催化剂与催化作用
催化剂与催化作用
问题1：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？
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
CH3OH+O2=HCHO+2H2O
酸碱型及氧化还原型催化反应比较
比较项目
酸碱型催化反应
催化剂与反应物之 电子对的接受或电荷密度
间作用
的分布发生变化
反应物化学变化 非均裂或极化
4. 催化剂的寿命
1.2 催化反应及催化剂的分类
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
反应类型 加氢 脱氢 氧化
羰基化
聚合 卤化 裂解 水合 烷基化，异
常用催化剂
Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(Pph3)3*,RhCl 2(CO)Pph3 CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3 AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛，活性白土 H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛，离子交换树脂 H3PO4/硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分
各类催化剂及催化作用
各类催化剂及催化作用催化剂是指在化学反应中起到催化作用的物质，它能够提高化学反应的速率，但自身并不参与反应，也不会被反应消耗掉。
催化剂在工业生产中起着重要的作用，它们可以提高反应速率，降低能量消耗，减少副产物的生成，并且可重复使用。
催化剂可以分为很多类别，下面将介绍几种常见的催化剂及其催化作用：1.金属催化剂：金属催化剂是使用最广泛的催化剂之一、金属催化剂的催化作用主要体现在电化学反应和气相反应中，如Pt、Pd、Ru等常用于氧化还原反应和催化加氢反应。
金属催化剂在催化反应中起到吸附和活化反应物，提供活性位点以促使反应进行的作用。
2.酸催化剂：酸催化剂是指那些具有酸性的催化剂，如硫酸、磷酸、氯化铝等。
酸催化剂的催化作用主要表现在酸碱中和反应、质子传递等方面。
酸催化剂在酯化、醇缩聚反应、酮醛缩合反应等有机合成中具有重要的应用。
3.碱催化剂：碱催化剂是一类具有碱性的催化剂，如氢氧化钠、碳酸钠等。
碱催化剂的催化作用主要体现在酸碱中和反应、质子传递等方面。
碱催化剂常用于酯化反应、醇缩合反应、醚化反应等有机合成中。
4.酶催化剂：酶是一类具有催化作用的生物催化剂，能够在生物体内催化各种生化反应。
酶催化剂具有催化效率高、催化选择性好、温和条件下催化等特点。
酶催化剂在食品工业、制药工业等领域都有广泛的应用。
5.网络催化剂：网络催化剂是一种多孔材料，其特殊的结构和性质使其具有较大的比表面积和丰富的催化活性位点。
网络催化剂广泛用于催化裂化、催化加氢、催化氧化等工艺。
6.孔隙催化剂：孔隙催化剂是指具有一定孔隙结构的固体催化剂，如分子筛、活性炭等。
孔隙催化剂的孔隙结构能够提供大面积的活性表面，促进反应物分子的扩散和吸附，从而加速了反应速率。
总的来说，催化剂在化学反应中起到了至关重要的作用，它们能够降低反应的活化能，提高反应速率，降低能量消耗，减少副产物的生成。
通过选择合适的催化剂，可以实现高效、低能耗的化学反应，从而促进工业生产的发展。
催化作用与催化剂
催化作用与催化剂催化作用是指在化学反应中，通过引入催化剂，以降低活化能，从而加快反应速率的过程。
催化剂是指参与反应但不会被耗尽的物质，它通过提供反应路径上的一个新的、较低能量的过渡态，降低反应物转化为产物所需要的能量。
催化剂在反应结束后可以通过减压、升温等方法进行回收和再次使用。
催化作用是一种绿色环保的化学方式，它可以使反应在相对温和的条件下进行，减少能源消耗和环境污染。
催化作用在许多重要的实际应用中发挥着重要作用，如化学工业中的合成反应、汽车尾气净化、石化工业中的裂化和加氢等。
催化作用的基本原理是通过改变化学反应路径，从而降低反应能垒，提高反应速率。
催化剂通常通过与反应物发生化学反应形成中间产物，然后再与中间产物发生反应形成产物，最后再与反应物分离。
这个过程是循环进行的，催化剂在反应结束后仍然存在。
催化剂能够提供新的反应通道，使一些难以实现的反应能够在相对温和的条件下发生。
催化剂的活性是指其引入反应中以后，对反应速率的促进程度。
催化剂的活性与其物理、化学性质有关，如表面积、晶格结构、电子结构等。
催化剂通常是金属、金属合金、氧化物等，且具有高活性的特点。
催化剂有多种分类方法。
按照其物理状态，催化剂可以分为固态催化剂、液态催化剂和气态催化剂。
固态催化剂是指在反应中以固体形式存在的催化剂，主要应用于氧化、还原、水解、聚合等反应。
液态催化剂是指以液态形式存在的催化剂，主要应用于液相反应。
气态催化剂是指以气态形式存在的催化剂，主要应用于气相反应。
催化剂还可以根据其特性来分类。
例如，催化剂可以根据其反应类型分为酸性催化剂和碱性催化剂。
酸性催化剂是指通过提供氢离子促进反应的催化剂，而碱性催化剂是指通过提供氢氧根离子促进反应的催化剂。
酸碱催化剂主要应用于酯化、加成、消除等反应。
催化剂还可以根据其作用机理分为表面催化剂和体相催化剂。
表面催化剂是指催化剂与反应物接触表面发生反应的催化剂，一般是固体催化剂。
表面催化剂的特点是具有较大的表面积，提供了大量的反应中心。
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。
各种催化剂及其催化作用
各种催化剂及其催化作用催化剂是指在化学反应中参与反应过程，但在反应结束后仍能够恢复原状，不发生永久变化的物质。
催化剂能够降低反应的活化能，从而加速反应速率，提高反应的效率。
以下是一些常见的催化剂及其催化作用。
1.酶类催化剂：酶是生物体内的一类催化剂，它们能够加速和控制细胞内的化学反应。
例如，淀粉酶可以催化淀粉分解为葡萄糖；脱氢酶可以催化乳酸转化为丙酮酸。
2.金属催化剂：金属催化剂是最常见的一类催化剂，可以分为均相催化剂和异相催化剂。
均相催化剂溶解在反应物中，例如铂金催化剂可以催化氢气与氧气的反应生成水。
异相催化剂存在于反应物的表面，例如铁催化剂可以催化氧气和一氧化碳反应生成二氧化碳。
3.酸碱催化剂：酸和碱都可以作为催化剂，它们能够提供可用于化学反应的质子或氢离子。
例如，硫酸催化剂可以催化脂肪酸的酯化反应，碱催化剂可以催化酯类的水解反应。
4.过渡金属催化剂：过渡金属催化剂是一类特殊的金属催化剂，由过渡金属元素组成。
它们可以在反应中形成中间物种，从而加速反应的进行。
例如，氨合成反应中使用的铁催化剂能够促使氢气和氮气反应生成氨。
5.醇酶催化剂：醇酶是一类催化剂，可以催化香蕉、苹果等水果中的醇类物质从醛、酮分化成醇。
6.光催化剂：光催化剂是通过吸收光能并产生电荷转移，从而促进化学反应的催化剂。
例如，二氧化钛是一种常见的光催化剂，可以催化水的光解反应，产生氢气和氧气。
7.植物色素催化剂：植物色素是一类具有催化性质的有机化合物，可以催化光合作用中的反应。
例如，叶绿素是光合作用中的重要催化剂，能够催化光能的吸收和转化。
以上仅是一些常见的催化剂及其催化作用，实际上还有许多其他催化剂和催化作用。
催化剂在化学工业和生命科学领域中起着至关重要的作用，能够提高反应速率、增加产物产量和节约能源等。
随着科学技术的发展，对催化剂的研究和应用还将进一步深化，为人类的生活和工业生产带来更多的便利和进步。
各种催化剂及其催化作用
各种催化剂及其催化作用催化剂是在化学反应中加速反应速率但本身并不参与反应的物质。
通过提供一个能量有效的反应途径，催化剂可以降低活化能，从而促进反应的进行。
催化剂在各个行业都有广泛的应用，包括化学、能源、环境和医药等领域。
下面是一些常见催化剂及其催化作用的例子。
1.酶催化剂：酶是生物催化剂的代表。
酶在生物体内促进化学反应的进行，如消化食物、合成物质等。
酶催化剂具有高效、高选择性、低能量消耗等优点。
2.转金属催化剂：金属催化剂广泛应用于有机合成反应中。
例如，钯催化剂常用于氢化反应、交叉缩合反应等。
金属催化剂可以提供有效的活化位点，加速反应的进行。
3.齐特尔催化剂：齐特尔催化剂常用于聚合反应中。
例如，钛齐特尔催化剂被广泛用于聚合丙烯、乙烯等。
4.五氧化二钒催化剂：五氧化二钒催化剂可用于氮氧化物的催化还原。
五氧化二钒可将氮氧化物（如NOx）还原为氮气和水。
5.铂催化剂：铂催化剂常用于汽车尾气处理中。
它可以将一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO）转化为无害的二氧化碳和氮气。
6.锂催化剂：锂催化剂可用于有机合成中的各种反应，如还原、氧化等。
锂催化剂在有机合成中具有高效、高选择性和环境友好的特点。
7.过渡金属催化剂：过渡金属催化剂广泛应用于有机合成和不对称合成中。
它们可以催化诸多反应，如氧化反应、还原反应、偶联反应等。
8.碱催化剂：碱催化剂可用于酯化、烷基化等反应。
对于许多有机反应，碱催化可大大提高反应速率。
9.氧化剂催化剂：氧化剂催化剂可用于氧化反应，如醇的氧化、烃的氧化等。
例如，二氧化锰常用作氧化剂。
10.鲍耳催化剂：鲍耳催化剂可用于烯烃的水化反应。
鲍耳催化剂可以将烯烃转化为醇。
除了以上提到的催化剂，还有很多其他种类的催化剂被广泛应用于各个领域。
催化剂的运用不仅可以提高化学反应的速率和产率，还可以使反应更加环保和节能。
催化剂的发展和应用在加速科学和工业的进步中起到了至关重要的作用。
化学反应中的催化剂和催化作用
化学反应中的催化剂和催化作用化学反应是物质的转化过程，而催化剂在化学反应中扮演着至关重要的角色。
催化剂可以显著加速反应速率，降低所需的能量，并且在反应结束时可以被回收再利用。
本文将介绍催化剂的作用机理、分类以及在实际应用中的重要性。
一、催化剂的作用机理催化剂通过提供适宜的反应路径来改变化学反应的速率。
在反应中，催化剂与反应物发生物理或化学相互作用，形成活化复合物，从而降低了反应所需的活化能。
具体来说，催化剂可以通过以下几种方式发挥作用：1. 提供活化官能团：催化剂能够与反应物中的官能团相互作用，使其更容易发生反应。
例如，金属催化剂可以提供活性位点，促使气体分子吸附，并改变分子间相互作用从而促进反应。
2. 降低反应的活化能：催化剂能够降低反应物转化为中间体的活化能，使反应更容易发生。
催化剂通过与反应物形成键合，改变键的极性和键长，从而降低活化能。
例如，酶作为生物催化剂，在生物体内可以加速许多反应。
3. 提供新的反应机制：催化剂能够介导新的反应机制，从而改变反应路径。
有些催化剂能够提供反应的新的活化途径，从而产生具有不同化学性质的产物。
二、常见的催化剂分类根据催化剂的组成和性质，我们可以将其分为以下几类：1. 酸催化剂：酸性催化剂通过向反应体系中提供质子（H+），可以促进酸碱反应、羰基化反应等。
典型的酸催化剂包括硫酸、HCl等。
2. 碱催化剂：碱性催化剂以提供氢氧根离子（OH-）为主，可以促进酸碱反应、酯化反应等。
氢氧化钠和氢氧化钾是常见的碱催化剂。
3. 金属催化剂：金属催化剂通常以过渡金属为主，如铂、铁、钯等。
金属催化剂在许多有机反应中具有广泛应用，如氢化反应、烯烃的加成反应等。
4. 酶催化剂：酶是一类高度特异性的生物催化剂，通过空间结构和活性位点的调节来加速反应速率。
例如，酶催化剂可以促进葡萄糖转化为乳酸的反应。
三、催化剂在实际应用中的重要性催化剂在各个领域的应用都非常广泛，从化学合成到环境保护都离不开催化剂的存在。
催化剂与催化作用
催化剂与催化作用催化剂是化学反应中常用的一种物质，它能够加速反应速率而本身不参与反应。
催化剂在许多工业生产过程中起着重要的作用，它们能够提高反应的效率、降低反应温度和能量消耗，并减少有害副产物的生成。
本文将从催化剂的定义、分类、催化作用的原理和应用等方面进行探讨。
一、催化剂的定义和分类催化剂是指在反应中可以改变反应速率而不参与反应本身的物质。
催化剂能够通过提供反应物之间的有效碰撞、改变反应物的电子结构或改变反应的活化能等方式来促进反应的进行。
根据催化剂的物理状态，可以将其分为两大类：气相催化剂和固相催化剂。
气相催化剂通常以气体形式存在，如氧气、氮气等。
固相催化剂则以固体形式存在，如金属、金属氧化物、金属酸和金属碱等。
固相催化剂在工业生产中得到了广泛应用，因为它们具有较好的稳定性和可重复使用性。
二、催化作用的原理催化作用的原理主要包括以下几个方面：1. 提供活化能：催化剂能够提供反应所需的能量，降低反应的活化能，使反应更容易发生。
通过提供中间体、吸附反应物或改变反应物的构型等方式，催化剂能够降低反应的能量阈值，从而加速反应速率。
2. 改变反应路径：催化剂能够改变反应的路径，使其经过一个更低能量的途径。
催化剂通过与反应物发生相互作用，改变反应物的电子结构或构型，从而降低反应的能量消耗。
3. 提高反应速率：催化剂能够提高反应的速率，使反应更快达到平衡。
催化剂通过提供更多的反应活性位点、增加反应物的有效碰撞频率或增加反应物在催化剂表面的吸附时间等方式，促进反应的进行。
三、催化剂的应用催化剂在许多工业生产过程中得到了广泛应用。
以下是一些常见的催化剂及其应用：1. 铂金催化剂：铂金催化剂广泛应用于汽车尾气处理中。
它能够催化氧气与一氧化碳反应生成二氧化碳，将有害的一氧化碳转化为无害的二氧化碳。
2. 铁催化剂：铁催化剂被用于合成氨和合成甲醇等化学反应中。
它能够促进反应的进行，提高反应速率和产率。
3. 酶催化剂：酶是一种天然的催化剂，广泛存在于生物体内。
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根据Kp=K正/K逆，既然不能改变平衡常数，它必 然以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。这 个推论具有重要意义。 对于可逆反应，能催化正方向反应的催化剂，就 应该能催化逆方向的反应。例如，脱氢反应的催 化剂同时也是加氢反应的催化剂，水合反应的催 化剂同时也是脱水反应的催化剂。这条规则对选 择催化剂很有用。
ACS Catalysis 催化学报 /chxb/
绪 论
工业催化在现代化学工业中的作用
催化技术是现代工业重要的技术之一，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。
催化剂的组成
活性组分 助催化剂 载体
活性组分
活性组分是催化剂的主要成分，是起催化作用的根本性物质。 例如，合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3/C 中，如果没有Fe，催化 剂就一点也活性没有，Fe是合成氨催化剂的活性组分；但无 论有无K2O、Al2O3 ， Fe总是有催化作用，只是活性较低， 寿命较短。 活性组分可由1种或多种物质组成。有的活性组分是由2种或 2种以上的物质共同组成。如MoO3-Al2O3, WO3-ZrO2等。 活性组分可以是金属（ Fe、Pt 、Pd等)、过渡金属氧（硫） 化物（MoO3, WO3-ZrO2、MoS2等）、非过渡金属氧化物 (SiO2-Al2O3、分子筛等）。 有关各类活性组分的催化作用在以后章节分别介绍。
N2+3H2=2NH3催化反应途径
催化作用的四个基本特征
催化作用的特征（1）
催化剂只能加速热力学上可以进行的反应 （ G <0），而不能加速热力学上无法进 行的反应（ G >0） 。 （G是产物与反 应物的自由焓之差）
为一个（特别是新的）化学反应开发催化剂 时，首先要对该反应体系进行热力学分析， 看看在给定的条件下是否属于热力学上可行 的反应。
不能改变平衡的位置的另一实例
烷烃异构化
不同异构体的辛烷值不相同
异戊烷 正戊烷
62 RON 93 RON
2，3-二甲基丁烷
正己烷
31 RON
74 RN
3-甲基戊烷
75 RON 94 RON
2，2-二甲基丁烷
C5、 C6正、异构体热力学平衡组成
催化剂也同时加速逆反应速率
工业催化原理
陈长林
clchen@
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催化剂的组成与功能
提高反应速度的方法
工业上的一个化学反应，要能以一定的速度进行， 即在单位时间内能够获得足够数量的产品。 提高反应速度的手段：
加热的方法 光化学方法 电化学方法 催化方法
既能提高反应速度，又能控制反应方向
什么是催化剂?
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。 催化剂将反应物转变为产物，在循环的最终步骤催化 剂再回到其原始状态 ,加速化学反应，在过程中自身不 被消耗掉。 可用来作为催化剂的物质：
第三章、酸碱催化剂及其催化作用 第四章、分子筛催化剂及其催化作用 第五章、金属催化剂及其催化作用 第六章 半导体催化剂的催化作用及光催化原理 第七章 生物催化简介（自学）
第八章、工业催化剂的制备及活性评价（自学）
第三部分：催化剂的制备及其活性评价
第一章 催化剂与催化作用
本章主要内容 催化剂的基本概念和催化作用的基本 特征 催化剂的组成与功能 工业催化剂的基本要求
催化作用的特征（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）。 化学平衡是由热力学决定的 G0＝-RT1nKP ， 其中KP为反应的平衡常数，G0是产物与反应物 的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过 程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不 影响 G0 值，它只能加速达到平衡所需的时间， 而不能移动平衡点。
催化作用的特征（3）
-催化剂对反应具有选择性
催化剂对反应具有选择性
根据热力学计算，某一反应可能生成不只一 种产物时，应用催化剂可加速某一目的产物 的反应，即称为催化剂对该反应的选择性。 工业上利用催化剂具有选择性，使原料转化 为所需要的产品。 例如，以合成气(CO＋H2)为原料，使用不同 的催化剂则沿不同的途径进行反应。
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催化作用的特征（4）
-催化剂的寿命
催化剂能改变化学反应的速度，其自身不进入反应 的产物，在理想的情况下不为反应所改变。 催化剂在参与反应过程中，先与反应物生成某种不 稳定的活性中间络合物，再继续反应生成产物，催 化剂恢复到原来的状态。催化剂不断循环起作用。 一定量的催化剂可以使大量的反应物转化为大量的 产物。 实际反应过程中，催化剂并不能无限期地使用，在 长期的反应条件下和化学作用下，会发生不可逆物 理和化学变化，如晶相变化、晶粒分散度的变化、 组分的流失等，导致催化剂的失活。