催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
它不参与反应本身，但能够降低反应的活化能，从而加快反应速度。
催化剂可用于各种化学反应中，包括有机合成、燃烧、氧化还原等。
催化剂具有以下几个基本特征：1.可再生性：催化剂在反应中不发生永久性损失，在反应结束后可以重新被使用。
与反应物和产物相比，催化剂的量通常很少发生变化。
2.高效性：催化剂具有很高的效率，少量的催化剂就可以促进大量的反应物转化，从而在经济和环境上更加优越。
3.可选择性：催化剂可选择性地加速特定的反应通道，控制产物的选择性。
它可以引导反应产生特定的产物，避免副反应的发生。
4.反应物无损耗：催化剂参与反应后不会消耗，能够被连续循环使用。
在反应结束后，催化剂可以通过简单的分离和回收来进行再利用。
5.适用性广泛：催化剂可以应用于不同类型的反应，包括液相、气相和固相反应。
它们可以用于有机合成和工业过程中的各种反应，增加了反应的灵活性和多样性。
催化剂的作用机理可以分为两种类型：表面催化和溶液催化。
表面催化是指催化剂将反应物吸附在其表面上，通过改变反应物的构象和电子结构来促进反应发生。
溶液催化是指催化剂以固体或离子形态存在于溶液中，通过与反应物发生弱相互作用来加速反应。
常见的催化剂包括金属和金属化合物，如铂、钯、铜等。
它们具有较高的活性，并能在广泛的反应条件下工作。
此外，还有一些有机分子，如酶、酸和碱等，也具有催化性质。
催化剂的选择需要考虑很多因素，包括反应类型、反应条件、催化剂的稳定性和成本等。
优秀的催化剂应具有高活性、良好的选择性和稳定性，并且应在反应条件下表现出较长的使用寿命。
催化剂在化学反应中扮演着重要的角色。
它们能够加速反应速率，降低反应能量，提高反应产率。
在工业生产中，催化剂的应用可以大幅提高生产效率，减少能源消耗和环境污染。
此外，催化剂的发展也促进了许多新的反应的发现和发展，对推动科学技术的进步起到了重要作用。
简述催化剂的基本特征
简述催化剂的基本特征
催化剂是指能够加速化学反应进程而不被消耗的物质，其特征如下：
1. 催化剂能够提高反应速率，但不改变反应热力学平衡，即不改变反应物和产物浓度比。
2. 催化剂能够在反应中形成中间体，降低反应活化能，从而降低反应能量要求，加速反应进程。
3. 催化剂具有高度选择性，能够选择性地促进某些反应物之间的作用，而不影响其他反应物的反应。
4. 催化剂使用量通常很小，一种催化剂可在多次反应中重复使用，具有很高的经济性。
5. 催化剂可以是单质、化合物或复合物，或者是表面活性物质。
6. 催化剂的作用机理复杂多样，包括吸附、表面反应、活性位点等多种作用方式。
7. 催化剂的效果可以受到反应条件、反应物质、催化剂种类等因素的影响，需要进行充分的反应条件优化和催化剂选择。
总之，催化剂是化学反应中不可或缺的重要角色，具有多种特征和作用方式。
催化剂的研究和应用领域广泛，对于实现可持续发展和绿色化工具具有重要意义。
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催化剂的四个基本特征
催化剂的四个基本特征
1、催化剂复杂性：催化剂是由几种催化剂物质进行复合而成，它是一种由物质凝聚而成的具有丰富变化空间的复合体，它的总体构成由催化剂母体和它的活性组成部分形成，其中可有多种不同类型的催化剂组分，以及物理形状和表面形状的不同变化。
一方面，催化剂母体能够缓冲催化剂中后续变化过程中模式和起源，另一方面，催化剂活性成分则能够实现催化反应有效地发生，催化剂结构在不同类型的反应中可以大大改变反应效率。
2、反应热敏感性：反应热敏感性是指催化剂在特定中间体条件下反应的稳定性，它是由催化剂颗粒在复杂热力学空间内的稳定性决定的，反应的热敏感性和催化剂在发生反应的过程中模式的定义息息相关，在非常低的温度下却有可能迅速失去稳定性，因此它是一种具有高温敏感性的催化剂，并且是了解特定反应所必须考虑的参数之一。
3、反应选择性：反应选择性是指催化剂能够识别古本体分子，从而对反应的识别和导向，其主要指一种择性识别和导向机制，可以选择、激发感兴趣的分子，从而实现有效的反应，另外，隶属于反应选择的的产物选择也可以实现多样性的催化，由此可以用催化剂精化良好的产物，并获得更高的分辨率。
4、零价性能：零价性能是指催化剂在零个介质条件下，产生影响催化
反应产物的总体配置模式，因此在催化反应中，零价性能是决定反应活性、去向和动力学以及反应选择和产物组成比例的重要参数，它允许体系中催化剂表面所具有的各种特性，以改变反应初级过程和半级过程，从而改变反应速率及去向，催化剂的零价性能对于优化催化反应结果起着至关重要的作用。
催化剂与催化作用的基本特征
催化剂对反应活化能的影响
活化能降低使活化分子数增加
实验结果表明，催化剂参与的分解反应， 改变了反应机理，降低了反应活化能，增大 了活化分子分数，反应速率显著增大。
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2.多相催化： 催化剂与反应物种不属于同一物相的
催化反应。
汽车尾气(NO和CO)的催化化：
1.均相催化： 催化剂与反应物种在同一相中的催化反应。
没有催化剂存在时，过氧化氢的分解反应为：
2H2O2 (aq) O2 (g) 2H2O(l)
加入催化剂Br2，可以加快H2O2分解，分解反应 的机理是：
第一步 H2O2 (aq) Br2 2H (aq) O2 (g) 2Br (aq) 第二步 H2O2 (aq) 2H (aq) 2Br (aq) 2H2O(l) Br2
2NOg COgPt,Pd,RhN2g CO2g
反应在固相催化剂表面的活性中心上进行， 催化剂分散在陶瓷载体上，其表面积很大，活 性中心足够多，尾气可与催化剂充分接触。
6
酶催化
酶催化：以酶为催化剂的反应。 特点：①高效
②高选择性 ③条件温和
7
催化剂与催化作用的基本特征
催化剂：存在少量就能加快反应而 本身最后并无损耗的物质。
1
催化作用的特点 ： ①只能对热力学上可能发生的反应起作用。 ②通过改变反应途径以缩短达到平衡的时间。 ③催化剂有选择性，选择不同的催化剂会有
利于不同种产物的生成。 ④只有在特定的条件下催化剂才能表现活性。
2
均相催化与多相催化
催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质，它在反应中起到降低活化能、提高反应速率的作用。
催化剂广泛应用于化学工业生产、环境保护、能源转化等领域，对于促进经济发展和改善生活环境起到了重要作用。
催化剂具有以下几个基本特征：1. 高效性：催化剂能够以较低的用量实现较高的催化效果，可以在反应过程中多次使用，提高反应效率和经济效益。
2. 可选择性：催化剂能够选择性地促进某些特定反应，而不影响其他反应。
这种选择性是通过催化剂表面的活性位点和反应物之间的相互作用实现的。
3. 可逆性：催化剂在反应过程中不发生永久变化，可以在反应结束后重新回到起始状态，保持催化活性。
这使得催化剂能够多次使用，延长使用寿命。
4. 特异性：催化剂对于特定的反应有特异性，不同的反应需要不同的催化剂。
催化剂的选择要根据反应的性质和条件来确定，以确保催化剂对于目标反应具有高的催化活性和选择性。
5. 活性位点：催化剂表面存在活性位点，它们是催化反应的关键。
活性位点可以通过吸附和解离反应物、调整反应物的构型、提供催化反应所需的活化能等方式参与反应。
6. 催化剂的形态：催化剂可以是固体、液体或气体。
固体催化剂是最常见的一种形态，其具有较高的稳定性和重复使用性。
7. 催化剂的制备：催化剂可以通过物理方法（如沉积、浸渍、共沉淀等）或化学方法（如溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积等）制备。
制备过程中需要考虑催化剂的活性位点、分散度、晶体结构等因素。
8. 催化剂的失活：催化剂在长期使用过程中可能会失活，即失去催化活性。
失活的原因包括中毒、积碳、物理损坏等。
为延长催化剂的使用寿命，可以采取再生、修复或更换催化剂等措施。
9. 催化剂的应用：催化剂广泛应用于石油化工、化学合成、环境保护、能源转化等领域。
例如，催化剂在石油加工中用于重油加氢裂化、催化裂化等过程；在化学合成中用于氢化、氧化、酯化等反应；在环境保护中用于废气治理、废水处理等；在能源转化中用于燃料电池、水电解等过程。
《工业催化基础》课件(第2章 催化剂与催化作用的基础知识)2015-2
（1）按反应物相分：
多相催化： 指催化剂与反应物处于不同物相发生的催化反应。由气体反应物与固体催 化剂组成的反应体系称之为气固相催化反应，如乙炔和氢气在负载钯的固 体催化剂上加氢生成乙烯的反应。由气态反应物与液相催化剂组成的反应 体系称为气液相反应，如乙烯与氧气在PdCl2-CuCl2水溶液催化剂作用下氧 化生成乙醛的反应。由液态反应物与固体催化剂组成的反应体系称为液固 相催化反应，如由离子交换树脂等固体酸催化的醇醛缩合反应或醇的脱水 反应。由液态和气态两种反应物与固体催化剂组成的反应体系称为气液固 三相催化反应，如苯在雷尼镍催化剂上加氢生成环已烷的反应。 均相催化： 指催化剂与反应物处于相同物相发生的催化反应。如果催化剂和反应物均 为气相的催化反应称为气相均相催化反应，如SO2与O2在催化剂NO作用下 氧化为SO3的催化反应；如果反应物和催化剂均为液相的催化反应称为液相 均相催化反应，如乙酸和乙醇在硫酸水溶液催化作用下生成乙酸乙酯的反 应。 化工资源有效利用国家重点实验室 7
是催化剂与反应物分子间通过电子转移，形成活性中间物种进行的催化反 应。如在金属镍催化剂上的加氢反应，氢分子均裂与镍原子产生化学吸附， 在化学吸附过程中氢原子从镍原子中得到电子，以负氢金属键键合。负氢 金属键合物即为活性中间物种，它可进一步进行加氢反应，反应式如下：
H H H + M M M H M
这二种分类方法反映了催化剂与反应物分子作用的实质，但由于催化作用的复杂性 ，对有些反应难以将二者绝然分开，有些反应又同时兼备二种机理， 酸碱型及氧化 还原型催化反应比较如下表：
第一节 催化剂的特征
3、催化剂对反应具有选择性
催化剂具有选择性包合两个含义：其一是不同的反应，应该选择不同的催 化剂；其二是同样的反应选择不同的催化剂，可获得不同的产物。例如， 以合成气（CO+H2）为原料在热力学上可以沿着几个途径进行反应，但由 于使用不同催化剂进行反应，就得到下表给出的不同产物。
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。
催化剂的性能及使用
工业催化剂的使用性能 催化剂的活化 催化剂的失活和再生 运输、贮存和装卸
3.3.1 工业催化剂的使用性能
活性：在给定的温度、压力和反应物流量(或空间速度)下，催化 剂使原料转化的能力。 选择性：指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物。 当催化剂的活性与选择性难以两全其美时，
若反应原料昂贵或产物分离很困难，宜选用选择性高的催化剂；
3.3.2 催化剂的活化
还原、氧化、硫化、 酸化、热处理等 固体催化剂在出售时的 状态一般是较稳定的， 方法
活性的状态
每种活化方法均自各自的活化条件和操作要求，应该严格按照 操作规程进行活化，才能保证催化剂发挥良好的作用。 如果活化操作失误，轻则使催化剂性能下降，重则使催化剂报 废，经济损失巨大。
据统计，当今90％的化学工业中均包含有催化(catalysis)过程，催化 剂( catalyst )在化上生产中占有相当重要的地位，其作用主要体现 在以下几方面。 1.提高反应速率和选择性 2.改进操作条件 3.催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术 4.催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用
应途径，活化能得以降低。
自催化作用：有些反应所产生的某种产物也会使反应迅速加快。 负催化剂或阻化剂：能明显降低反应速率的物质。 催化剂的三个基本特征：
①催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和 数量的变化； ②催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速作用)，但不能改变平衡；
③催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。
3.3.4 运输、贮存和装卸
☆催化剂一般价格较贵，要注意保护。 ☆在运输和贮藏中应防止其受污染和破坏； ☆固体催化剂在装填于反应器中时，要防止污染和破裂。 装填要均匀，避免出现“架桥”现象，以防止反应工况恶化。 ☆许多催化剂使用后在停工卸出之前，需要进行钝化处理。 尤其是金属催化剂一定要经过低含氧量的气体钝化后，才能暴露于空气， 否则遇空气剧烈氧化自燃，烧坏催化剂和设备。
催化剂及其基本特征
Company Document number : WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-199981、催化剂及其基本伶征催化剂是一种物质.它能够改变化学反应的速率.而不改变该反应的标准Gibbs自由焙变化；此过程称为催化作用. 涉及催化剂的反应称为催化反应。
催化剂的基本待征催化剂只能实现热力学可行的反应.不能实现热力学不可能的反应；催化剂只能改变化学反应的速度.不能改变化学平衡的位S；催化剂能降低反应的活化能.改变反应的历程；催化刑对反应具有选择性n2、催化剂的组成主催化剂：催化剂的主要活性组分.起催化作用的根本性物质.如合成氨催化剂的铁.催化剂中若没有活性组分存在.那么就不可能有催化作用助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分.以及改善催化剂的耐热性、抗為性.捉髙催化刑机械强度和寿命的组分。
催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用.还具有提髙催化刑比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分欲性、提高催化剂机械淫度、提高催化剂稳定性等多种作用3、催化剂的稳定性指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化.催化剂的性能稳定性情况•通常以寿命表示。
催化剂在反应条件下操作.稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后.经再生又安复到许可水平的累计时间称为总寿命:> 催化剂翁定性包括热稳定性.抗毒魂定性.机械稳定性三个方面。
4、物理吸附与化学吸附的主要区别物理吸附：指气体物质（分子、离子、原子或聚築体）与衣面的物理作用（如色欲力、诱导偶扱吸引力）而发生的吸附.其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称"m dcrWaals- 力）o 化学吸附：指在气固界面上.气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附.因此化学吸附作用力淫.涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。
5、何谓B酸和L酸.及其简便的鉴定方法能够给出质子的都是酸.能够接受质子的都是獗.Brnsled 定义的酸濟称为B酸（B锻）.又叫质子酸碱：能够接受电子对的都是酸.能够给出电子对的都是碱. 所以Lewis定义的酸诡称为L酸（L麻）.又叫非质子酸固体酸的类型有B酸和L酸两种.对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谖法.它是通过研究NH3或毗唏在固体酸表面上吸附的红外光语釆区分B酸和L酸的。
催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征1、烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中，CoO的作用是什么？CoO的作用是使MoS2晶体保持分离状态。
2、合成氨工艺流程中，甲烷化的目的是什么？主要的催化活性组分？低变后, 原料中微量的CO和CO2 (< 0.5%) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除。
Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni > Co > Fe > Cu > Mn > Cr > V3、钙钛矿型复合金属氧化物的结构特征？这种复合金属氧化物是结构与钙钛矿CaTiO3类似的一大类化合物，通式为ABO3，其中A：B 配位数为6：6的ABO3复合金属氧化物的结构和实例如表所示；A：B配位数为12：6的ABO3 复合金属氧化物的结构和实例如表4、以萘氧化反应为例论述金属氧化物催化剂的催化作用机理。
萘氧化反应分两步进行：（1）萘与氧化物催化剂反应，萘被氧化，氧化物催化剂被还原；（2）还原了的氧化物催化剂与氧反应恢复到起始状态，在反应过程中催化剂经历了还原－氧化循环过程。
20、简述氧物种在催化反应中的作用。
各种氧物种在催化氧化反应中的反应性能是不一样的，根据氧物种反应性能的不同，可将催化氧化分为两类，一类是经过氧活化过程的亲电氧化，另一类是以烃的活化为第一步的亲核氧化：在第一类中，O2- 和O- 物种是强亲电反应物种，它们进攻有机分子中电子密度最高的部分。
对于烯烃，这种亲电加成导致形成过氧化物或环氧化物中间物。
在多相氧化条件下，烯烃首先形成饱和醛，芳烃氧化形成相应的酐，在较高的温度下，饱和醛进一步完全氧化。
在第二类中，晶格氧离子O2- 是亲核试剂，它是通过亲核加成插入由活化而引起的烃分子缺电子的位置上而导致选择性氧化的。
21、简述乙烯环氧化催化反应的机理。
Ag是这一反应的特效催化剂，工业催化剂是负载型银催化剂，含Ag10％－35％，载体是α－Al2O3、SiO2等，并添加少量Re, Cs, Li等助催化剂。
催化剂的四个基本特征
催化剂的四个基本特征催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质，它能够在反应中参与而不被消耗掉，因此在很多化学反应中起着至关重要的作用。
催化剂的研究和应用已经成为了化学领域的重要研究方向之一。
在研究催化剂的过程中，我们发现了许多催化剂的共同特征，这些特征是催化剂能够发挥催化作用的基本条件。
本文将介绍催化剂的四个基本特征，并探讨它们在催化反应中的作用。
一、活性位点催化剂的活性位点是指能够参与反应的化学键或化学基团，它们是催化剂能够发挥催化作用的关键。
在催化剂中，活性位点的种类和数量对于催化剂的活性和选择性有着至关重要的影响。
例如，对于金属催化剂来说，金属表面的原子或离子往往是催化剂的活性位点；对于酶催化剂来说，酶分子中的氨基酸残基往往是催化剂的活性位点。
活性位点的种类和数量不同，催化剂的催化活性和选择性也会有所不同。
二、表面性质催化剂的表面性质是指催化剂表面的物理和化学性质。
催化剂表面的物理性质包括表面形貌、晶格结构和表面缺陷等，而化学性质则包括表面化学键和表面酸碱性等。
催化剂表面的物理和化学性质对于催化剂的催化活性和选择性有着重要的影响。
例如，催化剂表面的缺陷和孔洞能够提高反应物分子的吸附能力和扩散能力，从而提高催化剂的反应速率；而催化剂表面的酸碱性能够影响反应物的离子化程度和反应途径，从而影响催化剂的选择性。
三、反应机理催化剂的反应机理是指催化剂参与反应的具体过程和机制。
催化剂的反应机理涉及到催化剂与反应物的相互作用、反应物在催化剂表面的吸附和反应、反应产物的解离和脱附等过程。
催化剂的反应机理对于催化剂的催化活性和选择性有着至关重要的影响。
例如，催化剂的反应机理能够解释催化剂为什么能够加速反应速率和提高反应选择性，从而为催化剂的设计和优化提供了理论基础。
四、稳定性催化剂的稳定性是指催化剂在反应中的化学稳定性和物理稳定性。
催化剂的化学稳定性是指催化剂在反应中不会发生不可逆的化学变化，如氧化、还原、水解等反应。
精细化工—催化剂
简而言之：
△G催化 = △G非催化
催化剂的基本特征：
改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度 催化剂对反应具有选择性
催化剂能做什么？
只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应
只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
△G ＜ 0 △G 0 = - RT lnK
• 催化剂的基本特征三
– 催化剂对反应具有选择性（催化剂的专用性）
专一对某一反应起加速作用的性能为选择性
C2H5OH
Cu 200-250 ℃ Al2O3 350-380 ℃ Al2O3 250 ℃ ZnO-Al2O3 400-450 ℃ Cu（活化）
Na
热稳定性（活性组分挥发、流失；活性组分烧结或微晶长大， 进而比表面、活性位减少）
化学稳定性（稳定的催化剂化学组成和化合状态，活性组分和 助催化剂不产生化学变化）
抗污稳定性（催化剂表面积焦、积炭） 抗毒稳定性（催化剂对有害物质毒化的抵抗能力）
含硫、氧、氮、砷的化合物、卤素化合物、重金属化合物、金属有机化合物 等（来源于原料中杂质或反应副产物）
单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数 转化率（一定温度、空速下）
X（转化率） = （已转化的反应物量 / 起始的反应物量） × 100%
时空收率（时空得率） 一定条件下，单位时间、单位体积（或质量）催化剂上所得目的产物量
• 4.2 选择性
– 指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。用来描述催化剂 上两个以上相互竞争反应的相对速率
非 均 相
催化剂状态 气 液 固
液
固
固
催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征催化剂是一种能够促进化学反应进程但在反应结束后仍能够保持其结构和活性基本不变的物质。
其作用通过降低反应物分子间的活化能来提高化学反应速率。
催化剂通常以微量添加于反应体系中，能够在反应过程中参与并促进反应过程，但在反应结束后能够从反应物中分离出来，并重新参与其他反应过程。
催化剂的基本特征包括：1.特异性：催化剂能够针对特定的反应物分子或反应类型，具有高选择性。
这使得催化剂在广泛的化学反应中发挥作用，并且在多种不同条件下都能够保持其催化活性。
2.高效性：催化剂能够以极低的浓度存在于反应体系中，仅需添加微量的催化剂即可促进庞大的反应量，提高反应速率。
这使得催化剂具有高效性，降低了反应的能耗和生产成本。
3.可重复使用性：催化剂在反应过程中会与反应物发生化学反应，但在反应结束后，催化剂能够以原始的形式从反应物中分离出来，并且保持其结构和催化活性的不变。
这使得催化剂具有可重复使用性，能够进行多次循环使用，降低了催化剂的使用成本。
4.不参与反应：催化剂在反应过程中虽然与反应物发生作用，但催化剂本身并不参与反应，不被消耗掉。
这意味着催化剂可以在多个反应周期中使用，并能够在反应结束后恢复其原始结构和活性，不失效。
这使得催化剂具有良好的稳定性。
5.影响速率：催化剂能够以多种方式影响反应速率。
它可以提高反应物的吸附效率，改变反应物的电子结构，调整反应物间的空间排列等。
这些因素都能够降低反应的活化能，从而提高反应速率。
催化剂的种类有很多，主要可分为两类：均相催化剂和非均相催化剂。
均相催化剂是指催化剂和反应物均在同一相态存在，通常是气相或液相。
该类催化剂对反应物的选择性高，且反应过程相对简单。
常见的均相催化剂有酸碱催化剂、氧化还原催化剂和配位催化剂等。
非均相催化剂是指催化剂和反应物处于不同相态，通常是固相催化剂。
这类催化剂通常具有高的活性和稳定性，适用于广泛的反应。
常见的非均相催化剂有金属催化剂、合金催化剂和酶催化剂等。
催化剂及其基本特征
催化剂及其基本特征催化剂是一种物质，可以加速化学反应速率，同时不被反应消耗。
它们在许多工业和生物领域中都起着重要的作用。
本文将讨论催化剂的基本概念，以及它们的主要特征。
首先，催化剂可以改变化学反应的活化能，从而影响反应速率。
化学反应需要克服活化能的能垒才能发生，而催化剂能够提供新的反应路径，使反应能够更容易地进行。
这是通过降低活化能来实现的，从而加快反应速率。
其次，催化剂对反应物和产物的影响是可逆的。
即使催化剂与反应物发生反应，它们也能够再生并参与后续的反应。
这是因为催化剂在反应过程中只是参与表面反应，不直接参与反应物的净消耗。
催化剂还表现出非选择性的特点，即它们在反应中能够作用于多种物质。
这是由于催化剂通常具有活性位点，可以与不同类型的反应物发生反应。
例如，一种催化剂可以催化氧气与甲烷反应生成甲醛，与碳氢化合物反应生成芳烃，还可以催化氮气与氢气反应生成氨。
催化剂的作用主要体现在以下几个方面：1.提高反应速率：催化剂可以通过降低反应的活化能，加速反应速率。
这对于高能耗的反应过程，如石油加氢、裂化等，具有重要意义。
2.提高选择性：催化剂可以选择性地促进特定反应产物的生成，而抑制其他不必要的副产物。
这在制药、精细化工等行业中非常重要，以确保所需产物的优异品质。
3.改善反应条件：催化剂可以使反应在较低的温度和压力下进行，节省能源和资源。
这对于环境保护和可持续发展至关重要。
4.增强反应过程稳定性：催化剂可以提高反应过程的稳定性，延长催化剂的寿命，并减少修复和更换的成本。
催化剂的基本特征还包括以下几点：1.催化剂可以在反应中起到促进作用，而不会被反应消耗。
催化剂的数量通常很少，可以反复使用很多次。
2.催化剂与反应物之间通过物理或化学吸附相互作用，形成反应中间体。
这种中间体的生成有助于通过较低的能垒形成产物。
3.催化剂具有高活性和良好的选择性。
高活性使催化剂在温和条件下就能催化反应发生，良好的选择性使催化剂只促使所需的反应发生，减少副产物的生成。
催化剂的概念和基本特征
催化剂的概念和基本特征嘿，你有没有想过，在我们的化学世界里，有一种东西就像是魔法精灵一样？它自己不怎么发生变化，却能让其他物质之间的反应变得大不一样，这就是催化剂啦。
我记得我上学的时候，化学课上老师拿出一小撮黑色的粉末，说是二氧化锰，要给我们演示过氧化氢分解的实验。
过氧化氢啊，就像一个懒家伙，自己分解得慢吞吞的。
可是呢，当把那二氧化锰加进去，好家伙，就像给这个懒家伙打了一针兴奋剂，气泡“咕噜咕噜”地直冒，氧气就快速地产生了。
这二氧化锰就是催化剂。
那催化剂到底是什么概念呢？简单来说，催化剂就是一种能改变化学反应速率的物质。
它参与化学反应，但在反应结束的时候，它又恢复到原来的样子。
就好像一个热心的中间人，把两个不太好打交道的人拉到一起，促成他们的合作，完事儿之后自己拍拍屁股走人，一点没受影响。
我有个朋友，他在工厂里工作。
他跟我说啊，他们生产某种塑料的时候，有个反应特别慢，这可急坏了他们。
就像一群乌龟在赛跑，半天看不到进展。
后来加入了一种催化剂，嘿，那反应速度就像跑车在高速公路上飞驰一样。
你想啊，如果没有这个催化剂，他们得浪费多少时间和成本啊。
这就体现出催化剂改变反应速率的神奇之处。
那催化剂有哪些基本特征呢？首先，催化剂有专一性。
这就好比一把钥匙开一把锁。
一种催化剂往往只能对特定的反应起催化作用。
比如说，酶就是一种生物体内的催化剂，淀粉酶就专门作用于淀粉的分解，你要是让它去催化脂肪的分解，那可就是“赶鸭子上架”，根本行不通。
我问过我的生物老师，为什么会这样呢？老师就笑着说，这就像每个运动员都有自己擅长的项目一样，淀粉酶的结构就决定了它只能对淀粉“下手”。
其次，催化剂有高效性。
少量的催化剂就能使反应速率大大改变。
就像你在一锅汤里只需要加一点点盐就能让汤有味道一样。
在化工生产中，可能只需要加入一点点催化剂，就能让原本需要很长时间的反应在短时间内完成。
我在书上看到过，有的催化剂能把反应速率提高几百万倍呢，这是多么惊人的数字啊！你说神奇不神奇？要是没有这种高效性，很多大规模的化工生产恐怕都难以实现。
催化剂及其基本特征
1、催化剂及其基本特征催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。
催化剂的基本特征催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应；催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置；催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程；催化剂对反应具有选择性。
2、催化剂的组成主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。
助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。
催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用3、催化剂的稳定性指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。
催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。
催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。
4、物理吸附与化学吸附的主要区别物理吸附：指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。
化学吸附：指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。
5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Brönsted定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。
能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。
工业催化复习资料最终版
1.催化剂的定义是: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.2.催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
3.催化剂的基本特征：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，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。
4.工业催化剂一般有哪些组分组成？各组分具有什么功能？①活性组分：提供改变反应历程的组分,多为金属、氧化物、酸碱②载体组分:提供高的比表面积、孔结构、活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体.多数为硅和铝的氧化物③助催化剂组分：催化剂的辅助组分，本身没有活性或者活性很低，用于活性组分或载体改性。
5.载体的功能主要体现在哪几个方面？（分散作用、稳定作用、支撑作用，传热和稀释作用、助催化作用）①提供适宜的比表面和孔结构②维持催化的形状和机械强度③改善催化剂热传导性④提高催化剂中活性组分分散度⑤提供附加活性中心⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用6.催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标，它包括催化剂的活性、选择性和稳定。
7。
多相催化反应过程中，从反应物到产物一般经历哪些步骤包括五个连续的步骤。
（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）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。
8.当气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象称为吸附现象。
9.几种等温吸附等温吸附平衡过程用数学模型方法来描述可得到等温方程，其中包括：Langmuir(朗格缪尔）等温方程,Freundlich(弗郎得力希）等温方程，T｝MKI｝IH(焦姆金)等温方程及BET(Brunauer，Emmett及Teller）等温方程等。
第三章 化工生产过程基本知识
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第一节 工业催化剂
一、催化剂的基本特征
定义：在化学反应体系中，因加入了某种物质而 使化学反应速率明显加快，但该物质的数 量和化学性质在反应前后不变，该物质称 为催化剂。 这种作用称为催化作用。
能明显降低反应速率的物质称为负催化剂。 催化剂能加快反应速度的原因：改变反应途径，反应活
举例：乙烯环氧化生产环氧乙烷。见教材p21
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④用于正反应的催化剂不一定能直接应用于逆反应。 举例：加氢反应和脱氢反应。见教材p22 ⑤催化剂具有一定的使用周期。
催化剂的中毒和流失等使得催化剂的使用周期 有限。
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二、催化剂的组成与性能
催化剂的分类：
汽油 脱硫净化 CH3OH 环境保护 醋酸 药物 环境保护 环境保护 新型聚烯烃
沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等
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第二节 工业催化剂
• 一、催化剂的基本特征 • 二、催化剂的组成与性能 • 三、催化剂的使用 • 四、工业生产对催化剂的一般要求 • 五、催化剂制备方法简介
Vg cm3 / g 。
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固体催化剂
2）孔隙率 pVg
孔隙率是催化剂颗粒的孔容积和颗粒的体积之比。式 中 p g / cm3 为表观密度（假密度），是以颗粒体积计 算的密度。
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固体催化剂
3.孔径及其分布 催化剂中孔道的大小、形状和长度都是不均一的，催化剂孔 道半径可分成三类： 1）微孔，孔半径为1nm左右； 2）中孔，孔半径为1～25nm左右； 3）大孔，孔半径大于25nm的孔。
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1、催化剂及其基本特征催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。
催化剂的基本特征催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应；催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置；催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程；催化剂对反应具有选择性。
2、催化剂的组成主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。
助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。
催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用3、催化剂的稳定性指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。
催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。
催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。
4、物理吸附与化学吸附的主要区别物理吸附：指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。
化学吸附：指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。
5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Brönsted定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。
能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。
固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。
固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。
6、如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸7、如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。
对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。
8、如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量就是在TPD装置上将预先吸附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。
这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。
9、简述固体酸催化剂的催化作用机理。
固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。
现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。
所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。
10、催化裂化反应有哪些规律（1）新生成的伯正碳离子极不稳定，并迅速转化为仲正碳离子，然后再β处断裂，反应继续下去，直至成为不能再断裂的小正碳离子为止，并在反应过程中将H+ 传给催化剂变成烯烃。
（2）烯烃裂化时也首先形成正碳离子，并遵循β处断裂原则，生成一个较小的烯烃和一个伯正碳离子，伯正碳离子再重排，裂化为较小的烯烃。
（3）环烷烃裂化时形成的正碳离子的机理与烷烃一体，但由于存在大量仲碳离子和叔碳离子，所以环烷烃的反应能力很高，并能生成各种与烯烃裂化类似的产品，同时还存在一定的芳烃。
（4）芳烃裂化时也先形成正碳离子，然后在侧链断裂，而芳环基本上不参加反应。
（5）裂化速率按与环所连的碳原子伯、仲、叔顺序和随侧链的长度增加而增加。
11、FCC工艺中三个主要部分的特点（一）反应－再生系统新鲜原料经过一系列换热后与回炼油混合，进人加热炉预热到 370 ℃左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷人提升管反应器下部，与来自再生器的高温（约 650～700 ℃）催化剂接触并立即气化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以 7～8 m/s的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落人沉降器下部，油气排带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进人分馏系统。
积有焦炭的待生催化剂由沉降器进人其下面的汽提段，用过热蒸汽进行汽提以脱除吸附在催化剂表面上的少量油气。
待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进人再生器，与来自再生器底部的空气接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度度（密相段温度约650～680 ℃）。
再生器维持～，床层线速约～m/s。
再生后的催化剂经淹流管、再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。
烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进人旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排人烟囱。
（二）分馏系统分馏系统的作用是将反应－再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。
由反应－再生系统来的高温油气进人催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进人分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。
（三）吸收－稳定系统从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶解有C3和C4甚至 C2组分。
吸收－稳定系统的作用就是利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气( ≤C2 )、液化气（ C3 、C4）和蒸气压合格的稳定汽油。
12、三反应器催化重整过程中的基本反应有哪些1、加氢-脱氢反应；2、异构化、环化反应；3、芳构化反应。
13、什么是表面弛豫、Schottky缺陷、Frenkel缺陷、堆垛层错在金属的表面原子层中，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，使表面相中原子层间距偏离体相内的层间距，即发生了收缩或膨胀，表面相中原子的这种位移称为表面弛豫。
当表面层晶格中的一个离子运动到表面，并在扭折位置处结合，这样在原来的晶格位置上就会留下一个空位而形成缺陷，这种缺陷成为Schottky缺陷。
如果原来处于正常晶格位置上的离子由于热运动迁移到了晶格间隙，原来的晶格位置也会留下一个空位，结果在晶体中间隙离子与相应的空位一起构成了缺陷，这样的缺陷称为Frenkel缺陷。
理想的晶面堆垛中出现错配和误位形成的缺陷称为堆垛层错。
14、简述溢流效应。
溢流是指固体催化剂的一个相（给体相）表面上吸附或产生的活性物种（溢流子）向另一个在同样条件下并不能吸附或产生该活性物种的相（受体相）表面上迁移的过程，可以认为是负载型金属催化剂金属和载体相互作用的一种特殊情况。
15、简述“几何结构适应原则”。
在多相催化反应中，反应物分子起反应的部分常常只涉及少数原子，催化剂中活性中心也只是由某几个原子所组成的所谓多位体(multiplet)。
实现催化反应的基本步骤就是反应分子中起反应的部分与催化剂的多位体之间的作用。
这种相互作用不仅能使反应物分子的部分价键发生变形，而且会使部分原子活化，促使新键的生成。
常见的多位体有二位体、三位体、四位体、六位体。
16、烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中，CoO的作用是什么CoO的作用是使MoS2晶体保持分离状态。
17、合成氨工艺流程中，甲烷化的目的是什么主要的催化活性组分低变后, 原料中微量的CO和CO2 (< %) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除。
Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni > Co > Fe > Cu > Mn > Cr > V18、钙钛矿型复合金属氧化物的结构特征这种复合金属氧化物是结构与钙钛矿CaTiO3类似的一大类化合物，通式为ABO3，其中A：B 配位数为6：6的ABO3复合金属氧化物的结构和实例如表所示；A：B配位数为12：6的ABO3 复合金属氧化物的结构和实例如表19、以萘氧化反应为例论述金属氧化物催化剂的催化作用机理。
萘氧化反应分两步进行：（1）萘与氧化物催化剂反应，萘被氧化，氧化物催化剂被还原；（2）还原了的氧化物催化剂与氧反应恢复到起始状态，在反应过程中催化剂经历了还原－氧化循环过程。
20、简述氧物种在催化反应中的作用。
各种氧物种在催化氧化反应中的反应性能是不一样的，根据氧物种反应性能的不同，可将催化氧化分为两类，一类是经过氧活化过程的亲电氧化，另一类是以烃的活化为第一步的亲核氧化：在第一类中，O2- 和O- 物种是强亲电反应物种，它们进攻有机分子中电子密度最高的部分。
对于烯烃，这种亲电加成导致形成过氧化物或环氧化物中间物。
在多相氧化条件下，烯烃首先形成饱和醛，芳烃氧化形成相应的酐，在较高的温度下，饱和醛进一步完全氧化。
在第二类中，晶格氧离子O2- 是亲核试剂，它是通过亲核加成插入由活化而引起的烃分子缺电子的位置上而导致选择性氧化的。
21、简述乙烯环氧化催化反应的机理。
Ag是这一反应的特效催化剂，工业催化剂是负载型银催化剂，含Ag10％－35％，载体是α－Al2O3、SiO2等，并添加少量Re, Cs, Li等助催化剂。
目前为一般所能接受的乙烯环氧化反应的机理（乙烯与催化剂表面吸附氧反应生成产物）可表示如下：22、简述丙烯醛在Mo-V催化剂上的反应机理。
23、均相络合催化剂的特征络合物催化剂是—种以过渡金属为中心构成的络合物，处在中心地位的过渡金属原子或离子与配位体原子、分子或离子键合形成络合离子或分子。
其物理和化学性质由金属和配位体之间的键的性质及配位体在金属离子周围的几何排列所决定。
大多数原子簇的金属骨架是以三角形为骨架的多面体，最常见的有六配位八面体、五配位双三角锥和四配位平面四边形，多核配合物的各个金属原子的配位体和单核配合物的相同，也是多种多样的。
24、金属-配体化学键的成键有哪些形式（1）由金属提供一个半充满轨道，配体提供一个半充满轨道形成配键；（2）由金属提供一个空轨道，配体提供一个充满轨道形成配键；（3）由金属提供一个充满轨道，配体提供一个空轨道形成配键；（4）金属同时提供一个空轨道和一个充满轨道分别与配体的一个充满轨道和空轨道作用，形成金属—配体间的双键。