2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——化學催化劑的合成與應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種物質(zhì)不屬于化學催化劑？（）A.Pd/C用于加氫反應(yīng)B.活性炭用于吸附C.Fe催化劑用于合成氨D.ZeoliteL用于裂化反應(yīng)2.在催化劑表面，吸附了反應(yīng)物分子后，反應(yīng)物分子中的化學鍵發(fā)生的變化是？（）A.一定增強B.一定減弱C.可能增強也可能減弱D.不發(fā)生任何變化3.下列哪種方法不屬于典型的固相合成方法？（）A.沉淀法B.溶膠-凝膠法C.微乳液法D.氣相沉積法4.用于測定固體材料比表面積的常用方法是？（）A.X射線衍射（XRD）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.比表面積及孔徑分析儀（BET）D.X射線光電子能譜（XPS）5.下列哪種技術(shù)主要用于分析催化劑表面的酸堿性？（）A.活性測定B.程序升溫還原（H?-TPR）C.程序升溫脫附（NH?-TPD）D.比表面積分析（BET）6.某固體催化劑在空氣中加熱時失去重量，同時表面生成氧化物，這種現(xiàn)象通常與？（）A.催化劑燒結(jié)有關(guān)B.催化劑中毒有關(guān)C.催化劑表面金屬氧化有關(guān)D.催化劑活性相溶解有關(guān)7.在多相催化反應(yīng)中，催化劑與反應(yīng)物首先發(fā)生的步驟通常是？（）A.產(chǎn)物脫附B.催化劑再生C.反應(yīng)物吸附D.催化劑活化8.下列哪種催化劑合成方法特別適用于在較高溫度和壓力下合成催化劑？（）A.沉淀法B.浸漬法C.水熱法D.溶膠-凝膠法9.對于用于石油煉制的FCC（流化床催化裂化）催化劑，其重要的性能指標不包括？（）A.活性B.選擇性（產(chǎn)輕油）C.穩(wěn)定性（抗燒結(jié)、抗中毒）D.極低的比表面積10.提高催化劑選擇性的一個重要途徑是？（）A.增大催化劑的比表面積B.調(diào)控催化劑的孔結(jié)構(gòu)C.降低催化劑的制備成本D.提高催化劑的機械強度二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.催化劑能改變反應(yīng)的________，但不能改變反應(yīng)的________。2.催化劑的作用機理通?？梢杂胈_______理論或________理論來解釋。3.水熱合成法通常在________和________條件下進行。4.表征催化劑比表面積和孔結(jié)構(gòu)最常用的方法是________。5.浸漬法是將活性組分負載到載體上的方法之一，其優(yōu)點之一是________。6.評價催化劑活性通常使用________指標，常用單位是________。7.用于CO?加氫制甲醇的催化劑，其重要的性能要求包括________、________和________。8.催化劑失活的原因主要有________、________和________。9.綠色化學理念在催化劑設(shè)計中的體現(xiàn)，例如要求催化劑具有高________、高________和易于________的特點。10.在資源化學領(lǐng)域，催化劑對于實現(xiàn)________資源的高效轉(zhuǎn)化和利用至關(guān)重要。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.活性位點2.多相催化3.催化劑中毒4.比表面積5.選擇性四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述浸漬法和沉淀法這兩種固相合成方法的區(qū)別。2.簡述BET法測定比表面積的原理。3.為什么說催化劑的孔結(jié)構(gòu)對其催化性能有重要影響？4.在資源化學背景下，開發(fā)高效催化劑面臨哪些挑戰(zhàn)？五、論述題（每小題10分，共20分）1.論述水熱合成法在制備資源化學相關(guān)催化劑（如生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化）中的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。2.以一種具體的資源轉(zhuǎn)化反應(yīng)為例（如合成氣制化學品或CO?轉(zhuǎn)化），闡述催化劑在該反應(yīng)中起作用的機理，并說明設(shè)計高效催化劑需要考慮的關(guān)鍵因素。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.C5.C6.C7.C8.C9.D10.B二、填空題1.速率；平衡常數(shù)2.吸附-活化；中間體3.高溫；高壓4.BET5.操作簡單，易于控制活性組分分布6.轉(zhuǎn)化率；(kg催化劑·h)?17.活性；選擇性；穩(wěn)定性8.燒結(jié)；中毒；失活（如燒結(jié)導致）9.效率；選擇性；回收10.化學或能源三、名詞解釋1.活性位點：催化劑表面能夠吸附反應(yīng)物并參與化學轉(zhuǎn)化的特定原子、原子團或化學鍵。2.多相催化：催化劑和反應(yīng)物處于不同相（通常是固相催化劑和氣相或液相反應(yīng)物）之間的催化過程。3.催化劑中毒：催化劑的活性因吸附了某些少量雜質(zhì)（毒物）而顯著降低甚至喪失的現(xiàn)象。4.比表面積：單位質(zhì)量固體物質(zhì)所具有的表面積，通常用平方米每克（m2/g）表示。5.選擇性：催化劑將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物的能力，可分為化學選擇性和區(qū)域選擇性。四、簡答題1.答：浸漬法是將活性組分（通常是溶液或氣體）負載到載體上，活性組分在載體表面或孔內(nèi)沉積、濃縮并可能發(fā)生一定程度的分解和晶化。沉淀法是將載體或活性組分前驅(qū)體溶解在溶液中，通過控制條件（如pH、溫度）使目標物質(zhì)以沉淀形式生成，并與載體一起分離、洗滌和干燥。主要區(qū)別在于物質(zhì)的形成方式和負載過程，浸漬法是“引入”負載，沉淀法是“生成”后負載。2.答：BET法是基于物理吸附原理測定固體比表面積的。當氣體（如N?）在低溫下吸附在多孔固體表面時，若吸附劑和吸附質(zhì)分子間作用力屬于Langmuir單分子層吸附，且吸附熱不隨覆蓋度變化，則吸附過程符合BET（Brunauer-Emmett-Teller）方程。該方程描述了在一定溫度下，氣體在固體表面達到平衡時的分壓p與吸附量（或相對壓力p/p?）之間的關(guān)系。通過測量不同p/p?下的吸附量，繪制吸附等溫線，并利用BET方程擬合數(shù)據(jù)，可以得到固體的比表面積。3.答：催化劑的孔結(jié)構(gòu)（包括孔徑分布、孔體積、比表面積等）顯著影響催化劑的性能。首先，孔徑大小決定了反應(yīng)物分子是否能夠進入催化劑內(nèi)部表面，即影響反應(yīng)物的擴散和接觸，微孔可能限制大分子進入，大孔可能導致反應(yīng)物難以到達活性位點。其次，合適的孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴散，避免或減緩擴散限制，提高反應(yīng)速率和催化劑的穩(wěn)定性（如防止燒結(jié)）。此外，孔結(jié)構(gòu)也影響催化劑的比表面積，進而影響活性中心的數(shù)量。4.答：在資源化學背景下開發(fā)高效催化劑面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①資源本身的復雜性、低品位和多樣性，要求催化劑具有極高的選擇性、穩(wěn)定性和抗多種毒物能力；②許多資源轉(zhuǎn)化過程（如CO?轉(zhuǎn)化、生物質(zhì)利用）涉及苛刻的反應(yīng)條件（高溫、高壓、強酸堿），對催化劑的穩(wěn)定性要求極高；③開發(fā)成本與催化性能的平衡，需要考慮原料、合成、表征、應(yīng)用等全流程的經(jīng)濟性；④基礎(chǔ)研究的深化，需要更深入地理解反應(yīng)機理，指導催化劑的理性設(shè)計；⑤環(huán)境友好性要求，催化劑自身及制備過程應(yīng)盡可能綠色環(huán)保。五、論述題1.答：水熱合成法在制備資源化學相關(guān)催化劑中的優(yōu)勢在于：①能在高溫高壓液體環(huán)境中進行，有利于合成在常溫常壓下難以穩(wěn)定存在的金屬氧化物、硫化物、鹽類或非氧化物催化劑，或獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和物相的催化劑；②溶劑效應(yīng)，水或有機溶劑可以調(diào)控反應(yīng)物的溶解度、擴散行為和成核過程，有助于獲得粒徑小、分布均勻、晶粒細小的催化劑，提高比表面積和活性；③綠色環(huán)保，通常使用水作為溶劑，條件相對溫和，可以避免一些高沸點有機溶劑的使用，且易于后處理；④結(jié)構(gòu)多樣性，高溫高壓條件有利于形成特殊的晶型、孔道結(jié)構(gòu)或復合材料，滿足特定資源轉(zhuǎn)化反應(yīng)的需求。應(yīng)用前景廣闊，例如在水熱條件下合成用于生物質(zhì)催化降解、小分子有機合成、CO?轉(zhuǎn)化、氫能利用等領(lǐng)域的催化劑。2.答：以合成氣（CO+H?）制甲醇為例，其催化反應(yīng)機理通常涉及以下步驟：①CO和H?在催化劑表面（如負載型Fe基催化劑）的活性位點發(fā)生吸附；②吸附的CO和H?發(fā)生化學鍵的斷裂和重組，形成吸附的中間體，如吸附的CHO（甲酰基）或*CH?OH（甲基）；③吸附的中間體進一步發(fā)生脫附或轉(zhuǎn)化，最終生成甲醇分子并脫附。整個過程可能涉及CO的解吸、吸附的C-O鍵的斷裂、氫的插入、甲醇的生成和脫附等多個表面反應(yīng)步驟。設(shè)計高效催化劑需要考慮的關(guān)鍵因素包括：①活性中心的構(gòu)建，如選擇合適的金屬前驅(qū)體（如Fe,Cu,Zn等）并優(yōu)化其分散度、電子結(jié)構(gòu)；②載體材料的選擇，載體影響活性中心的分散、穩(wěn)定性、酸堿性和孔結(jié)構(gòu)，常用載體有SiO?,α-Al?O?,ZrO?等；③助劑