第一章 催化劑與催化作用33327.ppt

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1、應用催化AppliedCatalysis化學化工系第一章催化劑與催化作用基本知識BasicKnowledgeofcatalystandcatalysis主要內(nèi)容催化作用的特征1催化反應和催化劑的分類2固體催化劑的組成與結構3催化劑的反應性性能及對工業(yè)催化劑的要求4多相催化反應體系的分析51.1.1催化劑和催化作用(CatalystandCatalysis)催化劑是一種能夠改變一個化學反應的反應速度，卻不改變化學反應熱力學平衡位置，本身在化學反應中不被明顯地消耗的化學物質。催化劑是一種可以改變一個化學反應速度物質。催化作用是指催

2、化劑對化學反應所產(chǎn)生的效應。1.1.2催化作用不能改變化學平衡催化劑催化劑在反應體系中含量達到平衡時的體積增量SO20.028.19SO20.0638.34SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.15草酸0.528.27磷酸0.548.10平均8.19表1-1在不同催化劑存在下三聚乙醛解聚的平衡濃度可逆反應根據(jù)微觀可逆原理，假如一個催化反應是可逆的，則一個加速正反應速率的催化劑也應加速逆反應速率，以保持K平不變（K平＝k正/k逆）。也就是說：同樣一個能加速正反應速率控制步驟的催化劑也應該能加速逆反應速

3、率。第一，對某一催化反應進行正反應和進行逆反應的操作條件（溫度、壓力、進料組成）往往會有很大差別，這對催化劑可能會產(chǎn)生一些影響。第二，對正反應或逆反應在進行中所引起的副反應也是值得注意的，因為這些副反應會引起催化劑性能變化。問題1：實際工業(yè)上催化正反應、逆反應時為什么往往選用不同的催化劑？1.1.3催化作用改變反應歷程而改變反應速度反應難以進行使合成氨實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)催化劑改變反應歷程意味著1、催化劑參與反應物之間的化學反應2、通過反應歷程改變使化學反應的所需克服的能壘數(shù)值大大減少。結果：催化反應相對常規(guī)化學反應發(fā)生的條件溫和得多

4、，甚至常規(guī)條件下難以發(fā)生的反應，在催化劑參與下實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。問題2：請同學們舉二個以上的實例？1.1.4催化劑對加速化學反應具有選擇性表1-2催化劑對可能進行的特定反應的選擇催化作用反應物催化劑及反應條件產(chǎn)物CO+H2Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa乙醇Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K,1.0133×107～2.0266×107Pa甲醇Rh絡合物,473～573K,5.0665×107～3.0399×108Pa乙二醇Cu,Zn,493K,3×106Pa二甲醚Ni,473～573K,1.0133×105

5、Pa甲烷Co,Ni,473K,1.0133×105Pa合成汽油熱反應時生成CO2比生成甲醛的能壘小很多甲醇氧化反應的不同能壘變化示意圖催化反應時，生成CO和CO2的能壘明顯高于生成甲醛的能壘應產(chǎn)物具有選擇性的主要原因仍然是由于催化劑可以顯著降低主反應的活化能，而副反應活化能的降低則不明顯CH3OH+O2=CO2+2H2OCH3OH+O2=HCHO+2H2O催化劑選擇性理解1、不同催化劑對特定的反應體系有選擇性（機理選擇性）2、催化劑因催化劑結構不同導致選擇性（擴散選擇性）。問題3：催化劑的選擇性在工業(yè)上有何意義？催化作用的特征

6、1催化反應和催化劑的分類2固體催化劑的組成與結構3催化劑的反應性性能及對工業(yè)催化劑的要求4多相催化反應體系的分析51.2.1催化反應分類酶催化反應同時具有均相和非均相反應的性質。非均相催化反應是指反應物和催化劑居于不同相態(tài)的反應。均相催化反應是指反應物和催化劑居于同一相態(tài)中的反應。A.按催化反應系統(tǒng)物相的均一性進行分類均相催化反應酶催化反應非均相（又稱多相）催化反應表1-3催化劑對可能進行的特定反應的選擇催化作用B.按反應類型進行分類反應類型常用催化劑加氫Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63-脫氫

7、Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt氧化V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2羰基化Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(PPh3)3*,RhCl2(CO)PPh3聚合CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3鹵化AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2裂解SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子篩，活性白土水合H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子篩，離子交換樹脂烷基化，異構化H3PO4/硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,

8、沸石分子篩D.按反應機理進行分類酸堿型催化反應酸堿型催化反應的反應機理可認為是催化劑與反應物分子之間通過電子對的授受而配位，或者發(fā)生強烈極化，形成離子型活性中間物種進行的催化反應。氧化還原型催化反應氧化還原型催化反應機理可認為是催化劑與反應物分子間通過單個電子轉移，形成活性中