第二章催化剂与催化作用

1、第一章第一章 催化作用与催化剂催化作用与催化剂1.1 1.1 催化作用的定义与特征催化作用的定义与特征1.2 1.2 催化反应和催化剂的分类催化反应和催化剂的分类1.3 1.3 固体催化剂的组成与结构固体催化剂的组成与结构1.4 1.4 对工业催化剂的要求对工业催化剂的要求1.1.1催化剂和催化作用的定义催化剂和催化作用的定义催化剂：一种能够与反应物相互作用，催化剂：一种能够与反应物相互作用，加速反加速反应的速率而不改变反应的标准吉布斯自由焓变应的速率而不改变反应的标准吉布斯自由焓变, ,且反应终结时且反应终结时本身保持不变本身保持不变的化学物质。的化学物质。催化作用：指催化剂对化学反应所产生

2、的效应。催化作用：指催化剂对化学反应所产生的效应。催化剂加速化学反应的实例：催化剂加速化学反应的实例：2so2so2 2o o2 2=2so=2so3 3 ( v ( v2 2o o5 5) )n n2 23h3h2 2=2nh=2nh3 3 (fe (fe催化剂）催化剂）1.1.2催化剂的特征催化剂的特征: 1.1.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学无法进行的反应。而不能加速热力学无法进行的反应。2. 2. 催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡位置。变平衡位置。化学平衡是由热力学决定的：化学平衡是

3、由热力学决定的：g - rt1nkp举例：举例：乙苯脱氢制苯乙烯，在乙苯脱氢制苯乙烯，在600600常压、乙苯与水常压、乙苯与水蒸汽摩尔比为蒸汽摩尔比为1 1：9 9时，按平衡常数计算，达到时，按平衡常数计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为平衡后苯乙烯的最大产率为72728 8问题问题1 1：实际工业上催化正反应、逆反应时为：实际工业上催化正反应、逆反应时为什么往往选用不同的催化剂？什么往往选用不同的催化剂？一、对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的一、对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能

4、会产生一些影响。大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。二、对正反应或逆反应在进行中所引起的副反二、对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。化剂性能变化。催化作用改变反应历程而改变反应速度催化作用改变反应历程而改变反应速度反应难以进行使合成氨实现工业生产催化剂改变反应历程意味着催化剂改变反应历程意味着1 1、催化剂参与反应物之间的化学反应、催化剂参与反应物之间的化学反应2 2、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值大大减少。数值大大减少。结果：结果： 催化

5、反应相对常规化学反应发生的条件温和得催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚至常规条件下难以发生的反应，在催化剂多，甚至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工业化生产。参与下实现了工业化生产。问题问题2：请同学们举二个以上的实例？：请同学们举二个以上的实例？3.3.催化剂对加速化学反应具有选择性催化剂对加速化学反应具有选择性 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用反应物反应物 催化剂及反应条件催化剂及反应条件 产物产物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络合物络合物,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合合成汽油成汽油热反应时生成热反应时生成coco2 2比生比生成甲醛的能垒小很多成甲醛的能垒小很多甲醇氧化反应的不同能垒变化示意图催化反应时，生成催化反应时，生成coco和和coco2 2的能垒明显高于生的能垒明显高于生成甲醛的能垒成甲醛的能垒反应产物具有选择性的主要原因反应产物具有选择性的主要原因是由于催化剂

7、可以显著降低主反是由于催化剂可以显著降低主反应的活化能，而副反应活化能的应的活化能，而副反应活化能的降低则不明显降低则不明显ch3oh+o2=co2+2h2och3oh+o2=hcho+2h2o催化剂选择性理解：催化剂选择性理解：1 1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性、不同催化剂对特定的反应体系有选择性（机理选择性）（机理选择性） 2 2、催化剂因催化剂结构不同导致选择性、催化剂因催化剂结构不同导致选择性 （扩散选择性）（扩散选择性）问题3：催化剂的选择性在工业上有何意义？4. 催化剂的寿命催化剂的寿命1.2 1.2 催化反应及催化剂的分类催化反应及催化剂的分类酶催化反应同时酶催化反应同时

8、具有均相和非均具有均相和非均相反应的性质。相反应的性质。非均相催化反应是非均相催化反应是指反应物和催化剂指反应物和催化剂居于不同相态的反居于不同相态的反应。应。均相催化反应是指均相催化反应是指反应物和催化剂居反应物和催化剂居于同一相态中的反于同一相态中的反应。应。按催化反应系统物相的均一性进行分类按催化反应系统物相的均一性进行分类按反应类型进行分类按反应类型进行分类反应类型反应类型常用催化剂常用催化剂加氢加氢ni,pt,pd,cu,nio,mos2,ws2,co(cn)63-脱氢脱氢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卤化卤化alcl3,fecl3,cucl2,hgcl2裂解裂解sio2-al2o3,sio2-mgo,沸石分子筛，活性白土沸石分子筛，活性白土水合水合h2so4,h3po4,hgso4,分子筛，离子交换树脂分子筛，离子交换树脂按反应机理进行分类按反应机理进行分类酸碱型催化反应酸碱型催化反应 酸碱型催化反应的反应机酸碱型催化反应的反应机理可认为是催化剂与反应物分理可认为是催化剂与反应物分子之间通过电子对的授受而配子

10、之间通过电子对的授受而配位，或者发生强烈极化，形成位，或者发生强烈极化，形成离子型活性中间物种进行的催离子型活性中间物种进行的催化反应。化反应。氧化还原型催化反应氧化还原型催化反应 氧化还原型催化反应机理可氧化还原型催化反应机理可认为是催化剂与反应物分子间认为是催化剂与反应物分子间通过单个电子转移，形成活性通过单个电子转移，形成活性中间物种进行催化反应。中间物种进行催化反应。 酸碱型及氧化还原型催化反应比较酸碱型及氧化还原型催化反应比较比较项目比较项目酸碱型催化反应酸碱型催化反应氧化还原型催化反应氧化还原型催化反应催化剂与反应物之催化剂与反应物之间作用间作用电子对的接受或电荷密度电子对的接受或电荷密度的分布发生变化的分布发生变化单个电子转移单个电子转移反应物化学变化反应物化学变化非均裂或极化非均裂或极化均裂均裂生成活性中间物种生成活性中间物种自旋饱和的物种（离子型自旋饱和的物种（离子型物种）物种）自旋不饱和的物种（自自旋不饱和的物种（自由基型物种）由基型物种）催化剂催化剂自旋饱和分子或固体物质自旋饱和分子或固体物质自旋不饱和分子或固体自旋不饱和分子或固体物