催化劑與催化作用-1-第一章 催化劑與催化作用基本知識.ppt

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1、第一章催化劑與催化作用基本知識1.1催化作用的特征1.2催化反應和催化劑的分類1.3固體催化劑的組成與結構1.4催化劑的反應性能及對工業(yè)催化劑的要求1.5多相催化反應體系的分析1.1催化作用的特征催化劑和催化作用的定義催化作用不能改變化學平衡催化作用通過改變反應歷程而改變反應速度催化劑對加速化學反應具有選擇性催化劑——德國化學家W.Ostwald(1853-1932)：催化劑是一種可以改變一個化學反應速度，而不存在于產(chǎn)物中的物質現(xiàn)代對催化劑的定義：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

2、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作用——催化劑對化學反應所產(chǎn)生的效應1.1.1催化劑和催化作用的定義對于一個可逆化學反應，反應進行到什么程度，即它的化學平衡位置是由熱力學所決定的。1.1.2催化作用不能改變化學平衡?G?=-RTlnKp?G?—產(chǎn)物與反應物的標準自由能之差Kp—化學平衡常數(shù)?G?是狀態(tài)函數(shù)，它決定于過程的始態(tài)和終態(tài)，而與過程無關。?G?催=?G?非催?催化作用只能加速一個熱力學上允許的化學反應達到化學平衡狀態(tài)例：在不同催化劑存在下三聚乙醛解聚的平衡

3、濃度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判定某個反應是否需要采用催化劑？了解這個反應在熱力學上是否允許如果是可逆反應，要了解反應進行的方向和深度，確定反應平衡常數(shù)的數(shù)值以及它與外界條件的關系?只有熱力學允許，平衡常數(shù)較大的反應加入適當催化劑才是有意義的催化劑加速化學反應是通過改變化學反應歷程，降低反應活化能得以實現(xiàn)的少數(shù)反

4、應通過改變指前因子加速化學反應1.1.3催化作用通過改變反應歷程而改變反應速度合成氨過程非催化反應和催化反應的能壘變化示意圖r催/r非催=~10601.1.4催化劑對加速化學反應具有選擇性催化劑并不是對熱力學上允許的所有化學反應都能起催化作用，而是特別有效地加速平行反應或串聯(lián)反應中的某一個反應，這種特定催化劑只能催化加速特定反應的性能，稱為催化劑的選擇性例2：以合成氣(CO+H2)為原料在熱力學上可以沿著幾個途徑進行反應，但由于使用不同催化劑進行反應，就會得到不同產(chǎn)物。反應物催化劑及反應條件產(chǎn)物CO

5、+H2Rh/Pt/SiO2，573K，7×106Pa乙醇Cu-Zn-O，Zn-Cr-O，573K，1.0133×107～2.0266×107Pa甲醇Rh絡合物，473～563K，5.0665×107～3.0399×108Pa乙二醇Cu，Zn，493K，3×106Pa二甲醚Ni，473～573K，1.0133×105Pa甲烷Co，Ni，473K，1.0133×105Pa合成汽油表1-2催化劑對可能進行的特定反應的選擇催化作用催化劑為什么能促使某一反應向特定產(chǎn)物方向進行?催化劑在多個可能同時進行的反應中

6、，使生成特定產(chǎn)物的反應活化能降低程度遠遠大于其他反應活化能的變化，使反應容易向生成特定產(chǎn)物的方向進行。例：甲醇氧化反應甲醇氧化反應的不同能壘變化示意圖Ag熱反應催化反應甲醇部分氧化：甲醇完全氧化：熱反應：Ec

7、進行分類按反應機理進行分類1.2.1催化反應分類按催化反應系統(tǒng)物相的均一性進行分類均相催化反應：氣相均相催化反應?液相均相催化反應非均相（多相）催化反應：氣固相催化反應?液固相催化反應酶催化反應：催化劑酶本身是一種膠體，可以均勻地分散在水溶液中，對液相反應物而言可認為是均相催化反應。但是在反應時反應物卻需在酶催化劑表面上進行積聚，由此而言可認為是非均相催化反應。因此，酶催化反應同時具有均相和非均相反應的性質。按反應類型進行分類——根據(jù)催化反應所進行的化學反應類型分類。如加氫反應，氧化反應，裂解反應等

8、。同一類型的化學反應具有一定共性，催化劑的作用也具有某些相似之處，這就有可能用一種反應的催化劑來催化同類型的另一反應。例：AlCl3催化劑是苯與乙烯烴化反應的催化劑，同樣它也可用做苯與丙烯烴化的催化劑某些重要的反應單元及所用催化劑反應類型常用催化劑加氫Ni，Pt，Pd，Cu，NiO，MoS2，WS2，Co(CN)63-脫氫Cr2O3，F(xiàn)e2O3，ZnO，Ni，Pd，Pt氧化V2O5，MoO3，CuO，Co3O4，Ag，Pd，Pt，PdCl2羰基化Co2(CO)8，Ni