催化化学复习题.pdf

催化化学是化学工程领域的重要分支，主要研究催化剂如何加速化学反应而不被消耗的特性。以下是一些关于催化化学的关键知识点： 1. **催化剂颗粒大小**：催化剂颗粒的直径通常在1到20毫米之间，这样的尺寸有利于填充床反应器中的气体或液体与催化剂充分接触。 2. **催化剂的作用**：催化剂并不参与反应的化学平衡，只加速反应速率，反应结束后催化剂基本保持不变，只是可能有微小的变化。 3. **载体的作用**：如Al2O3是一种常见的载体，它可以是酸性、碱性或两性载体，用于负载活性组分并提供大的表面积，提高催化活性。 4. **反应器设计**：反应器直径与催化剂颗粒直径的比例一般控制在5-10之间，确保良好的流体分布和接触。 5. **相态与催化**：催化反应可以是液-液、液固、气固、气液多相催化，例如浓硫酸催化酯化反应是液固多相反应，而正丁烯转化为异丁烯则需使用气固催化。 6. **催化剂类型**：过渡金属、过渡金属氧化物、酸性和碱性催化剂各有应用，如正丁烯异构化选用过渡金属催化剂，而合成氨使用Fe-K2O-Al2O3催化剂，其中Fe为主催化剂，K2O为电子助催化剂，Al2O3为结构助催化剂。 7. **催化作用**：如Pt/Al2O3重整催化剂中，Pt负责脱氢，Al2O3既提供酸性催化也作为载体。 8. **物理吸附与化学吸附**：物理吸附不改变分子结构，吸附热小，随温度升高可能变为解吸；化学吸附涉及化学键形成，吸附量与温度、活化能有关，且吸附范围较大。 9. **吸附与催化**：吸附在催化反应中起到关键作用，化学吸附直接影响催化效果。 10. **催化剂选择**：例如苯加氢用Ni/Al2O3催化剂，乙醇脱水用Al2O3作为气固催化。 11. **半导体与催化**：累积性化学吸附可能导致半导体电导率增加，覆盖度可达1，如ZnO是n型半导体，其电导受吸附影响。 12. **材料性质**：氧化物如ZnO和Cu2O是半导体，而Al2O3则是绝缘体。 13. **催化剂制备**：氧化物分散于大表面积载体的方法包括沉淀、离子交换和浸渍，但不包括干燥。 14. **表征方法**：催化剂的化学组成和结构表示通常包含元素组成、表面组成、功能基性质和含量，而不包括物相间的排列方式。 15. **孔隙结构**：孔径在2-15nm的孔称为中间孔，对于催化剂的活性表面积有很大影响。 16. **表面结构**：晶体表面原子的配位数较低，相邻原子并未完全补充，这导致表面状态不同于体相。 以上内容涵盖了催化化学的基本概念、催化剂的选择、作用机制、吸附性质以及材料科学中与催化相关的一些重要特征，这些知识对于理解和设计高效的催化过程至关重要。