電子能級擴展為能帶?
電子屬于整個晶體，在整個晶體中自由往來--電子共有化?
電子共有化：最外層or次外層電子比較顯著。只能在能量相近的能級上發(fā)生。?
20.Fermi能級：最高被占據(jù)分子軌道??
能帶理論：能級是連續(xù)的，電子共有化。?
s軌道合成的S能帶相互作用強，能帶寬，電子密度小。?
d軌道合成的d能帶相互作用弱，能帶較窄，電子密度大。?
電子占用的最高能級為Fermi能級。?
21.過渡金屬晶體的能帶結構?
價電子涉及到s與d能帶；s能帶與d能帶重疊，s能帶電子可以填充到d能帶中，使能量降低
22.d帶空穴與磁化率?
d帶空穴是指d能帶中未充填電子的空能級。?
d帶中較密集的能級間距允許電子保持不成對，飽和磁矩在數(shù)值上等于d能帶中的未配對電子數(shù)。?
金屬的磁化率決定于未配對電子數(shù)，金屬的磁化率可以表示d帶空穴的大小。?
23.d帶空穴數(shù)與吸附熱?
d帶空穴或空能級可以用于與吸附質鍵合。?
Fermi能級越低，d帶空穴數(shù)越大，吸附越強。
?吸附時電子轉移數(shù)與d帶空穴約等是吸附熱適中?
24、金屬的價鍵理論?認為過渡金屬原子以雜化軌道相結合，雜化軌道通常為s、p、d等原子軌道的線性組合，稱之為spd或dsp雜化。雜化軌道中d原子軌道所占的百分數(shù)稱為d特性百分數(shù)，表以符號d%它是價鍵理論用以關聯(lián)金屬催化活性和其它物性的一個特性參數(shù)。金屬的d%越大，相應在的d能帶中的電子填充的越多，d空穴越小。加氫催化劑一般d%在40-50%之間為宜。?
d特性％－金屬原子的d電子參加dsp成鍵軌道的程度?
25.晶體結構對催化作用的影響：幾何因素?
多位理論--對多位吸附,幾何適應性與能量適應性的研究稱為多位理論。?
金屬的化學吸附活性：電子因素或者幾何或集合因素?
26.多位理論的幾何適應性?
前蘇聯(lián)Баландин巴蘭金1929年提出?催化劑上有多個活性中心對反應物分子發(fā)生影響。?
催化劑晶體晶格的空間結構（分布和間距）與反應物分子將發(fā)生變化的那部分結構呈幾何對應關系時，被吸附的分子容易變形活化,即舊的化學鍵容易松弛，新的化學鍵容易形成。因為反應物分子的原子與活性中心的原子之間的相互作用力是近距離(零點幾納米)的，幾何因素影響距離，從而影響這種近距離相互作用，這成為幾何對應原理。?
幾何因素：吸附部位的最鄰近的配位數(shù)和二維的對稱性?
27、金屬對氣體分子化學吸附強度順序：??
28、固體酸酸性來源和酸中心的形成是怎樣的？?
（1）來源：電離、提供電子、接受電子。?
（2）1）浸漬在載體上的無機酸中心的形成?
2）鹵化物酸中心的形成
3）金屬鹽酸中心的形成?
4）陽離子交換樹脂酸中心的形成
5）氧化物酸堿中心的形成
6）雜多酸化合物酸中心的形成?
29、固體酸的性質包括哪幾方面？
?1）酸中心的類型：通常與催化劑作用相關多為B酸和L酸。?
2）酸中心的濃度（酸中心的數(shù)目）：指單位催化劑表面或單位催化劑質量所含酸中心的數(shù)目的多少。?
3）酸中心強度：指給出質子（?B酸）或者接受電子對（?L酸）能力的強弱。
30、均相酸堿催化機理是怎樣的？
?一般以離子型機理進行，即酸堿催化劑與反應物作用形成正碳離子或負碳離子中間物種，這些中間物種與另一反應物作用，生成產(chǎn)物并釋放出催化劑，構成酸堿催化循環(huán)。?
31、分子篩催化劑的特點是什么？
①具有較高活性；
②具有較高選擇性，可擇形催化；
③具有較靈活的調變性；
④具有較好的穩(wěn)定性。?
32、試說明金屬與載體間的相互作用？
相互作用為三種類型：一是金屬顆粒和載體的接觸位置處在界面部位處，則分散了的金屬可保持陽離子的性質；二是分散了的金屬原子熔于氧化物載體的晶格結構中或與載體形成混合氧化物；三是金屬顆粒表面被來自載體氧化物涂釋。正是由于金屬－載體的相互作用，結果使得電子流體在二者之間轉移，出現(xiàn)電荷的位移。金屬與載體之間的相互作用，使得催化過程發(fā)生了變化。
33、試說明金屬催化劑的哪些特性對其催化作用有較大的影響？?
?（1）金屬催化劑晶格缺陷及其對催化作用的影響?點缺陷是指在晶格上缺少原子或者有多余的原子，造成缺陷的原因大致有三種：?①機械點缺陷?②電子缺陷?③化學缺陷。
?（2）金屬催化劑不均一表面對催化作用的影響
34、酸堿定義
?Lewis酸堿質子理論：凡是能夠提供質子的物質稱為B酸,凡是能夠接受質子的物質稱為B堿
?Lewis酸堿電子理論：凡是能夠接受電子對的物質稱為酸(L酸)，凡是能夠提供電子對的物質稱為堿? 軟硬酸堿理論：不易失去外層電子的酸為硬酸(HA),易失去外層電子的酸為軟酸(SA)；難失去電子對的堿為硬堿(HB),易失去電子對的堿為軟堿(SB)。
?質子酸催化劑的反應特點：電子成對轉移(給出or獲得一對電子)?
35、簡單固體酸與堿
?如M的電負性相當大，對氧離子的電子對有較強的吸引作用，可使O-H鍵減弱，有利于按a式解離；
?如M的電負性較小，則有利于按b式解離生成堿中心；
?反應按a式解離還是按b式解離，主要取決于H+或OH-受體的反應物。
M-O-H類似于兩性化合物：若有堿性物質存在時按a式解離?若有酸性物質存在時按b式解離
36.電負性與酸堿性?電負性大的金屬氧化物主要是酸性；?電負性小的氧化物主要是堿性?
37.無定形硅鋁酸鹽（電負性問題）?沸石是指具有骨架型結構的硅酸鹽中的硅（Si4+）?被鋁（Al3+）部分取代后形成的硅鋁酸鹽。?
38.復合氧化物固體酸和固體堿?
分子篩：分子篩組成是一種水合硅鋁酸鹽，M2/n?Al2O3?mSiO2?pH2O??M:金屬或有機陽離子;n:金屬陽離子價數(shù);m:硅鋁比;p:水的摩爾數(shù)?
骨架結構：分子篩骨架帶負電—電平衡陽離子(通常為Na+)?
酸性來源：一般認為由分子篩重的平衡鈉離子直接為質子取代而形成?
39.分子篩特性：吸附與離子交換?
酸性的原因：一般認為由分子篩重的平衡鈉離子直接為質子取代而形成?
40.催化性質：擇形催化?
（1）反應物擇形催化?
（2）產(chǎn)物擇形催化?反應產(chǎn)物中分子臨界直徑小于孔徑的可以從空中擴散出來，稱為最終產(chǎn)物，而分子臨界直徑大于孔徑的則無法從孔中逸出，而產(chǎn)生產(chǎn)物選擇性。?
（3）限制過渡態(tài)擇形催化?當空腔中的有效空間小于過渡態(tài)所需要的空間時，反應將受阻，此時便產(chǎn)生限制過渡態(tài)選擇性催化?
（4）分子通道控制?反應物從一通道進入，從另一通道出來?如ZSM-5:0.54nm?0.58x0.52nm?直鏈烷烴兩個通道都可通過?支鏈烷烴有選擇
?41、超強酸?指酸強度超過100%H2SO4的物質,其酸強度函數(shù)H0＜-10.6?固體超強酸SbF5,NbF5,TaF5,SO3中Sb+5,Nb+5,Ta+5,S+6具有較強的接受電子的能力?
42.催化反應：正碳離子、正碳離子反應規(guī)律、酸中心類型與催化活性、選擇性的關系、?
（1）正碳離子的形成
①烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、烯烴在L酸中心上??????????
②烯烴、芳烴等不飽和烴在B酸中心上
③烷烴、環(huán)烷、烯烴、芳烴與R+的氫轉移,生成新的正碳離子，并使原正碳離子轉為烴類
(2)正碳離子反應規(guī)律
①正碳離子可以通過1-2位碳上的氫轉移而改變正碳離子的位置，可反復加H+與脫H+,最后脫H+生成雙鍵轉移的烯烴，雙鍵異構化
?②正碳離子中的C-C+鍵為單鍵，可自由旋轉，旋轉到兩邊的CH3基處于相反的位置時，脫去H+,產(chǎn)生烯烴的順反異構化
?③正碳離子中的烷基可進行轉移，導致烯烴骨架異構化
?④正碳離子可與烯烴加成，生成新的正碳離子，后者再脫H+，就會產(chǎn)生二聚體，新的正碳離子還可以繼續(xù)與烯烴加成，導致烯烴聚合
?⑤正碳離子通過氫轉移加H+或脫H+，可異構化，發(fā)生環(huán)的擴大與縮小
?⑥正碳離子足夠大時易發(fā)生β斷裂,變成烯烴及更小的正碳離子
?⑦正碳離子很不穩(wěn)定,易發(fā)生內部氫轉移、異構化或與其他分子反應，其速度一般大于正碳離子本身形成的速度，故正碳離子的形成常為反應控制步驟
(3)對于不同的酸催化反應長要求不同類型的酸中心（L?or?B）?不同的反應對酸強度的要求不同?
需要酸強度:骨架異構＞芳烴脫烷基＞異構烷烴裂化,雙鍵異構＞脫水反應?許多實驗證明,在一定酸強度范圍,酸濃度與催化活性有很好的對應關系?
總之:調節(jié)酸的強度與濃度可以調節(jié)催化劑的活性和選擇性?
43、過渡金屬氧化物的電子性質有哪些？
?①過渡金屬氧化物中的金屬陽離子的d電子層容易失去電子或奪取電子，具有較強的氧化還原性能。
?②過渡金屬氧化物具有半導體性質。
?③過渡金屬氧化物中金屬離子的內層價軌道與外來軌道可以發(fā)生劈裂。
?④過渡金屬氧化物與過渡金屬都可作為氧化還原反應催化劑，而前者由于其耐熱性、抗毒性強，而且具有光敏、熱敏、雜質敏感性，更有利于催化劑性能調變，因此應用更加廣泛。?
44、過渡金屬氧化物的氧化還原機理是怎樣的？
??答：過渡金屬氧化物催化劑在催化氧化反應過程當中，特別是對烴類氧化反應中，反應產(chǎn)物中的氧往往不是直接來自氣相中的氧，而是來自金屬氧化物中的晶格氧，氣相中的氧只是用來補充催化劑在反應中消耗的晶格氧。其氧化還原過程為：
45、工業(yè)催化劑的設計開發(fā)包括哪些過程？
1）?探索階段?????
根據(jù)反應特點，查閱有關文獻分析、理論指導等，從技術上和濟濟上設計并初步進行研制。經(jīng)測定、篩選、改進，確定供進一步放大研究的催化劑。?該階段通常在實驗室中進行。一般只進行合成方法與催化劑活性、選擇性的評價試驗。實驗室通常是在小型的能反映催化劑本征活性的裝置上進行試驗。
2）模擬放大階段?將第一階段篩選的催化劑取一定數(shù)量，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，進行活性、選擇性、壽命、再生產(chǎn)性等性能方面的考察，經(jīng)過改進與完善，獲得催化劑的全面性能數(shù)據(jù)，提出可以在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上應用以及進行工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。?試驗通常是在一定規(guī)模的工業(yè)裝置上進行（按生產(chǎn)條件），可在放大實驗室或工業(yè)裝置側線進行。在這階段還應對反應動力學規(guī)律進行研究，為工業(yè)放大提供數(shù)據(jù)與資料。?
3）工業(yè)生產(chǎn)階段?設計與建立工業(yè)生產(chǎn)的反應裝置和催化劑生產(chǎn)車間，經(jīng)過試車正式進行工業(yè)化生產(chǎn)。?應當特別指出的是，在上述每一個階段中，都應十分注意經(jīng)濟上的可行性，進行技術與經(jīng)濟的全面評價與分析，否則生產(chǎn)上全無意義。?
46、原料和配料的選擇原則是什么？?
答：（1）原料的選擇:
1.符合產(chǎn)品的性能要求；
2.所含的雜質容易去除，或限定在某個范圍；
3.容易獲得，價格便宜，易于加工；
4.對環(huán)境不存在污染或經(jīng)處理能除去污染?
（2）配料的選擇原則：
1.當配制成溶液時，水溶性物質可用水作為配料，但也應注意其酸性。
2.當原料不溶于水時，采用其它溶劑作為配料時，應容易除去，或者它的存在不影響催化劑的催化性能。
3.原料的配比可用重量比或原子比，關鍵在于準確并且符合催化劑的要求?
47、沉淀法和凝膠法有什么特點與不同？?
(1)優(yōu)點：①有利于雜質的去除；②?可獲得活性組分分散度較高的產(chǎn)品；③?制備多組分催化劑時，有利于組分間的緊密結合，形成適宜的活性構造；④?活性組分于載體的結合較緊密，不易流失。
(2)缺點：①?沉淀過程機理復雜，不易掌握；②?制備多組分催化劑時，均勻度不易保證；③?制造工藝流程較長，而且復雜，生產(chǎn)費用大。?
(3)區(qū)別：凝膠法于沉淀法相比較，它能制備較為均勻的多組分催化劑，但凝膠法的設備更加龐大，費用更高。??
48、浸漬法有何特點？?
①它可以采用已經(jīng)成型的外形與大小的載體，無需再進行以后的催化劑成型操作；
?②浸漬法能夠將一種或幾種活性組分負載在載體上，活性組分都分布在載體表面上，活性組分利用率較高，用量少，這對于貴重金屬意義重大；
?③載體的結構基本決定了所制備的催化劑的孔結構與比表面大小。則可選擇具有合適的結構和比表面的載體，以提供適合催化劑所需的各種機械與物理性能。?
49、催化劑失活的原因有哪些？?
1）燒結:高溫下，粒子發(fā)生遷移，降低表面使得體系向穩(wěn)定的方向進行，從而導致催化劑燒結。?
2）中毒:由于毒物的存在而使得催化劑失活.
3）積炭（結焦）:高溫下，反應物料由于分解、聚合等反應生成的碳或焦炭沉積在催化劑表面，使得催化劑的活性表面減少，堵塞孔道，影響活性使得其下降。
?4）催化劑相組成的變化?
50.碳離子反應規(guī)律：酸堿催化劑對許多烴類分子具有催化活性。酸性催化劑可以提供質子或接受電子對，使烴類分子轉變成帶正電荷的正碳離子，循正碳離子反應機理進行催化轉化；而堿性催化劑進攻烴類分子后，往往奪取質子或
