催化化学第一章

1、催化化学催化化学催化化学课程进度催化化学课程进度第一章第一章 概论概论第二章第二章 催化剂的吸附作用催化剂的吸附作用第三章第三章 气固多相催化反应动力学基础气固多相催化反应动力学基础第四章第四章 固体催化剂的制备和评价固体催化剂的制备和评价第五章第五章 环境催化环境催化第六章第六章 催化研究中的一些近代实验方法简介催化研究中的一些近代实验方法简介参考书目参考书目v1R.A. van Santen, P.W.N.M. van Leeuwen, J.A. Moulijn, B.A. Averill, Catalysis: An Integrated Approach (2nd edition.),

2、 Elsevier, 1999v2. Charles N. Satterfield 美美 著，庞礼等译，著，庞礼等译，实用多相催化实用多相催化，北京大学出版社，北京大学出版社，1990v3. 吴越，吴越，催化化学催化化学，科学出版社，科学出版社，1998v4. 甄开吉，甄开吉，催化作用基础，催化作用基础，科学出版社，科学出版社，2006第一章第一章 概论概论v1.1 引言引言化学反应体系化学反应体系反应能否进行反应能否进行反应进行快慢如何反应进行快慢如何（化学热力学问题）（化学热力学问题）（化学动力学问题）（化学动力学问题）能能否否进行什么程度进行什么程度平衡位置平衡位置组成如何组成如何不考虑

3、不考虑好的平衡产率好的平衡产率快的反应速度快的反应速度 催化剂是解决催化剂是解决速度问题速度问题。催化作用属于化学动力学的范。催化作用属于化学动力学的范畴，但随着催化科学的发展表明，它所涉及的远不止是化学畴，但随着催化科学的发展表明，它所涉及的远不止是化学动力学和化学动态学的部分内容：比如动力学和化学动态学的部分内容：比如 催化剂的合成与表征催化剂的合成与表征金属多相催化剂金属多相催化剂固态化学固态化学表面与胶体化学表面与胶体化学金属有机化学金属有机化学结构结构纹理组织纹理组织光谱与衍射光谱与衍射反应机理反应机理动力学（宏观水平）动力学（宏观水平）动态学（微观水平）动态学（微观水平）催化剂的合

4、成催化剂的合成催化剂的表征催化剂的表征1.2 有关催化作用和催化剂的含义、概念有关催化作用和催化剂的含义、概念 1.2.1 催化作用催化作用催化发展史催化发展史v 公元前，利用发酵方法酿酒和制醋，这是生物催化剂公元前，利用发酵方法酿酒和制醋，这是生物催化剂（biocctalyst）在古代最主要的利用。制酒、发面等都是利用酵）在古代最主要的利用。制酒、发面等都是利用酵母菌引起的化学变化。母菌引起的化学变化。v 利用生物催化剂始于利用生物催化剂始于18世纪。世纪。v 1740年英国医生年英国医生wand.J，用硫磺和硝石（硝酸钾）制硫酸。，用硫磺和硝石（硝酸钾）制硫酸。v 1781年法国年法国pa

5、rmentier,A.A在研究马铃薯的营养成份和化学成在研究马铃薯的营养成份和化学成份时用硫酸使淀粉转化为糖。份时用硫酸使淀粉转化为糖。v 1782年瑞典著名化学家年瑞典著名化学家scheele.c.w用无机酸促使乙酸和乙醇发用无机酸促使乙酸和乙醇发生酯化作用，制成乙酸乙酯。生酯化作用，制成乙酸乙酯。v 1816年英国著名化学家年英国著名化学家Davy.H继发明矿用安全灯后发现铂能继发明矿用安全灯后发现铂能促进甲烷和醇蒸气在空气中的氧化。促进甲烷和醇蒸气在空气中的氧化。v 1824年意大利的年意大利的Bellani.A识别了氢饱和的铂绵的催识别了氢饱和的铂绵的催化作用，认为是化作用，认为是“吸

6、附吸附”使物质的质量相互接近，因使物质的质量相互接近，因而它们之间容易反应。而它们之间容易反应。v 1831年英国的年英国的Philips.p等发现等发现SO2在空气中氧化时在空气中氧化时可使用铂为催化剂，这是接触法生产硫酸的开始。可使用铂为催化剂，这是接触法生产硫酸的开始。v 1835年年 瑞典的瑞典的Berezelius.j.j首次提出催化作用这个词首次提出催化作用这个词来描述许多各种各样的关于痕量物质对反应速度所起来描述许多各种各样的关于痕量物质对反应速度所起的作用的观察结果。大量事实表明只有某些第三种物的作用的观察结果。大量事实表明只有某些第三种物质存在时，反应才发生，而这第三种物质在

7、整个反应质存在时，反应才发生，而这第三种物质在整个反应过程中没有变化。因此，他们认为这里必定存在着一过程中没有变化。因此，他们认为这里必定存在着一种新的力，虽本质还不清楚，但称为催化力。种新的力，虽本质还不清楚，但称为催化力。催化现象的本质催化现象的本质催化催化促进促进含义含义触媒触媒是催化剂的同义词是催化剂的同义词 1895年年 Ostwald，F.W提出提出“催化现象催化现象”的本质在于的本质在于某些物质具有特别强烈的加速那某些物质具有特别强烈的加速那些没有它们参加时进行得很慢的反应过程的些没有它们参加时进行得很慢的反应过程的性能。性能。 催化剂的几种定义催化剂的几种定义 任何物质，它不参

8、加到反应的最终产物中去，只是改任何物质，它不参加到反应的最终产物中去，只是改变这个反应的速度的即称为催化剂。变这个反应的速度的即称为催化剂。(1885提提Ostwald.F.W) 催化剂能加快化学反应速度，但它本身并不因化学反催化剂能加快化学反应速度，但它本身并不因化学反应的结果而消耗，它也不会改变反应的最终热力学的应的结果而消耗，它也不会改变反应的最终热力学的平衡位置。平衡位置。(1912年，年，Ostwald.F.W) 催化是靠用量较少且本身不消耗的一种叫做催化剂的催化是靠用量较少且本身不消耗的一种叫做催化剂的外加物质来增大化学反应速度的现象。（外加物质来增大化学反应速度的现象。（1976

9、年，国年，国际理论化学和应用化学联合会物化分部的胶体和表面际理论化学和应用化学联合会物化分部的胶体和表面化学委员会。）化学委员会。） 能增加化学反应达到平衡的速度，而在过程中不被消能增加化学反应达到平衡的速度，而在过程中不被消耗的物质。耗的物质。 催化剂参与反应，经过一个化学循环后再生出来。催化剂参与反应，经过一个化学循环后再生出来。催化剂的功能及阐述催化剂的功能及阐述v 只加速热力学可行的反应只加速热力学可行的反应；（换句话来说，；（换句话来说，不能实现热力学不可能的反应。）不能实现热力学不可能的反应。）v 催化剂不影响平衡常数催化剂不影响平衡常数。（换句话来说，影。（换句话来说，影响平衡常

10、数的就是非催化剂。）响平衡常数的就是非催化剂。）v 既然在反应终了时催化剂的化学性质没有改既然在反应终了时催化剂的化学性质没有改变，它显然不会影响反应体系的标准自由能变，它显然不会影响反应体系的标准自由能变化变化G0，因而也不会影响平衡常，因而也不会影响平衡常Ka。 （G0=RTlnKa） 例例1 2HI H2+I2 解离度解离度=0.19 2HI H2+I2 解离度解离度=0.19例例2 C6H6(l)+CO(g)C6H5CHO （a） G=8.63KJ G=18.21KJ 在室温和高于室温的情况下，在室温和高于室温的情况下，G为正值，故此反为正值，故此反应不能进行。应不能进行。350 35

11、0催化剂催化剂298373例例3 将例将例2的反应加入的反应加入AlCl3,苯甲醛能与它形成络合物。苯甲醛能与它形成络合物。G变为负值，使反应能够进行。变为负值，使反应能够进行。 C6H6(l)+CO(g)+ AlCl3(s)C6H5CHOAlCl3(s) G298=1.67kJ (b) AlCl3 的加入使反应得以实现，但它改变了反应的加入使反应得以实现，但它改变了反应体系的标准自由能变化，因而它不能看作是催化剂。体系的标准自由能变化，因而它不能看作是催化剂。 反应反应(b)应被看作是与反应应被看作是与反应(a)不同的新的反应。不同的新的反应。 例例4C6H6+RCl C6H5R+HCl (

12、AlCl3 起催化剂作用起催化剂作用)烷基化反应原本就是自由能下降的过程，加入烷基化反应原本就是自由能下降的过程，加入AlCl3后，后，反应加速了，且催化剂能自动再生。反应加速了，且催化剂能自动再生。K正正与与K逆逆有相同的倍数增加有相同的倍数增加催化剂的作用是加速反应达到平衡，而不改变平衡常数，催化剂的作用是加速反应达到平衡，而不改变平衡常数，则则K正正/K逆逆不变，催化剂在提高正反应速率常数的同时，不变，催化剂在提高正反应速率常数的同时，也必然以相同的倍数提高逆反应的速率常数。但在离也必然以相同的倍数提高逆反应的速率常数。但在离平衡很远的时候，催化剂对正逆方向速率的影响当然平衡很远的时候，

13、催化剂对正逆方向速率的影响当然是不同的。是不同的。 AlCl3但也有例外，比如：但也有例外，比如：CH3CH=CH2+ H2 C3H8 C6H6+3H2 C6H12 为什么，因为此时烃已裂解成碳物质，而使金属失为什么，因为此时烃已裂解成碳物质，而使金属失活。活。 因此，对正方向反应有效的催化剂也应该对逆方因此，对正方向反应有效的催化剂也应该对逆方向反应同样有效。向反应同样有效。改变反应历程改变反应历程在四价铈离子氧化一价铊离子的反应中，二价锰离子就起了催化作在四价铈离子氧化一价铊离子的反应中，二价锰离子就起了催化作用。用。无催化剂时，无催化剂时，2Ce+ +Tl+2Ce+ +Tl+平衡向右移，

14、但平衡向右移，但v慢，因为此反应的发生必须三个带同号电子的离慢，因为此反应的发生必须三个带同号电子的离子相撞，机会很少。子相撞，机会很少。有有Mn+时，时， 由于它可以以二价、三价、四价等不同价态的形成存在，就可以使由于它可以以二价、三价、四价等不同价态的形成存在，就可以使上述反应分阶段进行。上述反应分阶段进行。Ce+Mn+Ce+Mn+Mn+Ce+Mn+Ce+Mn+Tl+Mn+Tl+以上每个步骤都是双分子碰撞，它比三分子碰撞的机会要大得多。以上每个步骤都是双分子碰撞，它比三分子碰撞的机会要大得多。(一般后者是前者的一般后者是前者的10181022倍倍)，这样就使反应速度加快，这样就使反应速度加

15、快，Mn+本本身在反应终了时没有变化。身在反应终了时没有变化。说明加入催化剂改变了反应历程，使反应循着一条更容易进行的途说明加入催化剂改变了反应历程，使反应循着一条更容易进行的途径进行径进行。 降低了反应活化能降低了反应活化能 A+BAB 无催化剂活化能无催化剂活化能E有催化剂有催化剂 K时，时， 第一步：第一步：A+K AK 快快 E1 E2 第二步：第二步：A K+B AB+K 慢慢 E3K1，K2，K3相应的活化能为相应的活化能为E1，E2 ，E3 与各速率常数与各速率常数k1,k2,k3 相应的活化能为相应的活化能为 E1，E2 ，E3总反应速率总反应速率r=r3=k3CAk.CB 由

16、第一步的平衡关系可得：由第一步的平衡关系可得： 将代入得将代入得 K3总反应速率常数：总反应速率常数：将各速率常数以将各速率常数以Arrhenins方程表示：方程表示：即即 将代入得将代入得催化反应总活化能一般催化反应总活化能一般E1,E3都比都比E小得多，所以小得多，所以EE故催化反应降低了活化能，提高了反应速度，本身不因故催化反应降低了活化能，提高了反应速度，本身不因反应结果而消耗，不改变反应的最终热力学的平衡位反应结果而消耗，不改变反应的最终热力学的平衡位置。置。 TEEEkeCAAAkR/ )(231231TEAekR/位能位能EABKE1E2E3AKABKE ABABK最终平衡位置最

17、终平衡位置降低反应催化能，提高反应速度。降低反应催化能，提高反应速度。AK+B催化循环催化循环催化剂参与反应，但经历几个反应组成的一个循环过程催化剂参与反应，但经历几个反应组成的一个循环过程后，催化剂又恢复到始态，而反应物则变成产物，此后，催化剂又恢复到始态，而反应物则变成产物，此循环过程称为催化循环。循环过程称为催化循环。以水煤气变换为例，在催化剂参与下，它的反应历程如以水煤气变换为例，在催化剂参与下，它的反应历程如下：下：H2O+H2+OO+COCO2+ +得得H2O+COH2+ CO2式中式中表示催化剂的活性位（表示催化剂的活性位（active site）*O*H2H2OCO2CO催化剂

18、用量少且不消耗催化剂用量少且不消耗CH4+O2 CO+H2化学方程式与催化剂量无关，反应速度与催化学方程式与催化剂量无关，反应速度与催化剂量成正比。化剂量成正比。参加反应后催化剂会有变化但很微小。参加反应后催化剂会有变化但很微小。原则上催化剂不因参与反应而导致改变，但实原则上催化剂不因参与反应而导致改变，但实际上，参与反应后，催化剂的组成、结构和际上，参与反应后，催化剂的组成、结构和物体上呈线条的花纹组织会发生变化的。定物体上呈线条的花纹组织会发生变化的。定义为催化剂颗粒中空隙空间的详细几何结构。义为催化剂颗粒中空隙空间的详细几何结构。纯金属纯金属表面变粗糙，品格结构也变化。表面变粗糙，品格结

19、构也变化。氧化物氧化物氧和金属原子常常发生变化。氧和金属原子常常发生变化。加速反应但不参加反应者非催化剂加速反应但不参加反应者非催化剂催化剂是参加反应的，有些物质虽然能加速反应，但本催化剂是参加反应的，有些物质虽然能加速反应，但本身不参加反应，就不能视之为催化剂。身不参加反应，就不能视之为催化剂。例：离子之间的反应常常因加入盐而加速，因此盐改变例：离子之间的反应常常因加入盐而加速，因此盐改变了介质的离子强度，但盐本身并未参加反应，故不了介质的离子强度，但盐本身并未参加反应，故不能视之为催化剂。能视之为催化剂。应区分引发剂与催化剂应区分引发剂与催化剂例：苯乙烯聚合中所用的引发剂例：苯乙烯聚合中所

20、用的引发剂二叔丁基过氧化物，二叔丁基过氧化物，它在聚合过程中完全消耗了，所以不能称作催化剂。它在聚合过程中完全消耗了，所以不能称作催化剂。如能降低反应速度的物质称为负催化剂，从它的机如能降低反应速度的物质称为负催化剂，从它的机理看称阻抑剂更为合理。理看称阻抑剂更为合理。 催化剂的组成催化剂的组成根据各组分在催化剂中的作用，可分别叙述如下：根据各组分在催化剂中的作用，可分别叙述如下：主催化剂主催化剂(maincatalyst)起催化作用的根本性物质。起催化作用的根本性物质。 3H2+N 2NH3 (Fe：金属铁丝上有催化活性的，只不过是活性稍低，寿命稍短：金属铁丝上有催化活性的，只不过是活性稍低

21、，寿命稍短而已。反过来如没有而已。反过来如没有Fe，催化剂一点活性都没有，所以，催化剂一点活性都没有，所以Fe在催在催化剂中是主催化剂。化剂中是主催化剂。)共催化剂共催化剂(caocatalyst)能和主催化剂同时起催化作用的组分。能和主催化剂同时起催化作用的组分。 例：在例：在MOO3Al2O3型脱氢催化剂中，单独的型脱氢催化剂中，单独的MOO3和和Al2O3都只有很小的活性，但把两者组合起来，却可利用活性很高的都只有很小的活性，但把两者组合起来，却可利用活性很高的催化剂，所以催化剂，所以MOO3和和Al2O3互为共催化剂。互为共催化剂。助催化剂（助剂）助催化剂（助剂）a.定义：这是催化剂中

22、具有提高主催化剂的活性，选择性、改善催定义：这是催化剂中具有提高主催化剂的活性，选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。换言，化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。换言，加入少量的助剂，可明显达到改进催化剂的催化性能的目的。加入少量的助剂，可明显达到改进催化剂的催化性能的目的。无论有无无论有无K2O和和Al2O3Fe分类分类a.结构助催化剂结构助催化剂：能使催化活性物质粒度变小，表：能使催化活性物质粒度变小，表 面积增大，防止或延缓可因烧结而降低活性。面积增大，防止或延缓可因烧结而降低活性。 b.电子助催化剂电子助催化剂：由于合金化使空的：由于合金化使空的d

23、轨道发生变化，像双助轨道发生变化，像双助合成氨催化剂（合成氨催化剂（FeK2OAl2O3）中的）中的K2O那样，使那样，使Fe 的费的费米能级发生变化，通过改变主催化剂的电子结构而提高活性和米能级发生变化，通过改变主催化剂的电子结构而提高活性和选择性。选择性。 c.品格缺陷助催化剂品格缺陷助催化剂：使活性物质晶面的原子氧化，通过增大：使活性物质晶面的原子氧化，通过增大晶格缺陷浓度提高活性。晶格缺陷浓度提高活性。 d.扩散助催化剂扩散助催化剂：为了扩大催化剂体相中的孔，使细孔内的扩散：为了扩大催化剂体相中的孔，使细孔内的扩散过程不致成为速度控制步骤。加入一些在燃烧时可以分解的有过程不致成为速度控

24、制步骤。加入一些在燃烧时可以分解的有机物或硝酸盐，使催化剂保持一定孔性。机物或硝酸盐，使催化剂保持一定孔性。双功能催化剂双功能催化剂二类活泼部位二类活泼部位一类活泼部位一类活泼部位催化反应的某些步骤催化反应的某些步骤 二类活泼部位二类活泼部位催化反应的另一些步骤催化反应的另一些步骤 如，如，Pt/载体，用它进行正构烷烃的异构化反应（正构烷载体，用它进行正构烷烃的异构化反应（正构烷烃首先脱氢成正构烯烃，再异构化为异构烯烃，异构烯烃烃首先脱氢成正构烯烃，再异构化为异构烯烃，异构烯烃再加氢成异构烷烃，此反应脱氢和加氢步骤是在铂上进行再加氢成异构烷烃，此反应脱氢和加氢步骤是在铂上进行的，而异构化步骤是

25、在酸性的活泼位上进行的）。的，而异构化步骤是在酸性的活泼位上进行的）。正烷烃正烷烃 正烯烃正烯烃 异烯烃异烯烃 异烷烃异烷烃 Pt/载体载体异构化异构化+H多功能催化剂多功能催化剂 纯粹化合物表现出具有多功能性质，如纯粹化合物表现出具有多功能性质，如Cr2O3,MOO2,WS2,即有酸催化活性又有加氢脱氢活性。即有酸催化活性又有加氢脱氢活性。载体载体(support carrier)：这是固体催化剂所持有的组分，：这是固体催化剂所持有的组分，它可以起增大表面积，提高耐热性和机械强度的作用，它可以起增大表面积，提高耐热性和机械强度的作用，有时还能担负共催化剂和助催化剂的角色。与助催化有时还能担负

26、共催化剂和助催化剂的角色。与助催化剂不同的是，载体量大，助剂量少。剂不同的是，载体量大，助剂量少。 1.2.2 催化剂的活性、选择性和寿命催化剂的活性、选择性和寿命1.活性活性(activity) 催化剂的活性是判断其优胜好坏的主要标志，一般可用在某指定催化剂的活性是判断其优胜好坏的主要标志，一般可用在某指定条件下条件下(P,T)一定量催化剂的反应速率来衡量。一定量催化剂的反应速率来衡量。 对一个一般化学反应：对一个一般化学反应： vi是组分是组分Bi的化学计量系数，的化学计量系数， 对产物为正，对反应物为负。对产物为正，对反应物为负。反应程度反应程度(extent of reaction)定

27、义为：定义为：d=dnBi表示组分表示组分Bi的变化量，用的变化量，用mol表示表示0iiiBvBdnvi1反应速率反应速率(rate of reaction)，定义为反应程度增加的速率。，定义为反应程度增加的速率。 (Bi的生成或消耗速率的生成或消耗速率)在催化反应体系中：如非催化反应的速率可忽略。在催化反应体系中：如非催化反应的速率可忽略。催化反应的速率可定义为：催化反应的速率可定义为：(Q为催化剂的量为催化剂的量)(m为催化剂的质量为催化剂的质量)(specific rate of reaction)反应的比速率反应的比速率 (v为催化剂的体积为催化剂的体积)(A为催化剂的表面积为催化剂

28、的表面积)(areal rate of reaction)单位表面积的反应速率单位表面积的反应速率 dtdnBvdtdii1/dtdQv1mvvm1dtdvvv12dtdAvva1dtd活性位（活性位（Active Site）Ru Rh Pd Pt Ni 钌钌 铑铑 钯钯 铂铂 镍镍容易失活而积碳镍镍容易失活而积碳定义：能使催化剂起催化作用的位置，叫做催化剂的活性位。定义：能使催化剂起催化作用的位置，叫做催化剂的活性位。不同的催化剂有不同的活性位，它可以是离子、质子、配位络合不同的催化剂有不同的活性位，它可以是离子、质子、配位络合物、表面原子簇物、表面原子簇(cluster)、蛋白质上的胶束囊

29、、蛋白质上的胶束囊(supermolecular pocket)。有些文献上用。有些文献上用表示在固体催化剂上反应物或中间物表示在固体催化剂上反应物或中间物所吸附在它上面。比如：所吸附在它上面。比如：Ra,Ru,Pt,Ni的活性位是零价。（相对的活性位是零价。（相对POM反应）反应）活性的表示方法活性的表示方法a转换频率转换频率(turnover frequency)在恒在恒T，P，反应物比率及一定的反应程度下，单位时间内单位活，反应物比率及一定的反应程度下，单位时间内单位活性位上发生的过程次数来表征活性。这个数值称为转化频率。性位上发生的过程次数来表征活性。这个数值称为转化频率。 b单程转化

30、率单程转化率 100%c空间产量空间产量(Space Time Yield) 单位时间单位体积催化剂所生产的目的产物量单位时间单位体积催化剂所生产的目的产物量起始的反应物发生了反应的反应量优点：直观、简单优点：直观、简单 缺点：为什么，缺点：为什么， 这不仅与这不仅与v反应速度有关，而且与操反应速度有关，而且与操作条件有关，如作条件有关，如h-1， t停留时间停留时间，转化率，转化率，但有，但有时时S，有时，有时S。 、Svtm目的 d与活性有关的几个概念与活性有关的几个概念1.空速空速(space velocity)单位体积的催化剂送进某一反应物的速率，或者，单位时间（小时）单位体积的催化剂

31、送进某一反应物的速率，或者，单位时间（小时）单位体积所流过的反应物气体体积毫升数。单位体积所流过的反应物气体体积毫升数。2.流速流速定义：单位时间所流过催化剂床层的体积数。定义：单位时间所流过催化剂床层的体积数。3.空速与流速的关系空速与流速的关系流速不随催化剂体积的变化而变化。流速不随催化剂体积的变化而变化。空速是随着催化剂体积的变化而变化的。空速是随着催化剂体积的变化而变化的。例：当流速是例：当流速是1000ml/小时，分别通过催化剂的体积是小时，分别通过催化剂的体积是5ml和和1ml，问这时两种情况的空速是多少？问这时两种情况的空速是多少？解：当流过解：当流过1ml催化剂时，流速和空速相

32、等，催化剂时，流速和空速相等， 当流过当流过5ml催化剂时，流速是催化剂时，流速是1000ml/小时，小时， 空速是空速是1hhVVs空速1200511000hmlmlV小时选择性选择性2.选择性选择性术语由来：因为催化剂的作用不但能加速热力学上可术语由来：因为催化剂的作用不但能加速热力学上可能但速度较慢的反应，而且更主要的是催化剂能使反能但速度较慢的反应，而且更主要的是催化剂能使反应按一定的方向进行，根据方向就可以选择了。应按一定的方向进行，根据方向就可以选择了。定义：当某反应物在一定的条件下可以按照热力学上定义：当某反应物在一定的条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用一定的催

33、化剂就可几个可能的方向进行反应时，使用一定的催化剂就可以使其中的某一个方向发生强烈的加速作用，以使其中的某一个方向发生强烈的加速作用， 这种专门对某一个化学反应起加速作用的性能称为催这种专门对某一个化学反应起加速作用的性能称为催化剂的选择性。化剂的选择性。选择性的值：选择性的值： 一种产物的选择性值一种产物的选择性值1，一个反应所有产物的选择，一个反应所有产物的选择性之和等于性之和等于1。选择性计算选择性计算 CH4+ O2CO+H2a.CH4转化率转化率(conversion)的计算的计算 b其中其中f1指指CO的相对校正因子，的相对校正因子，f2指指CO2的相对校正因子的相对校正因子 21

34、的峰（最后一个）可以用峰的面积，标样分钟剩下的面积）标剩(87(14xxCCH2211COfCOfCOfCO生生生的选择性221222COfCOfCOfCO生生生的选择性相对校正因子计算相对校正因子计算用相同量的气体进样，有不同体积的峰出现，为了使它用相同量的气体进样，有不同体积的峰出现，为了使它（各种气体）成比例，要选择一种气体当作（各种气体）成比例，要选择一种气体当作1（一般（一般把把CH4当作当作1）换句话说：换句话说：比比CH4体积大，体积大，f13.寿命寿命定义定义1：指催化剂从开始使用至它的活性下降到在生产：指催化剂从开始使用至它的活性下降到在生产中不能再用的程度所经历时间。中不能

35、再用的程度所经历时间。定义定义2：达到催化剂（或反应器）所能承受的最高程度：达到催化剂（或反应器）所能承受的最高程度所经历的时间。所经历的时间。其它一种气体量气体）量(4CHf 寿命曲线图寿命曲线图活性活性时间时间衰老期衰老期稳定期稳定期活性不变活性不变成熟期成熟期预处理预处理4.评价催化剂的三要素及其重要性的顺序是：评价催化剂的三要素及其重要性的顺序是：选择性选择性寿命寿命活性活性选择性大：产量多；可以减少生产中用于产物分离提纯选择性大：产量多；可以减少生产中用于产物分离提纯和副产物处理的费用；寿命长：再生次数少，简化了和副产物处理的费用；寿命长：再生次数少，简化了设备配置，提高生产力。在长

36、期运转中，用一个贵的设备配置，提高生产力。在长期运转中，用一个贵的但能用得很久的催化剂要比一个便宜的但需经常更换但能用得很久的催化剂要比一个便宜的但需经常更换的催化剂往往更经济。的催化剂往往更经济。 1.3 催化体系的分类：催化体系的分类：1.按催化反应体系物相的均一性分类按催化反应体系物相的均一性分类 均相催化（均相催化（homogeneous catalysis）a.定义：所有反应物和催化剂分子分散在一个相中定义：所有反应物和催化剂分子分散在一个相中b.实例：实例：SO2（g）+1/2O2(g) SO3(g) )(gxNOCH3COOH(l)+C2H5OH(l) )(42lSOHCH3CO

37、OC2H5(l)均相催化均相催化专指配位催化专指配位催化 所指催化剂是所指催化剂是“可溶性有机金属化合物可溶性有机金属化合物” 活性中心活性中心有机金属分子有机金属分子 c.接触物种：反应物与催化剂是分子接触物种：反应物与催化剂是分子分子（分子分子（分子离子）间的接触，一离子）间的接触，一般情况下，质量传递过程在动力学上不占重要地位。般情况下，质量传递过程在动力学上不占重要地位。多相催化多相催化（heterogeneous catalysis）催化剂与反应物处于不同的相、催化剂和反应物有相界面将其隔开。催化剂与反应物处于不同的相、催化剂和反应物有相界面将其隔开。涉及反应物从气相（或液相）向固体催化剂表面的传质过程。涉及反应物从气相（或液相）向固体催化剂表面的传质过程。有单独的催化剂物相，界面现象成为重要的。扩散、吸收、吸有单独的催化剂物相，界面现象成为重要的。扩散、吸收、吸