催化原理_精品文档
催化原理
第一章 绪论
① 酶是以“大”分子的形成作为催化剂参与反应的。许多酶的组成 和立体构型已经弄清； ② 酶的活性中心，在简单酶中为多肽链上的氨基酸残基，在生理过 程中是水解反应的催化剂，如蛋白酶、脂肪酶等；在结合酶中为辅酶 或辅基，在生理过程中是氧化还原反应的催化剂，如脱氢酶、氧化酶、 各种细胞色素等； ③ 在反应过程中，多肽链对反应分子其定位的作用，活性中心起催 化作用； ④ 每个生理过程中的酶链，由一定数量的若干酶所组成，每种酶只 司一种职能，反应按步进行，有条不紊。 ⑤ 活性中心挂在多肽链上（锚定），构型不同于固体催化剂的，后 者呈吸附性。
第一章 绪论
把催化现象和催化制作为一门科学来研究是从18世纪开始的。 (一）合成氨催化剂的发现与催化技术 （二）催化技术另一重大成就，是三大合成(合成塑料、合成纤维、合 成橡胶)催化剂的发现。 （三）炼油和石油化工催化剂的发展 （四）20世纪70年代初的石油危机，迫使许多依赖石油进口的发达国 家的研究重点由石油化工转向煤化工，转向了以Cl化学为基础合成化工 产品和燃料的发展路线，C1化学催化已成为当代化工领域的重要课题。 （五）环境工程催化的研究．美国在1974年，日本在1975年，开始 在汽车上安装催化净化装置，所用的催化剂主要是Pt，Pd和Rh等贵金属。
第一章 绪论
3．研究工具和实验方法的进步
催化过程和催化剂作用的本质，主要从四个方面获得信息： ① 反应的化学机理：通过检测反应中生成的中间产物和产物的分布， 探讨反应的化学路径； ② 反应动力学：通过研究反应动力学，确定反应的基元步骤，几个步 骤的速度和能量变化，明确反应机理； ③ 催化剂表征：研究催化剂体系和表面的物理、物理化学和化学性质， 确定影响催化剂性能的主要因素； ④ 催化体系的动态分析：在工作条件下追踪反应物和催化剂之间的相 互作用，观察催化过程的微观步骤，以及掌握过程中间状态结构上的和 化学上的信息。
催化原理
1. 什么是催化剂什么是催化作用催化作用的特征有哪些工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂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。
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
催化作用具有如下几个特征：1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，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、催化剂的使用寿命有限实际工业上催化正、逆反应时为什么往往选用不同的催化剂第一，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。
催化剂是如何加快化学反应速度的催化作用是通过加入催化剂，实现低活化能的化学反应途径，从而加速化学反应。
（催化剂通过改变反应历程，使化学反应所需克服的能垒数值大大减少。
结果：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，在催化剂参与下实现了工业化生产。
）3. 催化剂的活性、选择性的含义是什么活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。
当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。
这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。
5. 催化剂为什么具有寿命影响催化剂的寿命的因素有哪些寿命指在工业条件下，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；或满足上述条件经再生使用的累计时间，称为总寿命。
指催化剂的有效使用期限，是催化剂的重要性质之一。
催化原理
（1）基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互直接作用直接转化为生成物的分子（2）外扩散：从流体层经过滞流层向催化剂表面的扩散，或其反向的扩散。
（3）转换频率: 在给定反应条件及一定反应程度下，单位时间内每个活性位上发生的总包反应次数。
（4）空速：是指单位时间里通过单位催化剂的原料油的量，它反应了装置的处理能力。
（5）单程收率：反应物料一次通过催化剂床层转化为目的产物的百分数称为单程收率。
（6）共催化剂：（7）调变性助剂：此种助剂改变催化剂的化学组成，引起许多化学效应以及物理效应。
对金属和半导体催化剂而言，可以观察到这类助剂引起催化剂电导率和电子脱出功的变化。
（8）质量作用定律：经验证明基元反应的速率方程比较简单，即基元反应速率与反应物浓度的乘积成正比，其中各浓度的指数就是反应式中各相应物质的系数。
基元反应的这个规律称为质量作用定率。
（9）羰基化过程：烯烃或炔烃与CO 在过渡金属配合物和第三组分的存在下生成含羰基产品，这种过程称为羰基化过程（10）起始吸附热:从吸附过程进度考虑的。
当吸附量趋于零时的吸附热即为起始吸附热。
（11）Langmuir 吸附等温式：1. 工业上对催化剂的要求。
答：（1）较高的活性（2）较好的稳定性或寿命（3）较好的流体流动性（4）较好的机械性质：即具有良好的磨损率、压碎强度、导率、抗热冲击性能2.均相与多相催化作用的比较。
答：（1）均相催化：所有反应物和催化剂分散在一个相A. 分子－分子反应、分子－离子反应B. 动力学控制，质量传递过程不重要C. 反应物种容易鉴别，反应机理研究比较容易D. 工业实现较难，催化剂分离回收困难（2）多相催化：催化剂和反应物处于不同的相，有相界面隔开。
A.传递过程对动力学影响大B.扩散、吸附对反应速率有决定性作用C.难以严格区分传递过程与表面化学反应D.活性表面结构和反应中间物的本质难以分析,反应机理研究困难E.便于工业应用，大多数工业过程采用17. 配合催化活性中心活化过的分子之间或活化过的分子与外来的反应物分子之间进一步反应生成新的活化中间体或产品，从而完成一个配合催化的循环。
催化作用原理
催化作用原理催化作用是化学反应中一种常见且重要的现象。
通过催化剂的存在，可以在反应速率和能量消耗方面起到显著的促进作用。
本文将介绍催化作用的原理，并探讨几个典型的催化反应案例。
一、催化作用的定义和基本原理催化作用是指通过添加催化剂来调控化学反应的速率，而不改变反应的终态和平衡位置。
催化剂是一种能够降低反应活化能并提高反应速率的物质。
催化剂在反应进行中不参与反应，因此在反应结束后可以被重新使用。
催化作用的基本原理涉及两个关键概念：活化能和反应中间体。
活化能是指反应在进入过渡态时所需要的能量，而反应中间体则是反应过程中的临时生成的物质。
催化剂通过与反应物发生相互作用，可以降低反应物的活化能，并稳定反应中间体。
这样一来，反应可以更容易地发生，并且反应速率得以提高。
二、催化作用的类型和机理催化作用可以分为两种类型：正常催化和自催化。
正常催化是指催化剂与反应物之间存在化学反应，生成新的物质，并参与到反应机制中。
自催化则是指催化剂本身就是反应物之一，通过反应生成中间体，然后再与其他反应物反应。
催化作用的机理主要有三种：表面反应机理、中间体机理和溶解催化机理。
表面反应机理是指催化剂在表面上与反应物之间发生化学反应，并生成反应产物。
中间体机理则是指催化剂与反应物之间形成中间体，然后再发生反应生成产物。
溶解催化机理则是指催化剂在溶液中与反应物形成络合物，调节反应速率。
三、典型催化反应案例1. 铂金催化剂在汽车尾气净化中的应用汽车尾气中的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）是环境中的污染物。
铂金催化剂能够催化CO和NOx与氧气（O2）反应生成二氧化碳（CO2）和氮（N2），有效净化尾气。
2. 马弗炉中的催化作用马弗炉是一种用于合成氨的重要装置。
在马弗炉中，铁铝石催化剂通过吸附和解离氢气（H2）和氮气（N2），促进氢气和氮气的反应生成氨气（NH3），实现高效合成氨的过程。
3. 催化裂化反应在石油加工中的应用催化裂化反应是石油加工中常用的方法之一，用于将高碳烃转化为低碳烃。
(完整word版)催化原理
催化原理1、活性：是指催化剂影响反应进程变化的程度；或指催化剂对反应加速的程度，衡量催化剂效能大小的标准。
催化剂使原料转化的速率：a=-（1/w ）d （nA)/dt选择性：指催化剂使反应向着某一特定产物的方向进行；或是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率目的产物在总产物中的比例S=ΔnA →P /Δn A =（p/a).（n P /Δn A)=r P /Σr i比活性：对于固体催化剂,与催化剂单位表面积相对应的活性称为比活性α=k/S分散度：分散度(Dispersity ） =表面原子数/总原子数TOF ：转换频率是指每个催化中心上单位时间内产生的给定产物的分子数（TOF)。
2 、空速：单位时间里单位催化剂的处理量WHSV:重时空速：每小时进料的重量（液体或气体)）/催化剂的装填重量空时速率：3 、化学吸附态:分子或原子在固体催化剂表面化学吸附后的化学状态、电子结构、几何构型。
表面覆盖度:在吸附平衡时，吸附剂表面被吸附质粒子覆盖的分数，常用θ表示。
对于单层的吸附，θ=V/V m ,V 是平衡吸附量，V m 是单分子层饱和吸附量。
Langmuir 吸附:①定位吸附；②单层吸附；③均匀吸附（理想吸附）；④吸附与脱附动态平衡 定位吸附：E T 〈E P 分隔吸附位的势垒高度E P 大于吸附质分子热运动能E T，分子不能逸出“势能阱”非定位吸附:E T >E P，吸附质在表面自由转换。
积分吸附热：指达到吸附平衡时，被气体吸附质覆盖的那部分吸附剂表面所产生的平均吸附热.它表示在吸附过程中，较长期间内热量变化的平均值。
积分吸附热随吸附质浓度的大小而变化，一般用于区分物理吸附和化学吸附的吸附热。
4、 速率控制步骤:总速度（或宏观速率）取决于阻力最大的步骤（最慢的步骤）扩散控制：（外扩散、内扩散）动力学控制:（表面反应、化学吸附与脱附）5 、Knudsen扩散：气体在多孔固体中扩散时，如果孔径小于气体分子的平均自由程，则气体分子对孔壁的碰撞，较之气体分子间的碰撞要频繁得多，这种扩散称为努森扩散（knudsen diffusion）.构型扩散:当催化剂孔径尺寸与反应物分子大小接近，处于同一数量级时,分子大小发生微小变化就会引起扩散系数发生很大变化。
催化原理1
§1－3 催化的重要性
合成氨
Fritz Haber
N2+3H2
2NH3
(1868~1934)
到19世纪中叶，所使用的氮肥主要来自智利的硝酸纳矿
19世纪后期，用炼焦的副产产品氨为原料，可以制成硫酸铵，作 为氮肥来使用。
自然界中游离氮只能被豆科植物的根瘤菌直接利用。
1971: Emission limits on lead first introduced in the USA 1975: Emission limits on NOx first introduced in the USA 1985: Lead in gasoline banned in the USA
对映体纯化合物的制备方法主要有：手性源合成法，外消旋体拆分法，酶 催化法，不对称合成法。不对称催化是获得手性化合物最有效的方法可由 少量的手性催化剂得到大量的手性化合物。
"for their work on chirally catalysed hydrogenation reactions”
"for his work on chirally catalysed oxidation reactions"
1911年，博施和米塔希在BASF公司建造了世界 上第一座合成氨工厂。1913年9月9日，开始生 产，实现了合成氨工业化的生产，年产 3.6万吨 硫酸铵。（Fe系催化剂）
1908至1913年改进了高压合 成氨的催化方 法，实现了合 成氨的工业化生产，并在发 展高压化学方面取得重要成 就。于1931年 获奖。
1907年，哈柏等在约550℃和 150至250个大气压的条件 下，得到了8.25%的氨，成功地制取了0.1公斤的合成氨
催化原理(适用于化工工艺专业)
催化原理（适用于化工工艺专业）(Catalysis: Theory & Application)目的和要求催化原理是催化理论和催化实践并重的学科。
它的教学目的是使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，为化工工艺专业专门人才的培养提供坚实的理论基础。
要求学生在掌握催化化学基本概念和理论的基础上，注重与催化剂的工业应用紧密结合。
基本内容及学时分配绪论（1学时）第一章催化作用与催化剂（共8学时）第一节催化作用的定义与特征（2学时）第二节催化剂的组成的功能（2学时）第三节对工业催化剂的要求（2学时）第四节均相催化与均相催化剂简介（2学时）第二章吸附作用与多相催化（共8学时）第一节多相催化的反应步骤（1学时）第二节吸附等温线（2学时）第三节金属表面上的化学吸附（2.5学时）第四节氧化物表面上的化学吸附（2.5学时）第三章各类催化剂及其催化作用（共10学时）第一节酸碱催化剂及其催化作用（2学时）第二节分子筛催化剂及其催化作用（2学时）第三节金属催化剂及其催化作用（2学时）第四节金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用（2学时）第五节络合催化剂及其催化作用（2学时）第一章至第三章复习（3学时）第四章工业催化剂的制备与使用（共4学时）第一节工业催化剂的制备（2学时）第二节工业催化剂的使用（2学时）第五章工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征（共5学时）第一节催化剂的活性测试的基本概念（1学时）第二节催化剂的活性测试（2学时）第三节催化剂的宏观物性及其测定（2学时）第四、五章复习（2学时）总课时44学时包括35学时授课，5学时复习，4学时参观或实践教材黄仲涛主编，化学工业出版社，1994。
北京主要参考书[1] 李玉敏工业催化原理，天津大学出版社1992 天津[2] 高正中实用催化，化学工业出版社1996 北京[3]吴越催化化学（上、下册），科学出版社1998 北京。
催化剂制备原理-沉淀法-精品文档
晶体颗粒大小
温度
pH值 同一物质在不同pH值下沉淀可能得到不同的晶形
pH < 7 Al3+ + OH－ pH = 9 pH > 10
Al2O3 ·mH2O
无定形胶体
α-Al2O3·H2O
针状胶体
β-Al2O3 ·nH2O 球状晶体
多组分金属盐的共沉淀，pH值的变化会引起先后沉淀 为了保证沉淀颗粒的均一性、均匀性，pH值必须保持相 对稳定
— 类似于“带有化学反应的传质过程”
扩散：溶质分子扩散通过液固界面的滞流层 表面反应：分子或离子定向排列进入晶格
晶核长大速率：
d m n = k A C C n = 1 ~ 2 ′ d t 单位时间内沉积的固体量
(
)
S dm/dt
C/C*
过饱和度（S=C/C*）与时间（t） 的关系
催化剂制备的单元操作-沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂， 生成难溶金属盐或金属水合 氧化物，从溶液中沉淀出来， 再经老化、过滤、洗涤、干 燥、焙烧、成型、活化等工
序制得催化剂或催化剂载体
—— 广泛用于制备高含量的非贵金
属、（非）金属氧化物催化剂或
催化剂载体
沉淀法的生产流程
沉淀剂的选择
• 工业上催化剂组分：金属氧化物、非金属 氧化物、金属（氧化物还原） • 阳离子：硝酸盐、碳酸盐、有机酸盐。加 热时变成CO2，H2O逸出不影响催化剂性质 。 • 沉淀剂：碱类：NaOH、KOH、NH4OH。 • 碳酸盐：（NH4)2CO3，Na2CO3，CO2 • 有机酸：醋酸CH3COOH，草酸H2C2O4
t
诱导期
t
晶核生成数目（ n ）与时间（ t ）的 关系
简述催化的基本原理
简述催化的基本原理催化是一种能够加速化学反应速率的过程，通常通过催化剂来实现。
催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率，但在反应结束后保持不变，即不参与反应过程中的化学变化。
催化剂通过降低活化能来提高反应速率，从而加速化学反应的进行。
催化的基本原理可以从能量图的角度来解释。
在化学反应中，反应物需要克服一个能量障垒才能转化为产物。
这个能量障垒称为活化能，是一种分子间相互作用的能量。
催化剂通过降低反应物的活化能，使得反应物更容易克服这个能量障垒，从而提高反应速率。
催化剂参与反应的机制可以分为两类：吸附机制和表面机制。
在吸附机制中，催化剂吸附在反应物表面上，形成特定的中间体。
这种中间体与反应物之间的相互作用能够降低活化能，促进反应。
在表面机制中，催化剂的表面上存在特定的活性位点，它们能够吸附反应物，并促使它们进行化学反应，从而提高反应速率。
催化作用的基本原理涉及催化剂与反应物之间的相互作用。
催化剂可以通过多种方式与反应物相互作用，包括吸附、解离、重组等。
这些相互作用能够改变反应物的电子结构和原子间距离，从而改变反应路径和过渡状态的能量。
催化剂通常具有以下特点：首先，催化剂能够与反应物形成化学键，并能够断裂和重组这些键，从而促进反应的进行；其次，催化剂的反应速率恒定不变，即催化剂的浓度不影响反应速率；第三，催化剂能够在反应结束后恢复其原始状态，即不参与反应过程中的化学变化；最后，催化剂使用量通常很小，只需加入少量即可加速反应。
催化剂的性能与其物理和化学性质密切相关。
常见的催化剂有金属、金属氧化物、酶等。
金属催化剂通常具有良好的电子传导性能和表面活性位点，可以吸附和重组反应物。
金属氧化物催化剂具有较高的表面积和活性位点，能够与反应物发生氧化还原反应。
酶是一类生物催化剂，具有高效率和高选择性。
酶催化反应通常发生在生物体内，具有高度专一性和温和反应条件。
催化在许多化学反应和工业生产过程中都起着重要作用。
它可以提高反应速率、改善反应选择性、降低反应温度和压力等。
第一章 催化原理基本概念
教材
参考书：吴 越编著 黄仲涛主编
《催化化学》 《工业催化》
基础知识参考书： 结构化学、量子化学 晶体化学、无机化学 有机化学、物理化学
催化剂表征用参考书：谱学原理、
催化研究方法
第一章 催化剂和催化作用
(Catalyst and Catalysis)
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。
第二节 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。
非均相催化反 应是指反应物 和催化剂居于 不同相态的反 应。
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
表 2-1催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
第一节 催化剂的作用
一、催化作用不能改变化学平衡
表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度
催化剂
催化剂在反应体系中 含量
达到平衡时的体积 增量
SO2
0.02
8.19
SO2
0.063
8.34
SO2
0.079
8.20
ZnSO4
2.7
8.13
HCl
0.15
8.15
草酸
0.52
8.27
磷酸
0.54
两种或两种以上主催化剂同时起催 化作用的物质，二者缺一不可。 叫共催化剂
例如，丙烯氨氧化反应所用的MoO3 和Bi2O3两种组分，两者单独使用 时活性很低。但二者组成共催化剂 时表现出很高催化活性，所以二者 互为共催化剂。
助催化剂(助剂)
简述催化的基本原理及应用
简述催化的基本原理及应用催化的基本原理催化是指在化学反应中，通过加入少量的物质（催化剂），来提高反应速率、降低反应能量，从而加速反应的过程。
催化剂是一种能够通过改变反应的反应机理，降低反应活化能的物质。
催化剂通常不参与反应，可以在反应结束后重新被收集和使用。
催化的基本原理可以归结为两个主要方面：活化能和反应速率的影响。
1. 活化能的降低催化剂能够通过两种方式降低反应的活化能：•提供一个能够吸附反应物的表面，使得反应物能够更容易相互靠近，从而增加反应速率。
•提供一个新的反应途径，能够降低反应物达到其过渡态的能量，从而降低反应的活化能。
2. 反应速率的影响催化剂对反应速率的影响主要体现在以下两个方面：•催化剂能够提供有利于反应进行的表面，并吸附反应物分子，使其更容易与其他反应物分子发生碰撞，从而增加反应速率。
•催化剂能够提供新的反应途径，使得反应物分子能够更容易地转化为产物，并降低反应的反应能量。
催化的应用催化在化学工业中拥有广泛的应用。
下面列举了一些常见的催化应用：1.石油加工催化剂–催化裂化：通过催化剂将高沸点的石油分子裂解成低沸点的化合物，用来制造汽油、润滑油等产品。
–催化氢化：使用催化剂将不饱和烃类转化为饱和烃类，同时除去杂质，提高产品质量。
–催化重整：通过催化剂将低辛烷值的烃类转化为高辛烷值的烃类，提高汽油质量。
2.化学合成催化剂–催化剂在有机合成中广泛应用，例如用催化剂合成药物、染料等有机化合物。
–催化剂在无机合成中也有重要应用，例如用催化剂合成催化剂、陶瓷材料、电子材料等。
3.环境保护催化剂–尾气净化催化剂：用于汽车尾气中有害气体的转化和去除，减少对环境的污染。
–污水处理催化剂：通过催化剂将污水中的有机物和有害物质转化为无害物质，提高水质。
4.生物催化–酶催化：利用天然酶或改造的酶作为催化剂，加速生物反应，例如发酵、合成生物活性物质等。
以上只是催化的一些基本原理及应用的简述，实际上催化在化学领域的应用非常广泛，涉及到多个领域。
催化作用原理
催化作用原理目录绪论 (1)第一章均相催化 (3)1.1酸、碱催化剂及其催化作用 (3)1.1.1概述 (3)1.1.2酸、碱定义 (3)1.1.3一般酸、碱催化反应 (3)1.1.4特殊酸、碱催化反应(略) (5)1.2络合催化剂及其催化作用 (5)1.2.1概述 (5)1.2.2络合催化循环 (5)1.2.3过渡金属离子的化学键合 (8)1.2.4络合催化中的关键反应步骤 (9)1.2.5配位场的影响 (9)1.2.6羰基合成催化剂的改进 (10)第二章非均相(多相)催化 (14)2.1多相催化反应过程 (14)2.1.1多相催化反应过程 (14)2.1.2外扩散与外扩散系数（D E） (14)2.1.3内扩散与内扩散系数（D i） (15)2.1.4反应物分子的化学吸附： (15)2.1.5表面反应 (16)2.1.6产物的脱附。
(16)2.2吸附作用 (16)2.2.1吸附等温线 (16)2.2.2金属表面上的化学吸附 (19)2.2.3氧化物表面上的化学吸附 (19)第三章各类催化剂及其催化作用 (20)3.1固体酸、碱催化剂及其催化作用。
(20)3.1.1固体酸、碱的定义及分类。
(20)3.1.2固体表面的酸、碱性质。
(20)3.1.3酸、碱中心的形成与结构。
(21)3.1.4固体酸、碱的催化作用。
(27)3.2分子筛及其催化作用 (30)3.2.1概述 (30)3.2.2结构单元及其平面表示 (30)3.2.3特性： (30)3.2.4分子筛催化剂的催化性能与调变 (30)3.3金属催化剂 (35)3.3.1工业上重要的金属催化剂及催化反应 (35)3.3.2金属和金属表面的化学键 (35)3.3.3金属和金属表面的几何构造 (38)3.3.4晶格缺陷与位错 (40)3.3.5晶格不规整性与多相催化 (42)3.3.6金属催化剂催化活性的经验规则 (43)3.3.7负载型金属催化剂的催化活性 (45)3.3.8合金催化剂及其催化作用 (46)3.4金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用 (48)3.4.1概述 (48)3.4.2半导体的能带结构及其催化活性 (48)3.4.3氧化物表面的M=O键性质与催化剂活性、选择性的关联 (49)3.4.4复合金属氧化物催化剂的结构化学 (51)3.4.5金属硫化物催化剂及其催化作用 (56)第四章电催化及光催化 (59)4.1电催化 (59)4.1.1电催化和电催化反应 (59)4.1.2电催化特征 (60)4.1.3n-型半导体的电催化过程 (61)4.1.4电极表面结构和吸附、催化性能的关系 (61)4.2光催化 (62)4.2.1光催化反应与光催化剂 (62)4.2.2光催化反应类型 (64)第五章酶催化 (65)5.1酶的分类和命名[2] (65)5.1.1酶的分类 (66)5.1.2酶的命名法[2] (67)5.2酶的催化功能的特点 (67)5.3酶的化学组成 (69)绪论一、催化剂与催化作用生物化学过程，酶发酵方法酿酒、制醋记载有“催化现象”的资料，却只可以追溯到1597年由德国炼金术士 A. Libavius（1540―1616）著的“Alchymia”一书。
催化原理
催化原理及应用:是研究催化剂的一门科学，即对催化剂的组成、结构、催化性能及催化作用本质进行研究，测定和制造，为基础研究、工业催化剂的开发和应用提供依据。
没有催化剂，就没有近代化学工业，更没有生物。
催化作用的定义与特征特征:1、只能加速热力学上可行的反应2只加速反应趋于平衡，而不改变平衡的位置3通过改变反应历程改变反应速4降低反应活化能5催化剂对反应具有选择性6催化剂的寿命催化剂是一种物质，它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓的变化催化作用—催化剂的这种作用为催化作用催化反应—涉及催化剂的反应为催化反应标准Gibbs自由能——使产物和反应物在所选定的标准状态时自由焓之间的差值估量一个催化剂价值的四个重要因素:活性;选择性;寿命; 经济性催化剂的工业性能:活性;稳定性;流动性可逆中毒：可以再生，暂时的中毒。
不可逆中毒：不可以再生，永久的中毒一、催化剂成分（固体Cat）活性组分(active components)、载体( support or carrier)、助催化剂(promoter)活性组分也称主剂，起催化作用的主要组分催化反应速度和催化剂表面积成正比，希望催化剂尽可能高的表面积。
载体：催化剂活性组分的分散剂，粘合物或支撑体，是负载催化剂活性组分的骨架负载型催化剂：将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的催化剂对Cat要求：1.提供足够表面2.具有气体分子输送的粗孔道3、载体催化剂命名先写活性组分，再写载体，用斜线隔开。
铂/ 硅胶；铂/ 氧化硅—氧化铅4、催化剂载体功能物理作用：1.提供有效表面积和适宜孔结构2.维持活性组分高分散度3.增强催化剂的机械强度，使Cat具有一定形状4.改善催化剂传导性5.减少活性组分的含量化学作用：6.提供附加活性中心7.溢流现象和强相互作用8.催化剂在使用中所处的状态9.直接影响活性组分的性质五、助催化剂：是催化剂的辅助成分，可以得到所期望的活性、选择性和稳定性.一般用量小于催化剂总量的10%1、帮助载体-控制载体的热稳定性;抑制不希望的活性;双功能催化剂：2、帮助活性组分-结构型：改变催化剂的结构;调变形:改变其电子因素（d 带空穴数、导电率、电子逸出功）和几何因素作用：①使活性物微晶形成晶格缺陷.②产生新的晶相，具有不同的催化性质.③产生或增多Cat中晶相间和微晶间的活性界面数目.扩散型：改善催化剂中孔结构。
第二章催化作用原理
第二章 催化作用原理
§2.1催化剂组成及结构
1.固体催化剂组成 (1)活性组分(主催化剂)：起催化作用的组分，如合成氨中的α-Fe (2)助催化剂(助剂)：本身常无催化活性或低催化活性，但可以改善催化 剂性能，如提高主催化剂的活性、选择性和寿命。例如合成氨中的 Al2O3与K2O 助剂分类 ： 结构型助剂(惰性助剂)：可分散活性组分，使活性组分晶粒变小，表 面积增大，避免活性组分迁移、烧结，提高热稳定性。 判断标准：①加入后，催化剂比表面积不发生明显变化；②不改变反应 活化能。 应具备的条件：①不与活性组分反应生成共融体；②颗粒较小，具有较 高分散性；③具有较高熔点。
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工业催化导论
3. 催化剂命名 以活性组分命名，如催化重整的铂催化剂 催化剂符号表示：活性组分/载体：Pt/Al2O3
表 1-10 工业催化剂的组成 名 氧化铝催化剂 称 符 Al2O3 号 功 脱水 能
铂（网）催化剂
钯分子筛催化剂 硫化钴-硫化钼-氧化铝催化剂 磷钼酸铋-氧化硅催化剂 硅酸铝催化剂 亚铬酸铜催化剂 铂-氧化铝催化剂
性。
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扩散型助剂（致孔剂）
改善催化剂孔结构（提高比表面积与孔隙率），提高更大 反应场所与孔道。如木屑、纤维素、矿物油等
毒化型助剂 利用一些强吸附组分与催化剂中有害的活性中心作用，改 善催化剂选择性，减少副反应。
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(3) 载体，用来负载活性组分和助剂的物质，由具有一定物理结构，
催化原理
2.2ＭCMs分子筛催化剂
1９９2年美国Mobｉl公司的研究者 Ｂｅcｋ等人利用阳离子表面活性剂做为结构的模板剂，合成了MCＭ－41,ＭCM-48和MCM-50的有序介孔材料。尽管有序介孔材料尚未获得大规模的工业化应用,但它所具有的孔道排列有序、大小均匀、孔径可在 ２~ 50 nm范围内连续调节等特性,使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料方面有着巨大的应用潜力。MCM－４1的合成主要采用水热合成法。纯硅ＭCM-4１分子筛离子交换能力小,酸含量及酸强度低,热稳定性和水热稳定性差，使其不具备催化氧化能力。
催化原理总结5篇
催化原理总结5篇第一篇：催化原理总结第一章1.催化反应的三个特征2.催化反应三种分类催化剂两种分类3.固体催化剂四种组成助催化剂四种结构和载体的五种作用催化剂的微观结构4.催化反应性能的三个标准5.多相催化反应的七个步骤第二章物理吸附和化学吸附的区别物理吸附和化学吸附位能曲线解离吸附和谛合吸附的概念化学吸附态（H2,O2,CO,烯烃，炔烃）吸附等温线（五种）Langmuir吸附等温方程推导（单分子，多分子）BET方程推导催化剂比表面测定比表面的方法（N2吸附）催化剂密度（真密度，假密度，比孔容，孔隙率，平均孔半径，孔径分布）扩散（Kundsen扩散）第三章3.1酸碱催化剂的应用和分类（了解）3.2酸碱定义及酸碱中心的形成L酸和B酸定义；单元氧化物L酸吸水转化为B酸Tababe二元氧化物酸中心形成机理（Ti6Si4)3.3固体酸性质及其测定H0的定义（H0=pKa+log(CB/CBH+）TPD法和IR法测定酸中心固体超强酸（H0Bronsted规则ka=GaKaα 碳正离子的形成和反应规律酸中心类型与活性选择性的关系 3.5 沸石分子筛四个结构；四个类型分子筛沸石分子筛酸中心形成的四种机理沸石分子筛的择型催化作用及影响因素催化裂化与热裂化的区别第四章 4.1 金属催化剂的应用及特性（具有d带电子的元素）4.2 金属催化剂的化学吸附以d电子解释金属催化剂的吸附热（未结合d电子数越大，吸附热大，强吸附Fe；未结合d电子数少，吸附热小，弱吸附Pt）2.电子逸出功，电离势概念；两者与化学吸附的关系3.化学吸附和催化活性的关系(中等强度的吸附）88页图4-2 4.3金属催化剂电子因素与催化作用的关系能带理论(金属原子紧密堆积，原子轨道重叠，分立的电子能级扩展为能带）d带空穴（可以由磁距测得）d带空穴需要适应反应电子数目的转移价键理论;金属原子的共价键由杂化轨道构成d%：d轨道占有杂化轨道的比例(Ni,30%d2SP3;70%,d3SP2)d%越大，d带空穴越少；d%增大，吸附热变小，吸附强度变低。
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1.什么是催化剂？什么是催化作用？催化作用的特征有哪些？工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂？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。
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
催化作用具有如下几个特征：1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，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、催化剂的使用寿命有限实际工业上催化正、逆反应时为什么往往选用不同的催化剂？第一，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)往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。
二，对正反应或者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化剂性能变化。
催化剂是如何加快化学反应速度的催化作用是通过加入催化剂，实现低活化能的化学反应途径，从而加速化学反应。
(催化剂通过改变反应历程，使化学反应所需克服的能垒数值大大减少。
结果：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，在催化剂参预下实现了工业化生产。
)3.催化剂的活性、选择性的含义是什么？活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。
当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。
这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。
5.催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？寿命指在工业条件下，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；或者满足上述条件经再生使用的累计时间，称为总寿命。
指催化剂的有效使用期限，是催化剂的重要性质之一。
催化剂在使用过程中，效率会逐渐下降，影响催化过程的进行。
例如因催化活性或者催化剂选择性下降，以及因催化剂粉碎而引起床层压力降增加等，均导致生产过程的经济效益降低，甚至无法正常运行。
① 化学稳定性:化学组成与化学状态稳定，活性组分与助剂不反应与流失②②耐热稳定性不烧结、微晶长大和晶相变化；③③抗毒稳定性抗吸附活性毒物失活；④ ④机械稳定性:抗磨损率、压碎强度、抗热冲击。
决定催化剂使用过程中的破碎和磨损4.催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？(1)不改变反应热：因为催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应先后的能量变化是由反应物和产物在反应体系中的相对能位来决定，反应物与产物的结构确定了它们的相对能位，即不改反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变反应热。
(2) 降低活化能：因为催化剂通过改变反应历程，使反应沿着一条更容易进行的途径进行。
对于同一个化学反应来说，加入催化剂可降低反应活化能提高反应速率，理论上不改变反应热！如图所示：加入催化剂可降低Ea，使得活化份子数增加，反应速率加快；催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应先后的能量变化是由反应物和产物在反应体系中的相对能位来决定，反应物与产物的结构确定了它们的相对能位，即不改变反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变摩尔反应焓变，即不改变产物与反应物之间的能量差，即△H.6.均相催化有什么特点？均相催化反应是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。
均相催化过程有以下特点：(1)反应条件温和，有利于节能。
(2)反应性能单一，具有特定的选择性。
(3)作用机理研究清晰明晰，催化剂的活性和选择性易于精心调配和设计。
(4)催化剂的稳定性差，且不易与产物分离。
7.固体催化剂普通由哪几部份组成？载体在催化剂中的作用是什么？结构型助剂与电子型助剂有何区别？工业上所用的固体催化剂往往不是单一物质，而是由多种物质组成。
按每种物质所起的作用可分为主催化剂、助催化剂和载体。
载体是主催化剂的支持体，负载活性组分的骨架。
普通为没有活性的惰性物质，在催化剂中含量较高，有时也可担当共催化剂和助催化剂的角色。
分散作用,助催化作用,传热和稀释作用,支撑作用,稳定化作用主催化剂、共催化剂、助催化剂、载体。
主催化剂是催化剂中产生活性的部份，没有它催化剂就不能产生催化作用。
共催化剂：和祝催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一不可。
助剂：本身没有活性或者活性很低，少量助剂加到催化剂中，与活性组分产生作用，从而显著改善催化剂的活性和选择性等。
载体：载体主要对催化活性组分起机械承载作用，并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构；提高催化剂的热稳定性和抗毒能力；减少催化剂用量，降低成本。
助催化剂分为：结构型助催化剂、电子型、扩散型、毒化型助催化剂。
结构型助催化剂通常不影响活性组分的本性，而电子型助催化剂能改变催化剂活性组分的本性，包括结构和化学特性。
8.一个好的工业催化剂应满足哪些条件？①适宜的活性、高选择性和长寿命。
②操作条件的影响，适宜的配套装置和工艺流程。
③ 催化剂的价格低廉工业生产的角度考虑强调的是原料和能源的充分利用，据此可以认为催化剂功能的相对重要性是：选择性>稳定性>活性9. 何为转化率、收率和选择性？如何计算转化率、收率和选择性？转化率：已经转化的物料量占总进料量的比例大小产率：生成的目的产物量占反应物初始总量的比例选择性：目的产物占总产物的比例(m%,mol%)选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。
x(转化率)=(已转化的指定反应物的量/ 指定反应物的进料量)×100%s (选择性)= (转化成目的产物的指定反应物量/ 已转化的指定反应物的量) ×100%Y(产率)= (转化成目的产物的指定反应物量/ 指定反应物的进料量)×100%Y=xs1.朗格谬尔、BET吸附等温式的假设及用途是什么？朗格缪尔吸附模型假定条件为：① 吸附是单份子层的，即一个吸附位置只吸附一个份子；② 被吸附份子之间没有相互作用力,吸、脱附活化能与表面覆盖率无关;③ 吸附剂表面是均匀的；上述假定条件下的吸附称为理想吸附。
朗格缪尔方程属于I 型等温线。
合用于一些微孔物质，如某些活性炭、硅胶、沸石份子筛等，平台部份对应的是吸附剂的微孔彻底被凝结液充满，langmuir 吸附等温线也可以描述可逆的化学吸附过程。
如用活性炭吸附N2 ，Ar ，CH4 等气体BET 等温式是布鲁诺 (Brunaure)、埃麦特 (Emmett) 和泰勒 (Teller) 在Langmuir 吸附理论基础上发展的，主要基于两点假定：①固体表面是均匀的，自由表面对所有份子的吸附机会相等，份子的吸附、脱附不受其他分子存在的影响；②固体表面与气体份子的作用力为范德华力，因此在第一吸附层上还可以进行多层吸附。
BET 方程属于Ⅱ型等温线。
BET 方程应用范围较广，但不合用于活性炭的吸附。
依据BET 方程可测定固体吸附剂、催化剂的表面积。
2. 何为控制步骤？研究催化反应控制步骤对选择和改进催化剂有何用途？如何消除内、外扩散影响？多步反应中，若其中某一步骤的阻力远较其他步骤为大，则该步骤为控制步骤外扩散的阻力：气固 (或者液固) 静止的边界层。
消除方法：提高空速内扩散阻力：催化剂颗粒孔隙内径和长度。
消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂孔隙直径.内扩散消除实验的做法是：在一定催化剂装填量(质量或者体积)条件下，改变催化剂颗粒粒径，通过对照不同粒径下的催化剂活性变化来确定内扩散消除与否，即随着粒径减小，活性再也不变化，那末活性再也不变化所对应的粒径就可以认为没有了内扩散的影响，或者说内扩散效应可以忽略。
3.表面催化反应包括哪几个步骤？反应物的吸附、化学反应、产物的脱附。
(1)反应物由气相主体扩散到催化剂外表面(2)反应物由催化剂外表面扩散到催化剂内表面(3)反应物的化学吸附(4)被吸附的反应物发生化学反应生成产物()产物的解吸( )产物由催化剂内表面扩散到催化剂外表面( )产物由催化剂外表面扩散到气相主体其中(1)、(7) 步为外扩散，(2)、(6) 步为内扩散，(3)、(4)、(5) 步为化学动力学过程4.物理吸附和化学吸附的特点分别是什么？本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力类似于蒸汽的凝结温和体的液化，后者为化学键力，类似于化学反应，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同。
5.举例说明催化循环？非缔合活化催化循环定义：在催化反应过程中催化剂以两种明显的价态存在，反应物的活化经由催化剂与反应物份子间明显的电子转移过程，催化中心的两种价态对于反应物的活化是独立的，这种催化循环称之为非缔合活化催化循环。
举例：氧化亚氮在镍催化剂上的分解反应。
缔合活化催化循环定义：在催化反应过程中催化剂没有价态的变化，反应物份子活化经由催化剂与反应物配位，形成络合物，再由络合物或者其衍生出的活性中间物种进一步反应，生成产物，并使催化剂复原。
反应物份子活化是在络合物配位层中发生的。
举例：固体酸催化剂作用下的乙烯水合反应。
6.化学吸附态的研究有什么意义？化学吸附态是指份子或者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。
同一种物质在同一固体表面吸附可随条件不同呈现不同的吸附态。
吸附态不同，使催化最终产物不同。
因此化学吸附态及化学吸附物种的确定对于多相催化理论的研究具有重要意义。
1.何谓质子酸和非质子酸？它们的催化作用有何异同？凡能给出质子的份子或者离子叫酸 (即质子酸)，凡能和质子结合的份子或者离子叫碱(即质子碱)。
例如HCD、H2SO4 、CH3COOH、HCO-3 、NH+4 等都能放出质子，它们都是酸。
NaOH、NH3 、CH3COO-、CO2-3 等都能夺取质子，它们都是碱。
按照酸碱质子论，酸碱反应是质子转移的反应。
异同：1、酸催化的反应与酸位的性质密切相关，不同类型的反应要求不同酸位性质的催化剂。
2、酸催化的反应与酸强度也有密切关系，不同酸强度的部位可能具有不同的催化活性，所以不同的反应要求的酸强度范围也不相同。
3 在酸强度适宜的范围内，催化剂活性与酸浓度呈正比关系，即酸度越大，活性越高。
2.酸度和酸强度的含义？如何测定？区别B酸和L酸的实验方法？酸度：指固体酸的单位面积的含酸量。
(1)酸强度是指给出质子的能力(B 酸强度)或者接受电子对的能力 (L 酸强度)用函数H0 表示(2)测试方法：正丁胺指示剂滴定法测是总酸度和酸强度气态碱吸附脱附法(NH3，吡啶等)程序升温脱附法(TPD)脱附温度越高酸强度强。
3)能够接受电子对的物质称为L 酸；能够给出质子的物质称为B 酸。