催化作用的定義和特征

工業(yè)催化技術(shù)編輯ppt催化作用的定義與特征231.1催化劑和催化作用的定義最早由德國化學家W.Ostwald認為：其可以改變化學反響速度，而不存在產(chǎn)物中的物質(zhì)?，F(xiàn)代技術(shù)說明：許多催化反響活性中間物種都是有催化劑參與反響的，發(fā)生循環(huán)作用?，F(xiàn)代對催化劑的定義為：催化劑是一種能夠改變一個化學反響的反響速度，卻不能改變化學反響熱力學平衡位置，本身在化學反響中不被明顯消耗的物質(zhì)。催化作用：指催化劑對化學反響所產(chǎn)生的作用。編輯ppt

TextText1976年IUPAC〔國際純粹及應用化學協(xié)會〕公布的催化作用定義為：“催化作用是一種化學作用，是靠用量極少而本身不被消耗的一種叫做催化劑的外加物質(zhì)來加速化學反響的現(xiàn)象〞。并解釋說，催化劑能使反響按新的途徑，通過一系列的基元步驟進行，催化劑是其中第一步的反響物、最后一步的產(chǎn)物，亦即催化劑參與了反響，但經(jīng)過一次化學復原后又恢復到原來的組成。這就說明了，催化作用其實是一種化學作用，催化劑參與了反響。這一點也可以用假設循環(huán)圖來解釋.

催化作用的定義與特征編輯ppt催化作用的定義與特征TextTextTextTextText假設循環(huán)圖反響物先和催化劑結(jié)合成中間物種，再轉(zhuǎn)變?yōu)榇呋瘎┖彤a(chǎn)物結(jié)合的中間物種，當這一暫存的催化劑-產(chǎn)物暫存體解體后，就可以重新得到催化劑以及產(chǎn)物。這就是催化反響過程的本質(zhì)。編輯ppt催化作用的定義與特征催化劑催化劑含量平衡時體積增量SO20.028.19SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.27草酸0.528.271.2催化作用不能改變化學平衡平衡常數(shù)Kp的大小取決于產(chǎn)物和反響物的標準自由能之差△GΘ和反響溫度T?！鱃Θ為狀態(tài)函數(shù)，取決于始態(tài)和終態(tài)，與過程無關(guān)。催化劑的存在與否不影響△GΘ的數(shù)值，即△GΘ〔催化〕與△GΘ〔非催〕相等。下表1為不同催化劑在不改變化學平衡的實例。表1在不同催化劑存在下三聚乙醛解聚德平衡濃度編輯ppt催化作用的定義與特征因此，判斷一個反響是否需要催化劑，首先要考慮熱力學上是否允許；假設是可逆反響，須確定反響平衡常數(shù)的數(shù)值以及與外界參數(shù)的關(guān)系。注意兩個問題：第一，對某一催化反響進行正反響和逆反響操作條件〔溫度、壓力、進料組成〕時往往有較大差異；如反響溫度易引起金屬催化劑晶粒變大、活性降低，高壓會引起催化劑外表吸附的物種增多，導致活性與選擇性發(fā)生變化。第二，對正反響或逆反響所引起的副反響也是值得注意的。如加氫-脫氫反響中，鎳催化劑利益加氫，而不利于脫氫，這是因為此過程有積炭副反響發(fā)生，使催化劑迅速失活。編輯ppt催化作用的定義與特征ConceptTextTexttTextTextText1.3催化作用的根本特征〔1〕催化劑能夠加快化學反響速度，但它本身并不進入化學反響的計量。a、化學反響能夠加快化學反響速率，這主要是因為它可以改變化學反響歷程，降低反響活化能。b、催化劑耗用量少，催化劑在反響前后是不被消耗的，反響開始時參與反響的催化劑在反響結(jié)束時，又會被循環(huán)出來，從而可以被再一次使用，所以少量得催化劑可以促進大量反響物起反響，生成大量的產(chǎn)物。編輯ppt催化作用的定義與特征ConceptTextTextTextTextText〔2〕催化劑對反響具有選擇性，即催化劑對反響類型、反響方向和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有選擇性。a、同一個催化劑對甲反響有效，對乙反響未必有效。例如，SiO2-AlO3催化劑對酸堿催化反響是有效的，但他對氨合成反響無效，這就是催化劑對反響類型的選擇。b、不同的催化劑，可以是相同的反響物生成不同的產(chǎn)品。因為從同一反響物出發(fā)，在熱力學上可能有不同的反響方向，生成不同的產(chǎn)物，而不同的催化劑，即可以加速不同的反響方向。另外，有時不同的催化劑，可以使相同的反響物生成相同產(chǎn)物，但是所生成物質(zhì)性能有差異。編輯ppt催化作用的定義與特征ConceptTextTextTextTextTextText〔3〕催化劑只能加速熱力學上可能的化學反響，而不能加速熱力學上不可能化學反響?！?〕催化劑只能改變化學反響的速度，而不能改變化學平衡的位置。在外界條件下某化學反響產(chǎn)物的最高平衡濃度，受熱力學變量的限制，而催化劑對這一限制無能為力，他所能做的，只是加速之一限制下的平衡的到來。編輯ppt催化作用的定義與特征ConceptTextTextTextTextTextText〔5〕催化劑不改變化學反響平衡，意味著對正反響方向有效的催化劑，對反方向也有效。比方鎳、鉑等金屬作為脫氫催化劑，也同時擔任著催化加氫的角色。高溫下，平衡趨于脫氫方向，就是脫氫催化劑；低溫下，平衡趨于加氫方向，那么又成了加氫催化劑。編輯ppt催化體系的分類2.1按催化體系物相的均一性分類催化劑自身以及被催化的反響物，都可以分別是氣體、液體、和固體，這必將帶來催化劑與反響物的多種相間組合方式。但大致可以分為均相催化體系和多相催化體系。1、當催化劑和反響物形成均一相時，這種催化反響成為均相反響。這主要有這樣幾種情況：〔1〕催化劑和反響物均為氣相的氣相均相催化反響。例如SO2氧化為SO3,NO2為催化劑.(2)催化劑和反響物均為液體的液相均相催化反響。例如乙醇和乙酸反響制備乙酸乙酯,可以用濃硫酸為催化劑.編輯ppt催化體系的分類2、當催化劑和反響物處于不同相時,反響成為多相催化反響?！?〕氣固相催化反響：反響物為氣體，催化劑為固體。這種非常多見，常用于固定床和流化床反響器中。例如N2和H2制備合成氨，用熔鐵做催化劑；CO和H2制備甲醇，用銅做催化劑；乙烯氧化制備環(huán)氧乙烷，用銀做催化劑〔2〕液固相催化反響：反響物為液體，催化劑為固體。例如，過氧化氫分解反響可用金做催化劑〔3〕另外，多相催化中也存在催化劑為液體的情況，例如被磷酸催化的烯烴聚合反響。編輯ppt催化體系的分類3、酶催化反響：本身是一種膠體，同時具有均相和非均相的特性。近年來，上述的劃分不是絕對的，出現(xiàn)了以反響區(qū)間的相態(tài)均一性分類。如上述的乙烯制乙醛反響，整體屬于非均相催化反響，但按反響區(qū)屬均相催化反響，因為乙烯與O2溶于催化劑水溶液才能發(fā)生反響。編輯ppt催化體系的分類多相催化反響實例編輯ppt催化體系的分類2.2、化學鍵的分類1、金屬鍵：使用過渡金屬〔如鎳、鈷〕為催化劑的自由基反響2、等極鍵：氧化復原反響中，燃燒過程產(chǎn)生的自由基中便含有等級鍵3、離子鍵：氧化復原反響和一些酸堿反響4、配位鍵：形成配位物的酸堿反響5、金屬鍵：常見于金屬鍵反響編輯ppt催化體系的分類2.3、按元素周期律分類主族元素：多以化合物形式存在，如氧化物、氫氧化物、鹵化物等易形成離子鍵用作酸堿催化劑。但第Ⅳ~Ⅵ主族局部元素，如銦、錫、銻、和鉍氧化物也常用作氧化復原型催化劑。副族元素：無論是金屬單質(zhì)還是化合物，由于易失電子主要用作氧化復原型催化劑，特別是第Ⅷ過渡金屬元素和他的化合物是最主要的催化劑。但副族一些氧化物、鹵化物和鹽也可以用作酸堿催化劑，如Cr2O3、NiSO4、ZnCl2和FeCl3等。編輯ppt催化體系的分類YourTextYourTextYourTextYourText大致把催化劑分為下面幾種情況:1、主族單質(zhì):做為助催化劑進行使用〔例如Na,I2,CI2〕2、主族化合物：酸堿反響〔例如AI2O3,AICI3,BF3,H2SO4,H3PO4,NaOH〕3、過渡元素單質(zhì)：氧化復原反響〔例如Ni，Pt,Fe〕4、過渡元素化合物〔離子態(tài)〕：氧化復原反響，酸堿反響〔例如V2O5,MO3〕編輯ppt催化體系的分類類別功能例子金屬加氫脫氫加氫裂解(氧化)Fe,Ni,Pd,Pt,Ag半導體氧化物和硫化物氧化脫氫脫硫(加氧)Ni,ZnO,MnO2,Cr2O3,Bi2O3-MoO3,WS2絕緣性氧化物脫水AI2O3,SiO2,MgO酸聚合異構(gòu)化裂化烷基化H3PO