催化劑與催化作用基本ppt課件.ppt

《催化劑與催化作用基本ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第1章催化劑與催化作用基本知識(shí)1.1催化作用的特征1.1.1催化劑和催化作用的定義最早的定義（德國(guó)化學(xué)家Ostwald）：催化劑是一種可以改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速度，而不存在于產(chǎn)物中的物質(zhì)?，F(xiàn)代定義：催化劑是一種能夠改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度，卻不改變化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡位置，本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗的化學(xué)物質(zhì)。催化作用是指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)。1.1.2催化作用不能改變化學(xué)平衡催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡位置。（物理化學(xué)原理）催化作用只能加速一個(gè)熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。（例子：表1－1）只有熱力學(xué)允許，平衡常數(shù)較大的

2、反應(yīng)加入適當(dāng)催化劑才是有意義的。（即要了解反應(yīng)進(jìn)行的方向和深度）一個(gè)加速正反應(yīng)速率的催化劑也應(yīng)加速逆反應(yīng)速率，以保持K平不變（K平＝k正/k逆）。應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：（1）正逆反應(yīng)操作條件的不同會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生影響；（2）正逆反應(yīng)中引起的副反應(yīng)會(huì)引起催化劑性能變化。1.1.3催化作用通過(guò)改變反應(yīng)歷程而改變反應(yīng)速度催化劑加速化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)改變化學(xué)反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)活化能得以實(shí)現(xiàn)的。圖1－1給出N2和H2反應(yīng)生成NH3的催化反應(yīng)和非催化反應(yīng)的能壘變化圖。1.1.4催化劑對(duì)加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性催化劑的選擇性：特定催化劑只能催化加速特定反應(yīng)的性能。例如，以合

3、成氣（CO+H2）為原料在熱力學(xué)上可以沿著幾個(gè)途徑進(jìn)行反應(yīng)，但由于使用不同催化劑進(jìn)行反應(yīng)，就得到表1－2給出的不同產(chǎn)物。不同催化劑之所以能促使某一反應(yīng)向特定產(chǎn)物方向進(jìn)行，其原因是這種催化劑在多個(gè)可能同時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)中，使生成特定產(chǎn)物的反應(yīng)活化能降低程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他反應(yīng)活化能的變化，使反應(yīng)容易向生成特定產(chǎn)物的方向進(jìn)行。例子：甲醇的氧化反應(yīng)CH3OH+1/2O2=HCHO+H2O(部分氧化，必須加入銀催化劑）CH3OH+3/2O2=CO2+2H2O（完全氧化）細(xì)線代表熱反應(yīng)（完全氧化），粗線代表催化反應(yīng)（部分氧化）1.2催化反應(yīng)和催化劑的分類1.2.1

4、催化反應(yīng)分類1.按催化反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性進(jìn)行分類（1）均相催化反應(yīng)：指反應(yīng)物和催化劑居于同一相態(tài)中的反應(yīng)。（氣相均相催化反應(yīng)和液相均相催化反應(yīng)）如：SO2和O2在催化劑NO作用下氧化為SO3的催化反應(yīng)。（2）非均相（又稱多相）催化反應(yīng)：指反應(yīng)物和催化劑居于不同相態(tài)的反應(yīng)。（擴(kuò)散的影響）如：乙烯與氧在負(fù)載銀的固體催化劑上氧化生成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)。（3）酶催化反應(yīng)：其特點(diǎn)是催化劑酶本身是一種膠體，可以均勻地分散在水溶液中，對(duì)液相反應(yīng)物而言可認(rèn)為是均相催化反應(yīng)；但在反應(yīng)時(shí)反應(yīng)物卻需在酶催化劑表面上進(jìn)行積聚，由此而言可認(rèn)為是非均相催化反應(yīng)。因此，酶催化反

5、應(yīng)同時(shí)具有均相和非均相反應(yīng)的性質(zhì)。2.按反應(yīng)類型進(jìn)行分類這種分類方法不是著眼于催化劑，而是著眼于化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)橥活愋偷幕瘜W(xué)反應(yīng)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(yīng)的催化劑來(lái)催化同類型的另一反應(yīng)。3.按反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分類（1）酸堿型催化反應(yīng)：其機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子之間通過(guò)電子對(duì)的授受而配位，后者發(fā)生強(qiáng)烈極化，形成離子型活性中間物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。如：烯烴與質(zhì)子酸作用：CH2=CH2+HA=H3C-CH2++A-（質(zhì)子轉(zhuǎn)移的結(jié)果）烯烴若與路易斯酸作用也可生成正碳離子，它是通過(guò)形成π鍵合物并進(jìn)一步異裂為正碳離子，

6、反應(yīng)式如下：（2）氧化還原型催化反應(yīng)：其機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子間通過(guò)單個(gè)電子轉(zhuǎn)移，形成活性中間物種進(jìn)行催化反應(yīng)。如：在金屬鎳催化劑上的加氫反應(yīng)，氫分子均裂與鎳原子產(chǎn)生化學(xué)吸附，在化學(xué)吸附過(guò)程中氫原子從鎳原子中得到電子，以負(fù)氫金屬鍵鍵合。負(fù)氫金屬鍵合物即為活性中間物種，它能進(jìn)一步進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)式如下：對(duì)這兩種不同催化反應(yīng)機(jī)理的歸納：這種分類方法反映了催化劑與反應(yīng)物分子作用的實(shí)質(zhì)。但是，由于催化作用的復(fù)雜性，對(duì)有些反應(yīng)難以將二者截然分開(kāi)，有些反應(yīng)又同時(shí)兼?zhèn)涠N機(jī)理。1.2.2催化劑分類1.按元素周期律分類主族元素：用做催化劑的主族元素多以

7、化合物形式存在。主族元素的氧化物、氫氧化物、鹵化物等由于在反應(yīng)中容易形成離子鍵，主要用做酸堿型催化劑。副族元素：無(wú)論是金屬單質(zhì)還是化合物，由于在反應(yīng)中容易得失電子，主要用做氧化還原型催化劑。特別是第Ⅷ過(guò)渡族金屬元素和它的化合物是最主要的金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和絡(luò)合物催化劑。這種分類方法能使人們認(rèn)識(shí)催化劑的化學(xué)本質(zhì)，對(duì)了解催化劑的催化作用是有益的。2.按固體催化劑的導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)分類這種分類方法對(duì)我們認(rèn)識(shí)多相催化作用中的電子因素對(duì)催化作用的影響是有意義的。1.3固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)1.3.1固體催化劑的組成單組元催化劑：指催化劑由一種物質(zhì)

8、組成。（使用較少）多組元催化劑：催化劑由多種物質(zhì)組成。1.主催化劑：又稱為活性組分，它是多組元催化劑中的主體，是必須具備的組分，沒(méi)有它就