催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识
催化剂工程.1.2.3.章
(a) 耐热稳定性：一种良好的催化剂，应能在高温苛刻的反应 条件下长期具有一定水平的催化性能。这就要求催化剂在剧 烈放热或吸热的反应过程中有良好的导热性能：有较高的
Pt Fe Cu-Cr Fe-Co-Ni Si-Al Pt/Al2O3 过氧化物 Ziegler-N Zeolit Bi-Mo Cu-Zn-Al Pt-Pd ZSM-5 甲基铝氧烷
8
1.2 催化过程有关文献
涉及催化过程方面的文献浩如烟海，本节只是列举一些重 要的文献以帮助读者掌握催化方面的主要动向。所列文献目录 不仅限于学科本身，也涉及到工程技术和专利。在催化剂制备 方面，大量的化学技术蕴藏在专利之中，我们必须经常注意这 个领域的进展。 本课程的主要参考文献： 一、 重要学科性期刊： 1. Journal of Catalysis; 2. Applied Catalysis; 3. Catalysis today; 4. Catalysis Review; 5. Reaction kinetics and catalysis letters; 6. journal of molecular catalysis; 7: Surface Science 1: 催化学报; 2: 燃料化学学报; 3; 分子催化; 4: 物理化学; 5: 应用化学 6；石油学报； 二、 重要技术工程期刊
14
所有的孔道都看成是圆柱形的孔，并假定其平均长度为 L，平 均半径为r. (12) 催化剂中毒：催化剂在使用过程中，如果其活性的衰退是由 于反应介质中存在少量杂质，或是由于催化剂在制备时夹杂 有少量杂质而引起的，则称为催化剂的中毒。
催化化学。。。。(DOC)
第一章催化简史1、催化剂这一概念历史上最早是由哪个国家的哪位科学家于何年何刊物中正式提出的？答：1836年，瑞典科学家贝采利乌斯（J.J.Berzelius）在《物理学与化学年鉴》中首次提出“催化剂”这一概念。
2、催化剂的本质是什么？它最早由哪个国家的哪位科学家于何年提出？答：催化剂的本质是降低化学反应的活化能，把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应。
在这两个反应中，第一个反应中催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反应前后没有变化。
3、工业合成氨催化剂的主要成分有哪些？历史上由于合成氨催化剂和工业化研究而获得诺贝尔化学奖的科学家是哪个国家的哪两位？答：工业合成氨催化剂为铁触媒，其主要成分为Fe、Al2O3、K2O，由于合成氨催化剂和工业化研究，德国科学家哈伯（F.Haber）获得1919年诺贝尔化学奖，博什（C.Bosch）获得1931年诺贝尔化学工程、高压设备奖。
4、合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由谁最早发明的？其主要组成为何？答：合成高压低密度聚乙烯的催化剂历史上是由德国科学家齐格勒（K.Ziegler）最早发明的，其主要组成为四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al(C2H5)3]。
5、历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是哪个国家的哪位科学家。
他所发明的聚丙烯催化剂的组成为何？答：历史上最早模仿合成高压低密度聚乙烯的催化剂而发明聚丙烯合成催化剂的是意大利科学家纳塔（G.Natta），他所发明的聚丙烯催化剂的组成为三氯化钛-三乙基铝[TiCl3-Al(C2H5)3]。
第二章催化剂与催化作用1、什么是催化剂？什么是催化作用？催化作用的本质是什么？催化作用的特征主要有哪四个方面？答：催化剂是这样一种物质，由于它的存在，使化学反应趋于平衡的速度大大加快了，而它本身的组成、数量在反应前后没有发生变化。
催化原理
Fsw第一章1催化剂和催化作用催化剂：是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质催化作用：是指催化剂对化学反应所施加的作用。
具体地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
2催化剂性能指标：催化活性、选择性、产物收率、稳定性或寿命第二章1.吸附现象：当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相．这种现象称为吸附现象。
被吸附的气体称为吸附质。
吸附气体的固体称为吸附剂。
吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变，这样的状态。
2..3.化学吸附态：是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。
4.画出Langmuir等温线，Langmuir的假设：1、吸附的表面是均匀的，各吸附中心的能量同构；2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；3、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，吸附是单分子层的；4、在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从而达到吸附平衡。
Langmuir吸附等温式：第三章1.比表面积：每克催化剂上具有的表面积称为比表面积2.BET理论的假设:1、吸附的表面是均匀的；2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；3、多层吸附，各层间吸附与脱附建立动态平衡。
3.比孔容：每克催化剂颗粒内所有的体积总和称为比孔体积，或比孔容，以Vg表示。
4.孔隙率：催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比，以θ表示。
5.中孔：中孔，指半径在(2—50)nm。
6.接触角：在液体和固体接触处，分别作液体表面和固体表面的切线，这两条切线在液体内的夹角称为接触角。
（会画）第四章1.多相催化反应过程分析:(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；(2)反应物分子在催化剂表面上吸附；(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；(4)反应产物自催化剂表面脱附；(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
催化原理-第一章(3) 催化作用与催化剂
500℃ 常压 500℃ 常压
无催化剂 Fe催化剂
334.6 kJ/ mol 70 kJ/ mol
大型合成氨厂： 压力： 20 ~ 35 MPa 温度： 400 ~ 500 ℃ 催化剂： Fe / K / CaO / Al2O3
实验结果
非催化和催化反应的活化能（kJ/mol） 反 应
2HI = I2 + H2 2N2O = 2N2 + O2
选择性与自由能 ?
催化剂选择性与Kp大小无关
C2H4 + ½ O2
Ag
CH2 --- CH2 O
Kp = 1.6×106
C2H4 + ½ O2
C2H4 + 3 O2
PdCl2--CuCl2
CH3CHO
2CO2 + 2H2O
Kp = 6.3×1013
Kp = 4.0×10120
自由能降低最大的反应是否先进行?
5、催化剂对反应具有选择性
例: 乙醇转化
Cu 200~250℃ Al2O3 or ThO2 350~380℃ Al2O3
CH3CHO + H2
C2H4 + H2O
(C2H5)2 O+ H2O
CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2 CH3COOCH2C2H5 + 2H2 乙酸丙酯
C2H5OH
×100%
k1k3 r Ck C ACB k2
总的反应速率常数
k1k3 k Ck k2
E / RT
将各速率常数以Arrhenius方程表示
k Ae
A2
代入上式得： k A1 A3 C e ( E1 E 3 E 2) / RT K
工业催化原理,第1章 催化剂与催化作用基本知识
问题3：催化剂的选择性在工业上有何意义？
1 2 3 4 5
催化作用的特征 催化反应和催化剂的分类 固体催化剂的组成与结构 催化剂的反应性性能及对工业催 化剂的要求 多相催化反应体系的分析
1.2.1催化反应分类
按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相（又称多 相）催化反应
酶催化反应
均相催化反应是指 反应物和催化剂居 于同一相态中的反 应。
CO+H2
Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～ 3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
Ni, 473～573K, 1.0133×105Pa Co,Ni, 473K, 1.0133×105Pa
甲烷 和成汽油
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
热反应时生成CO2比生 成甲醛的能垒小很多
聚合
卤化 裂解
CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3
AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛，活性白土
水合
H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛，离子交换树脂
烷基化，异构化 H3PO4/硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛
问题2：请同学们举二个以上的实例？
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作 用
反应物 催化剂及反应条件 Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
产物 乙醇 甲醇 乙二醇 二甲醚
催化剂基础详解
第一章 绪论
1.1.1催化作用的意义
合成氨
• N2+3H2→3NH3 • 催化剂：Fe-Al2O3-K2O • 每吨催化剂可产2万吨氨
• N2来源：空气分离 • H2来源: 烃类水蒸气转化法。 • 工艺（涉及反应）：加氢、脱硫、转化、
变换、甲烷化、氨合成。需用八种不同
催化剂
第一章 绪论
1.1.1催化作用的意义
氧化还原型反应：催化剂与反应物通过单个电 子转移，形成活性中间体物种进行的催化反应。
催化剂的分类
按催化剂的元素及化合态分类 金属、金属氧(硫)化物、金属有机化合物 按催化剂的导电性及化学形态 导体、半导体、绝缘体 按行业类别分类 石油炼制工业、化肥工业、环境保护等
催化剂的反应性能
物进料总量的百分比 产率＝转化率×选择性
催化剂的稳定性
使用寿命：指催化剂在一定反应条件下 维持一定反应活性和选择 性的使用时间。
a
催
化b
稳定期
衰
剂
老
活成
期
性
熟 期
催化剂的稳定性
化学稳定性 耐热稳定性 抗毒稳定性 机械稳定性
对工业催化剂的要求
适宜的活性 高选择性
活性和选择性的取舍 长寿命
石油
第一章 绪论
煤
1.1.1催化作用的意义
第一章 绪论
天然气
1.1.1催化作用的意义
催化剂的定义与特征
催化剂的定义
能改变化学反应的速度 不改变化学反应的热力学平衡位置 本身在化学反应中不被明显地消耗
催化剂的特征 只能改变热力学上可进行的化学反应
只改变化学反应的速度，而不改变化学平衡的 位置。
工业催化-第一章催化剂与催化作用-研07
2020/6/3
springer
• Catalysis Letters including heterogeneous, homogeneous and enzymatic catalysis ( IF 2019:1.904 2019: 2.088 2019: 1.772)
2.547 2019: 2.321)
2020/6/3
国内催化期刊
• 催化学报 （SCIE收录) • 分子催化 • 工业催化
2020/6/3
工业催化在现代化学工业中பைடு நூலகம்作用
• 现代化学工业的许多过程，都或多或少地与催 化剂使用有关， 90％以上的化工产品，是借 助催化剂生产出来的。
– 无机化工领域的合成氨、硝酸、硫酸等的生产 – 石油加工领域的催化裂化、催化重整等 – 有机化工原料中的甲醇、醋酸、丙酮等的生产 – 煤化工中的催化液化与气化 – 高分子化工中的聚合物材料的生产等 – 药物、精细化学品生产的大多数过程需催化剂参与
• 表彰他们在更好地控制化学反应方面所作出的贡献
• 美国的威廉·诺尔斯（William S. Knowles， USA ) 、日本的野 依良治（Ryoji Noyori ，Japan) for their work on chirally catalysed hydrogenation reactions表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所 作出的贡献
• Reaction Kinetics and Catalysis Letters related to heterogeneous, homogeneous reaction kinetics and catalysis ( IF 2019: 0.67, 2019: 0.514)
催化原理重点知识点总结
催化重点知识点一、概述催化剂定义描述：在反应体系中，若存在某一种类物质，可使反应速率明显变化（增加或减少），而本身的化学性质和数量在反应前后基本保持不变，这种物质称为催化剂。
催化剂可以是正催化剂，也可以是负催化剂。
催化剂的组成：主体，载体，其他。
主体分为主催化剂、共催化剂、助催化剂。
助催化剂分为结构助催化剂、电子助催化剂、晶格缺陷助催化剂、扩散助催化剂。
主催化剂：起催化作用的根本性物质。
没有它不存在催化作用。
共催化剂：催化剂中含有两种单独存在时都具有催化活性的物质，但各自的催化活性大小不同，活性大的为主催化剂，活性小的为共催化剂。
两者组合可提高催化活性。
助催化剂：是催化剂中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、寿命等性能的组分。
催化反应：有催化剂参与的反应。
催化反应的分类：通常根据体系中催化剂和反应物的“相”分类；也可根据反应中反应分子间电子传递情况分类。
催化反应分为：均相催化反应，多相催化反应，酸碱反应，氧化还原反应。
均相催化反应：催化剂和反应物形成均一的相，可以是气相、液相。
多相催化反应：催化剂和反应物处于不同相，催化剂通常均为固体。
可分为气固、液固。
酸碱反应：在反应中发生电子对转移的称为酸－碱反应。
氧化还原反应：在反应中发生一个电子转移的称为氧化－还原反应。
催化特征：1催化是一种知识，是一种关于加快化学反应发生的“捷径”的知识。
2催化不能改变化学反应热力学平衡, 但促使热力学可自发发生的反应尽快发生，尽快达到化学平衡。
3催化是选择性的，往往要在一系列平行反应中特别地让其中一种反应尽快发生，尽速达到平衡。
如果可能，它还要同时抑制其它反应的进行。
四、如果热力学允许，催化对可逆反应的两个方向都是有效的。
催化的本质：在催化剂作用下，以较低活化能实现的自发化学反应被称为催化反应。
催化剂是一种中介物质，它提供了改变活化能的路径从而加快了反应速率(或降低了反应温度)，但其自身最终并没有被消耗。
工业催化知识点
1.什么是催化作用？催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。
这种作用称为催化作用。
2.催化作用的四个基本特征(1)催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
(2)催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数）。
(3)催化剂对反应具有选择性。
(4)催化剂的寿命。
3.催化剂有三种重要的催化指标：活性、选择性和稳定性。
4.催化剂的组成活性组分、载体、助催化剂。
5.什么是负载型催化剂将活性组分、助催化剂组分负载于载体上所制得的催化剂，称为负载型催化剂。
6.载体的种类载体的种类很多，可以是天然的，也可以是人工合成的。
可将载体划分为低比表面积和高比表面积两大类。
7.助催化剂按作用机理的不同一般区分为结构型和电子型两类。
8.载体的功能载体的功能主要有：（1）提供有效的表面和适宜的孔结构（2）增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定的形状（3）改进催化剂的传导性（4）减少活性组分的含量（5）提供附加的活性中心（6）活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用9.一种良好的工业实用催化剂，应该具有三方面的基本要求：即活性、选择性和稳定性或者说寿命。
10.活性的表达(1)给定温度下完成原料的转化率;(2)温度(3)空速(4)时空收率11.工业催化剂的稳定性，包括热稳定性、化学稳定性和机械稳定性三方面。
12.均相催化是指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其他组分形成均匀物相的催化反应体系。
均相催化常用于液相反应。
13.多相催化的反应步骤(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；(2)反应物分子在催化剂表面上吸附；(3)吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；(4)反应产物自催化剂内表面脱附；(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
上述步骤中的第(1)和(5)为反应物、产物的扩散过程。
从气流层经过滞流层向催化剂颗粒表面的扩散或其反方向的扩散，称为外扩散。
第一章_(总)催化剂与催化作用基础知识
(活性组分)
基质 （载体）
•催化材料本身就是催化剂
粘结剂
催化剂 •新催化材料引导催化技术的突破性进展！
催化剂实验室发现与商业化应用
固体催化剂的组成
–主催化剂 –共催化剂 –助催化剂 –载体
主催化剂
主催化剂又称为活性组分，它是多组元催化剂中的 主体，是必须具备的组分，没有它就缺乏所需要的 催化作用。 例如，加氢常用的Ni／Al2O3催化剂，其中Ni为主 催化剂，没有Ni就不能进行加氢反应。 有些主催化剂是由几种物质组成，但其功能有所不 同，缺少其中之一就不能完成所要进行的催化反应。 如重整反应所使用的Pt／Al2O3催化剂，Pt和 Al2O3均为主催化剂，缺少其中任一组分都不能进 行重整反应。这种多活性组分使催化剂具有多种催 化功能，所以又称之为双功能(多功能)催化剂。
催化剂分类
按元素周期律分类： 金属催化剂（Ni, Fe, Cu, Pt, Pd…等过渡金属 或贵金属) 金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂(多为 半导体) TiO2、 La2O3、CeO2、MoO3、 MoS 等 酸碱催化剂（ SiO2-A12O3、WO3/ZrO2、各类 分子筛等 ） 金属配合物催化剂（MLn) 双功能催化剂（Pt/SiO2-A12O3； Pt（Pd)/分子 筛；MgO-SiO2 ）
能否打破热力学平衡？ 答案是肯定的！利用催化膜技术是未来的希望
催化剂不能改变平衡位置 -实例（2）
催化剂不能改变平衡位置 -实例（3）
催化作用通过改变反应历程 而改变反应速度
催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程， 降低反应活化能得以实现的。 有少数反应不是通过改变反应活化能加速化学 反应的，而是通过改变指前因子加速化学反应 （提高碰撞次数）。例如甲酸分解反应，用玻 璃和铑二种催化剂的反应活化能分别为 102.4kJ/mol和104.5kJ/mol，二者极其接 近，然而铑为催化剂的分解速率是玻璃的一万 倍。
催化剂与催化作用总复习
调变型助催化剂 扩散型助催化剂
毒化型助催化剂
8
载体功能
载体
分散作用 稳定化作用 支撑作用 传热和稀释作用 助催化作用
9
1.4.1 催化剂的反应性能
催化剂的活性 催化剂的选择性
催化剂的稳定性
10
催化剂的活性
1
反应速率表示法
dnA dnP [m ol g 1 h 1 ] m dt m dt dnA dnP rV [m ol L1 h 1 ] Vdt Vdt dnA dnP rS [m ol m 2 h 1 ] Sdt Sdt rV rm S g rS rm
金属元素 Fe Co Ni Cr /eV 4.48 4.41 4.61 4.60 金属元素 Cu Mo Rh Pd /eV 4.10 4.20 4.48 4.55 金属元素 Ag W W Ta ReBa Pt Sr /eV 4.80 4.53 5.10 5.32
1
p 1 C 1 p V ( P0 P ) V m C Vm C p0
C 1 1 斜率 截距 Vm C Vm C Vm
比表面积：
Vm Sg N Am V m o lW
25
第三章
酸碱催化剂及其作用
26
3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成
3.2.1 酸碱定义(Definition of Acids and Base)
6
1.3 固体催化剂的组成与结构
主催化剂
main catalyst
又称活性组分 催化剂的主要成分
共催化剂
同时起催化作用，缺一不可
结构型助催化剂 调变型助催化剂 扩散型助催化剂
固体催化剂
第1章_催化剂与催化作用基本知识fxc
2N2O 2N2 + O2
(C2H5)2O热解 224
121 134 144
1.2.1催化作用
6、催化作用体现的两个方面
（1）在给定温度下提高反应速率 （2）降低达到给定速率所需的温度 总之：降低反应温度，提高反应速率
log k Catalyzed
Non-catalyzed 1/T
非催化反应和催化反应的Arrhenius图
• 最早的催化－Biocatalysis：中国，公元前，发酵－ 酿酒、制醋、酱和酱油制做、馒头和面包制做等 • 非生物催化 －1740年，英国，Ward，硝酸钾促进硫磺的燃烧反应 －1781年，法国，Parmentier，硫酸促进淀粉水解 －1816年，英国，Davy，铂促进甲烷和醇的氧化反应 －1820年，德国，Dobereiner，铂粉促进氢气和氧气 的化合 特点：只是有意识地应用了催化作用，并不知道催化作 用，并未提出“催化”
F）达到某一转化率所需的最低反应温度: 最低反应温度数 值大的，表明催化剂的活性低，反之亦然。
1.2.2催化剂的重要性质
1、催化剂的活性
催化剂活性的工业表示方法：
已转化的反应物量 C C 100% 0 100% 反应物进料量 C0
转化率
1.2.2催化剂的重要性质
（2）活性位，Active site 催化剂中真正起催化作用的结构或位置。 如：质子，配位络合物，表面原子簇 （cluster)，蛋白质中的胶束囊 （supermolecular pocket)。 固体催化剂：表面配位不饱和的原子或原子簇。
1.2.1催化作用
3、催化作用与催化剂的定义
IUPAC -International Union of Pure and Applied Chemistry 1976年： 催化是靠用量较少且本身不消耗的一种叫作催化剂的 外加物质来增大化学反应速度的现象。
催化作用与催化剂
活性组分的分类
1.2 催化剂的组成与载体的功能
• 1.2.1 催化剂的组成 • 2）载体 • 载体是催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体， 是负载活性组分的骨架。将活性组分、助催化剂 组分负载于载体上所制得的催化剂，称为负载型 催化剂。 • 高比表面载体：S>100、孔径<1000nm • 低比表面载体：高温反应和强放热反应 • 载体不仅关系到催化剂的活性、选择性，还关系 到它们的热稳定性和机械强度，关系到催化过程 的传递特性，故在筛选和制造优良的工业催化剂 时，需要弄清载体的物理性质和它的功能。
1.4 均相催化剂的特征
• • • • 1.4.3 络合均相催化的工业应用案例 1）烯烃的氢甲酰化反应 2）甲醇羰化合成乙酸 3）乙烯直接氧化制取乙醛
常用载体的类型
1.2 催化剂的组成与载体的功能
• 1.2.1 催化剂的组成 • 3）助催化剂 • 助催化剂是加到催化剂中的少量物质，是催化剂 的辅助成分，其本身没有活性或者活性很小，但 把它加到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组 成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、 表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等，从 而提高催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命。 助催化剂的功效往往很大，同一种活性组分加入 不同的添加物，其效应不同，而且助催化剂的含 量效应常比载体的含量效应敏感得多。
1.3 对工业催化剂的要求
• 1.3.1 活性和选择性指标
1.3 对工业催化剂的要求
• 1.3.2 稳定性和寿命指标 • 催化剂的稳定性，是指他的活性和选择性随时间 变化的情况。 • 工业催化剂的稳定性，包括热稳定性、化学稳定 性和机械强度稳定性三个方面。 • 催化剂的寿命，是指在工业生产条件下，催化剂 的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的 允许使用时间；也可以是指活性下降后经再生活 性又恢复的累计使用时间。 • 工业催化剂除上述三方面的基本要求外，还有从 生产角度提出的一些要求，如粒度大小和外形， 导热性能和自身的比热，制造工艺与重现性、再 生性等。
最新工业催化原理—作业汇总（含答案）
最新⼯业催化原理—作业汇总（含答案）第⼀章催化剂与催化作⽤基本知识1、简述催化剂的三个基本特征。
答：①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值，只能加速⼀个热⼒学上允许的化学反应达到化学平衡状态⽽不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低反应活化能得以实现的；③催化剂对加速反应具有选择性。
2、1-丁烯氧化脱氢制丁⼆烯所⽤催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物，反应由下列各步组成（1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2-→CH2=CH-CH=CH2+2Mo5++H20（2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+（3）2Bi2++1/202→2Bi3++02-总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20试画出催化循环图。
CH3-CH22Bi3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O3和K20，解释催化剂各组成部分的作⽤。
答：Fe3O4：主催化剂，催化剂的主要组成，起催化作⽤的根本性物质Al2O3：构型助催化剂，减缓微晶增长速度，使催化剂寿命长达数年K20：调变型助催化剂，使铁催化剂逸出功降低，使其活性提⾼第⼆章催化剂的表⾯吸附和孔内扩散1、若混合⽓体A和B2在表⾯上发⽣竞争吸附，其中A为单活性吸附，B2为解离吸附：A+B2+3*→A*+2B*,A 和B2的⽓相分压分别为p A和p B。
吸附平衡常数为k A和k B。
求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB。
解：对于⽓体A：吸附速率v aA=k aA P A(1—θA—θB) ；脱附速率v dA=k dAθA平衡时：v aA=v dA，即θA=（k aA/k dA）P A（1—θA—θB）=k A·k B（1—θA—θB）对于⽓体B：吸附速率v aB=k aB P B(1—θA—θB)2；脱附速率v dB=k dBθB2平衡时：v aB=v dB ，即θB2= k B P B(1—θA—θB)2。
催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应物 CO+H2
催化剂及反应条件 Rh/Pt/SiO2，573K，7×106 Pa Cu-Zn-O，Zn-Cr-O，573K， 1.0133×107 ～2.0266×107 Pa Rh络合物，473～563K， 5.0665×107～3.0399×108 Pa Cu，Zn，493K，3×106 Pa Ni，473～573K，1.0133×105 Pa Co，Ni，473K，1.0133×105 Pa
产物 乙醇 甲醇
乙二醇
二甲醚 甲烷
合成汽油
催化剂为什么能促使某一反应向特定产物方向进行? ➢ 催化剂在多个可能同时进行的反应中，使生成特定产物的反应活化能降低程度远远大于其他
反应活化能的变化，使反应容易向生成特定产物的方向进行。
例：甲醇氧化反应
甲醇部分氧化：
C H 3 O H + 1 2 O 2
酶催化反应： 催化剂酶本身是一种胶体，可以均匀地分散在水溶液中，对液相反应物而言可认为是均相催
化反应。但是在反应时反应物却需在酶催化剂表面上进行积聚，由此而言可认为是非均相催化反 应。因此，酶催化反应同时具有均相和非均相反应的性质。
按反应类型进行分类 ——根据催化反应所进行的化学反应类型分类。如加氢反应，氧化反应，裂解反应等。 同一类型的化学反应具有一定共性，催化剂的作用也具有某些相似之处，这就有可能用一种 反应的催化剂来催化同类型的另一反应。
➢ 一类为初级粒子，其尺寸多为埃级（10-10m），其内部为紧密结合的原始粒子; ➢ 另一类为次级粒子，大小为微米级（10-6m），是由初级粒子以较弱的附着力聚集而成的。
催化剂颗粒是由次级粒子构成的（毫米级，10-3 m）
催化
HR-TEM of ZSM-5
双功能催化剂(dual-function catalysts)在催化重整和异构 双功能催化剂 在催化重整和异构 中的应用 双功能催化剂组成：分散在酸性载体上的过渡金属 过渡金属：催化加氢-脱氢 酸性载体：异构化
Pt/Al2O3 dual-function catalyst MCP: methylcyclopentane He: n-hexane i-He: isohexane CH: cyclopentane CHde: cyclohexadiene B: benzene
加氢脱硫/加氢脱氮 加氢脱硫 加氢脱氮: Co/MoS2, Ni/WS2 supported on Al2O3; 加氢脱氮 氢源技术: 氢源技术 catalytic hydrocarbon reforming & catalytic steam-reforming 烃类的选择脱氢/选择氧化 烃类的选择脱氢 选择氧化 烯烃的歧化反应 烯烃的聚合反应: 烯烃的聚合反应 Ziegler-Natta 催化剂(TiCl3/MgCl2)
第一章 绪论
一、催化科学的重要性 催化(catalysis)：催化科学，催化技术和催化作用。 催化科学：研究催化作用的原理 催化技术：催化作用原理的具体应用 催化技术是现代化学工业，环境保护的支柱。 “The economic contribution of catalysis is as remarkable as the phenomenon itself. Approximately one third of material gross national p r o d u c t i n t h e US i n v o l v e s a c a t a l y t i c p r o c e s s somewhere in the production chain. Confining analysis to the chemical industry, the proportion of processes using catalysts is 80% and increasing.” Chemistry & Industry, Jan 21, 2002, Page 22
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催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识
催化剂是指能够改变化学反应速率但本身不参与反应的物质。
催化作
用是通过催化剂为反应提供新的反应路径，降低反应的活化能，从而加快
反应速率。
催化剂与催化作用是化学领域中的重要概念，本文将介绍催化
剂与催化作用的基本知识。
一、催化剂的作用机理
催化剂通过提供新的反应路径，降低反应的活化能，促进化学反应的
进行。
催化剂表面上的活性位点与反应物分子发生相互作用，进而改变反
应物的键能和键角，使得反应物易于发生化学反应。
催化剂不会消耗掉，
而是在反应结束后可以从体系中分离出来，因此催化剂可以在许多次反应
中重复使用。
二、催化剂的分类
催化剂可以根据其所参与的反应类型进行分类，常见的催化剂有酸性
催化剂、碱性催化剂和金属催化剂等。
1.酸性催化剂：酸性催化剂在催化作用中起到质子供给的作用，常见
的酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸等。
酸性催化剂一般用于酸催化反应，如酯的酸催化水解反应、糖类的酸催化裂解反应等。
2.碱性催化剂：碱性催化剂在催化作用中起到电子供给或接受的作用。
碱性催化剂常见的有氢氧化钠、氢氧化钾等。
碱性催化剂一般用于碱催化
反应，如酮类的否明反应、酮类的甲酰化反应等。
3.金属催化剂：金属催化剂可以通过改变反应物的电子结构或提供新
的电子通道来促进反应。
常见的金属催化剂有铂、铁、铂铁等。
金属催化
剂一般用于氧化还原反应、加氢反应等。
三、催化作用的特点
1.催化作用能够提高反应速率，有时甚至可以达到数个数量级的效果。
2.催化剂可以对多种不同的反应起到催化作用，具有广泛的适应性。
3.催化剂与反应物之间的相互作用是可逆的，催化剂可以在多次反应
中重复使用。
4.催化剂对反应的选择性较高，可以选择性地促进特定的反应。
四、催化剂的选择和设计
催化剂的选择和设计是催化反应的关键步骤。
合适的催化剂可以提高
反应速率，降低反应条件，并且具有良好的选择性。
1.催化剂的选择要考虑反应类型和反应物的特性。
不同类型的反应需
要使用不同的催化剂，如酸催化反应使用酸性催化剂，氧化反应使用氧化
剂催化剂等。
2.催化剂的活性位点要与反应物的特性相匹配。
活性位点是催化剂表
面上的能够与反应物相互作用产生催化效果的部位。
活性位点的设计要考
虑反应物的键能以及反应路径。
3.催化剂的稳定性要考虑在反应过程中是否容易失活。
一些因为与反
应物生成的不稳定中间体可能会降解或使催化剂失活。
综上所述，催化剂与催化作用是化学反应中重要的概念。
催化剂通过
提供新的反应路径，降低反应的活化能，从而加速反应速率。
催化剂可以
根据所参与的反应类型进行分类，并且具有良好的选择性和广泛的适应性。
催化剂的选择和设计要考虑反应类型、反应物的特性以及活性位点的设计。
催化剂在化学反应中起着至关重要的作用，对于提高反应效率和降低成本
具有重要的意义。