第二章催化劑與催化作用

1、第一章第一章 催化作用與催化劑催化作用與催化劑1.1 1.1 催化作用的定義與特征催化作用的定義與特征1.2 1.2 催化反應和催化劑的分類催化反應和催化劑的分類1.3 1.3 固體催化劑的組成與結構固體催化劑的組成與結構1.4 1.4 對工業(yè)催化劑的要求對工業(yè)催化劑的要求1.1.1催化劑和催化作用的定義催化劑和催化作用的定義催化劑：一種能夠與反應物相互作用，催化劑：一種能夠與反應物相互作用，加速反加速反應的速率而不改變反應的標準吉布斯自由焓變應的速率而不改變反應的標準吉布斯自由焓變, ,且反應終結時且反應終結時本身保持不變本身保持不變的化學物質(zhì)。的化學物質(zhì)。催化作用：指催化劑對化學反應所產(chǎn)生

2、的效應。催化作用：指催化劑對化學反應所產(chǎn)生的效應。催化劑加速化學反應的實例：催化劑加速化學反應的實例：2so2so2 2o o2 2=2so=2so3 3 ( v ( v2 2o o5 5) )n n2 23h3h2 2=2nh=2nh3 3 (fe (fe催化劑）催化劑）1.1.2催化劑的特征催化劑的特征: 1.1.催化劑只能加速熱力學上可以進行的反應，催化劑只能加速熱力學上可以進行的反應，而不能加速熱力學無法進行的反應。而不能加速熱力學無法進行的反應。2. 2. 催化劑只能加速反應趨于平衡，不能改催化劑只能加速反應趨于平衡，不能改變平衡位置。變平衡位置?；瘜W平衡是由熱力學決定的：化學平衡是

3、由熱力學決定的：g - rt1nkp舉例：舉例：乙苯脫氫制苯乙烯，在乙苯脫氫制苯乙烯，在600600常壓、乙苯與水常壓、乙苯與水蒸汽摩爾比為蒸汽摩爾比為1 1：9 9時，按平衡常數(shù)計算，達到時，按平衡常數(shù)計算，達到平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為72728 8問題問題1 1：實際工業(yè)上催化正反應、逆反應時為：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？什么往往選用不同的催化劑？一、對某一催化反應進行正反應和進行逆反應的一、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

4、會產(chǎn)生一些影響。大差別，這對催化劑可能會產(chǎn)生一些影響。二、對正反應或逆反應在進行中所引起的副反二、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?；瘎┬阅茏兓４呋饔酶淖兎磻獨v程而改變反應速度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催化劑改變反應歷程意味著1 1、催化劑參與反應物之間的化學反應、催化劑參與反應物之間的化學反應2 2、通過反應歷程改變使化學反應的所需克服的能壘、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。數(shù)值大大減少。結果：結果： 催化

5、反應相對常規(guī)化學反應發(fā)生的條件溫和得催化反應相對常規(guī)化學反應發(fā)生的條件溫和得多，甚至常規(guī)條件下難以發(fā)生的反應，在催化劑多，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)。參與下實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。問題問題2：請同學們舉二個以上的實例？：請同學們舉二個以上的實例？3.3.催化劑對加速化學反應具有選擇性催化劑對加速化學反應具有選擇性 催化劑對可能進行的特定反應的選擇催化作用催化劑對可能進行的特定反應的選擇催化作用反應物反應物 催化劑及反應條件催化劑及反應條件 產(chǎn)物產(chǎn)物co+h2rh/pt/sio2，573k，7105pa 乙醇乙醇cu-zn-o,zn-cr-o,573k, 1.0133

6、107 2.0266107pa 甲醇甲醇rh絡合物絡合物,473573k, 5.0665107 3.0399108pa 乙二醇乙二醇cu,zn,493k, 3106pa 二甲醚二甲醚ni, 473573k, 1.0133105pa 甲烷甲烷co,ni, 473k, 1.0133105pa合合成汽油成汽油熱反應時生成熱反應時生成coco2 2比生比生成甲醛的能壘小很多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，生成催化反應時，生成coco和和coco2 2的能壘明顯高于生的能壘明顯高于生成甲醛的能壘成甲醛的能壘反應產(chǎn)物具有選擇性的主要原因反應產(chǎn)物具有選擇性的主要原因是由于催化劑

7、可以顯著降低主反是由于催化劑可以顯著降低主反應的活化能，而副反應活化能的應的活化能，而副反應活化能的降低則不明顯降低則不明顯ch3oh+o2=co2+2h2och3oh+o2=hcho+2h2o催化劑選擇性理解：催化劑選擇性理解：1 1、不同催化劑對特定的反應體系有選擇性、不同催化劑對特定的反應體系有選擇性（機理選擇性）（機理選擇性） 2 2、催化劑因催化劑結構不同導致選擇性、催化劑因催化劑結構不同導致選擇性 （擴散選擇性）（擴散選擇性）問題3：催化劑的選擇性在工業(yè)上有何意義？4. 催化劑的壽命催化劑的壽命1.2 1.2 催化反應及催化劑的分類催化反應及催化劑的分類酶催化反應同時酶催化反應同時

8、具有均相和非均具有均相和非均相反應的性質(zhì)。相反應的性質(zhì)。非均相催化反應是非均相催化反應是指反應物和催化劑指反應物和催化劑居于不同相態(tài)的反居于不同相態(tài)的反應。應。均相催化反應是指均相催化反應是指反應物和催化劑居反應物和催化劑居于同一相態(tài)中的反于同一相態(tài)中的反應。應。按催化反應系統(tǒng)物相的均一性進行分類按催化反應系統(tǒng)物相的均一性進行分類按反應類型進行分類按反應類型進行分類反應類型反應類型常用催化劑常用催化劑加氫加氫ni,pt,pd,cu,nio,mos2,ws2,co(cn)63-脫氫脫氫cr2o3,fe2o3,zno,ni,pd,pt氧化氧化v2o3,moo3,cuo,co3o4,ag,pd,pt

9、,pdcl2羰基化羰基化co2(co)8,ni(co)4,fe(co)3,pdcl(pph3)3*,rhcl2(co)pph3聚合聚合cro3,moo2,ticl4-al(c2h5)3鹵化鹵化alcl3,fecl3,cucl2,hgcl2裂解裂解sio2-al2o3,sio2-mgo,沸石分子篩，活性白土沸石分子篩，活性白土水合水合h2so4,h3po4,hgso4,分子篩，離子交換樹脂分子篩，離子交換樹脂按反應機理進行分類按反應機理進行分類酸堿型催化反應酸堿型催化反應 酸堿型催化反應的反應機酸堿型催化反應的反應機理可認為是催化劑與反應物分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子

10、之間通過電子對的授受而配位，或者發(fā)生強烈極化，形成位，或者發(fā)生強烈極化，形成離子型活性中間物種進行的催離子型活性中間物種進行的催化反應。化反應。氧化還原型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，形成活性通過單個電子轉移，形成活性中間物種進行催化反應。中間物種進行催化反應。 酸堿型及氧化還原型催化反應比較酸堿型及氧化還原型催化反應比較比較項目比較項目酸堿型催化反應酸堿型催化反應氧化還原型催化反應氧化還原型催化反應催化劑與反應物之催化劑與反應物之間作用間作用電子對的接受或電荷密度電子對的接受或電荷密度的分布發(fā)生變化的分布發(fā)生變化單個電子轉移單個電子轉移反應物化學變化反應物化學變化非均裂或極化非均裂或極化均裂均裂生成活性中間物種生成活性中間物種自旋飽和的物種（離子型自旋飽和的物種（離子型物種）物種）自旋不飽和的物種（自自旋不飽和的物種（自由基型物種）由基型物種）催化劑催化劑自旋飽和分子或固體物質(zhì)自旋飽和分子或固體物質(zhì)自旋不飽和分子或固體自旋不飽和分子或固體物