第二章 催化劑與催化作用

第二章催化劑與催化作用第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三1.1.1催化劑和催化作用的定義催化劑：一種能夠與反應(yīng)物相互作用，加速反應(yīng)的速率而不改變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由焓變,且反應(yīng)終結(jié)時本身保持不變的化學(xué)物質(zhì)。催化作用：指催化劑對化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的實(shí)例：2SO2＋O2=2SO3(V2O5)N2＋3H2=2NH3(Fe催化劑）第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三1.1.2催化劑的特征:1.催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)無法進(jìn)行的反應(yīng)。第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三2.催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡位置。化學(xué)平衡是由熱力學(xué)決定的：△G

＝-RT1nKP第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三舉例：乙苯脫氫制苯乙烯，在600℃常壓、乙苯與水蒸汽摩爾比為1：9時，按平衡常數(shù)計算，達(dá)到平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為72．8％第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三問題1：實(shí)際工業(yè)上催化正反應(yīng)、逆反應(yīng)時為什么往往選用不同的催化劑？一、對某一催化反應(yīng)進(jìn)行正反應(yīng)和進(jìn)行逆反應(yīng)的操作條件（溫度、壓力、進(jìn)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。二、對正反應(yīng)或逆反應(yīng)在進(jìn)行中所引起的副反應(yīng)也是值得注意的，因?yàn)檫@些副反應(yīng)會引起催化劑性能變化。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三催化作用改變反應(yīng)歷程而改變反應(yīng)速度反應(yīng)難以進(jìn)行使合成氨實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三催化劑改變反應(yīng)歷程意味著1、催化劑參與反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)2、通過反應(yīng)歷程改變使化學(xué)反應(yīng)的所需克服的能壘數(shù)值大大減少。結(jié)果：催化反應(yīng)相對常規(guī)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)，在催化劑參與下實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。問題2：請同學(xué)們舉二個以上的實(shí)例？第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三3.催化劑對加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性催化劑對可能進(jìn)行的特定反應(yīng)的選擇催化作用反應(yīng)物催化劑及反應(yīng)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(luò)合物,473～573K,5.0665×107～3.0399×108Pa乙二醇Cu,Zn,493K,3×106Pa二甲醚Ni,473～573K,1.0133×105Pa甲烷Co,Ni,473K,1.0133×105Pa合成汽油第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三熱反應(yīng)時生成CO2比生成甲醛的能壘小很多甲醇氧化反應(yīng)的不同能壘變化示意圖催化反應(yīng)時，生成CO和CO2的能壘明顯高于生成甲醛的能壘反應(yīng)產(chǎn)物具有選擇性的主要原因是由于催化劑可以顯著降低主反應(yīng)的活化能，而副反應(yīng)活化能的降低則不明顯CH3OH+O2=CO2+2H2OCH3OH+O2=HCHO+2H2O第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三催化劑選擇性理解：1、不同催化劑對特定的反應(yīng)體系有選擇性（機(jī)理選擇性）

2、催化劑因催化劑結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致選擇性

（擴(kuò)散選擇性）問題3：催化劑的選擇性在工業(yè)上有何意義？第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三4.催化劑的壽命第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三1.2催化反應(yīng)及催化劑的分類酶催化反應(yīng)同時具有均相和非均相反應(yīng)的性質(zhì)。非均相催化反應(yīng)是指反應(yīng)物和催化劑居于不同相態(tài)的反應(yīng)。均相催化反應(yīng)是指反應(yīng)物和催化劑居于同一相態(tài)中的反應(yīng)。按催化反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性進(jìn)行分類均相催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)非均相（又稱多相）催化反應(yīng)第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三按反應(yīng)類型進(jìn)行分類反應(yīng)類型常用催化劑加氫Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63-脫氫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(gòu)化H3PO4/硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子篩第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三按反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分類酸堿型催化反應(yīng)酸堿型催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子之間通過電子對的授受而配位，或者發(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)。氧化還原型催化反應(yīng)氧化還原型催化反應(yīng)機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子間通過單個電子轉(zhuǎn)移，形成活性中間物種進(jìn)行催化反應(yīng)。第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期三

酸堿型及氧化還原型催化反應(yīng)比較比較項(xiàng)目酸堿型催化反應(yīng)氧化還原型催化反應(yīng)催化劑與反應(yīng)物之間作用電子對的接受或電荷密度的分布發(fā)生變化單個電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)物化學(xué)變化非均裂或極化均裂生成活性中間物種自旋飽和的物種（離子型物種）自旋不飽和的物種（自由基型物種）催化劑自旋飽和分子或固體物質(zhì)自旋不飽和分子或固體物質(zhì)催