2025年大學《能源化學》專業(yè)題庫——能源催化劑在燃燒中的作用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在燃燒催化過程中，催化劑主要通過降低反應(yīng)的（）來提高反應(yīng)速率。A.熵變B.焓變C.活化能D.產(chǎn)物濃度2.下列哪種物質(zhì)通常用作燃燒催化劑的載體？A.金屬單質(zhì)B.金屬氧化物C.高比表面積的活性炭或氧化硅D.稀土元素化合物3.在多相催化燃燒中，活性組分與載體之間的相互作用可能影響催化劑的（）。A.比表面積B.機械強度C.電子結(jié)構(gòu)及表面酸性/堿性D.熱穩(wěn)定性4.催化劑能夠提高燃燒效率的主要途徑之一是（）。A.降低燃燒產(chǎn)物溫度B.降低反應(yīng)所需的活化能C.增加反應(yīng)物濃度D.改變反應(yīng)物相態(tài)5.某催化劑在天然氣燃燒中表現(xiàn)出優(yōu)異的NOx脫除性能，這體現(xiàn)了其在燃燒應(yīng)用中的（）。A.高活性B.高選擇性C.高穩(wěn)定性D.高催化劑量6.下列哪種污染物在傳統(tǒng)燃燒過程中難以通過簡單改變?nèi)紵龡l件來有效控制？A.二氧化碳（CO2）B.氮氧化物（NOx）C.碳煙（PM）D.水蒸氣（H2O）7.原位表征技術(shù)對于研究燃燒催化劑的作用在于（）。A.獲得催化劑焙燒后的最終結(jié)構(gòu)B.研究催化劑表面在反應(yīng)條件下的動態(tài)變化C.精確測定催化劑的比表面積D.評估催化劑的機械磨損程度8.積碳（Coking）是某些燃燒催化劑在長期運行中面臨的主要問題之一，其形成原因是（）。A.催化劑活性組分燒結(jié)B.催化劑與反應(yīng)物發(fā)生不可逆化學吸附C.催化劑表面被碳氫化合物覆蓋失活D.催化劑載體崩塌9.設(shè)計高效燃燒催化劑時，通常需要考慮的因素包括（）。A.高活性、高選擇性、高穩(wěn)定性、低成本、易再生B.高比表面積、高催化劑量、高機械強度、特殊晶相C.優(yōu)異的導電性、良好的導熱性、化學惰性D.稀土元素的豐富來源、貴金屬的廉價易得10.氧化鈰（CeO2）常被用作燃燒催化劑的助劑，其主要作用機制可能涉及（）。A.提供酸性位點促進NOx分解B.利用其氧存儲釋放能力調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)氧濃度C.增強載體的機械強度D.直接降低反應(yīng)物的化學親和力二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.催化劑能夠改變化學反應(yīng)的______，但不能改變反應(yīng)的______和______。2.催化劑的活性通常用單位質(zhì)量催化劑在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)化的______來表示。3.燃燒過程中的NOx主要是由空氣中的______在高溫下氧化生成，而選擇性好的一類催化劑能將其轉(zhuǎn)化為______。4.對于多相催化燃燒，提高催化劑活性的一個重要途徑是增大其______和______。5.催化劑在使用過程中可能由于燒結(jié)、中毒、積碳等原因?qū)е耞_____下降。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述多相催化燃燒中，催化劑降低活化能的微觀機制。2.解釋助催化劑在能源催化劑中的作用。3.簡述催化劑積碳失活對燃燒過程可能產(chǎn)生的影響。四、論述題（每題12分，共24分）1.論述催化劑的組成（活性組分、助劑）和結(jié)構(gòu)（晶相、粒徑、形貌）對其在燃燒過程中脫除NOx性能的影響。2.結(jié)合實際應(yīng)用，論述開發(fā)高效清潔燃燒催化劑所面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.B5.B6.C7.B8.C9.A10.B二、填空題1.反應(yīng)路徑（或反應(yīng)機理）；熱力學平衡；動力學速率2.物質(zhì)的量（或質(zhì)量）3.氮氣；一氧化氮和水4.比表面積；孔體積5.活性三、簡答題1.解析思路：闡述催化劑如何通過提供新的反應(yīng)路徑或降低表面能壘來降低活化能?？梢詮奈?、表面反應(yīng)、脫附等步驟入手，說明催化劑表面位點或結(jié)構(gòu)特征（如活性位點、缺陷）如何使得反應(yīng)物更容易轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，從而越過較低的能壘。2.解析思路：說明助催化劑的作用是輔助主催化劑，可以單獨不具備催化活性或活性很低。助催化劑可以為主催化劑提供必要的活性位點、調(diào)節(jié)表面電子結(jié)構(gòu)（改變酸堿性）、促進反應(yīng)物或產(chǎn)物的吸附/脫附、增強催化劑的穩(wěn)定性和壽命等，從而協(xié)同提高主催化劑的整體催化性能。3.解析思路：說明積碳物（通常是碳氫化合物或碳）覆蓋在催化劑的活性表面，阻礙了反應(yīng)物分子與活性位點的接觸，導致催化劑與反應(yīng)物的接觸幾率大大降低，從而使得催化劑失活或活性顯著下降。進一步可以提及積碳可能改變催化劑表面性質(zhì)或物理結(jié)構(gòu)。四、論述題1.解析思路：*組成影響：闡述不同活性組分（如貴金屬Pt、Pd、Rh，非貴金屬Ni、Cu、Fe、Co氧化物等）具有不同的電子結(jié)構(gòu)和表面特性，導致其對不同反應(yīng)路徑（如NO還原為N2的途徑）的催化活性（選擇性）不同。例如，Pt-Rh催化劑通常對選擇性催化還原（SCR）NOx更優(yōu)，而Cu-Zeolite催化劑則對NOx吸附-氧化轉(zhuǎn)化更有效。助劑（如CeO2）的添加可以通過改變活性組分的電子態(tài)、提供氧存儲釋放能力、抑制積碳等來進一步提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。*結(jié)構(gòu)影響：闡述催化劑的晶相結(jié)構(gòu)（如尖晶石、鈣鈦礦）決定了其表面原子排布和電子特性。粒徑大小直接影響比表面積，比表面積越大，可用的活性位點越多，活性通常越高。但過小的粒徑可能導致易燒結(jié)、機械強度下降?？捉Y(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、分布）影響反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴散速率，合適的孔道結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物擴散到內(nèi)表面活性位點并使產(chǎn)物順利脫附，從而提高反應(yīng)速率和催化劑的穩(wěn)定性。形貌控制（如納米管、納米棒）也可能帶來獨特的表面效應(yīng)和更高的催化性能。2.解析思路：*挑戰(zhàn)分析：從效率、環(huán)保、經(jīng)濟、穩(wěn)定性等角度分析挑戰(zhàn)。例如，如何在高溫、多組分、強腐蝕性的燃燒氣氛下保持高活性和選擇性？如何同時去除多種污染物（如NOx、SO2、碳煙、CO）？如何抑制催化劑的積碳、燒結(jié)、中毒失活？如何降低貴金屬催化劑的使用量以降低成本？如何開發(fā)出壽命長、易回收、環(huán)境友好的催化劑材料？*解決方案探討：針對挑戰(zhàn)提出可能的解決方案。例如，通過精確調(diào)控催化劑的組成和結(jié)構(gòu)（如納米催化、核殼結(jié)構(gòu)、缺陷工程）來提高活