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。
催化剂与催化作用基本
催化剂与催化作用基本催化剂是指在反应中能够提高反应速度，而自身不发生永久性改变的物质。
催化剂通过提供反应的新反应路径，降低了反应的活化能，从而加速了反应速度。
催化作用在生产和日常生活中起着非常重要的作用。
下面将从催化剂的作用机理、分类和应用等方面进行详细介绍。
催化作用基本机理是通过提供新的反应路径，降低反应的活化能。
在化学反应中，反应物需要克服一定的能垒才能转化为产物。
而催化剂的作用是通过与反应物之间的相互作用，降低能垒，使反应更易发生。
催化剂通常通过与反应物形成中间物种或过渡态，并且在反应过程中循环使用。
催化剂可以分为两大类：是均相催化剂和异相催化剂。
均相催化剂是与反应物处于相同的相态，通常是气体、液体或溶液。
异相催化剂是与反应物处于不同的相态，通常是固体。
均相催化剂在反应中的机理主要有以下几种：酸碱性催化、阴离子催化、阳离子催化和自由基催化等。
酸碱催化是通过酸碱对反应物的活化作用来提高反应速度，如硫酸促使醇酸酯化反应；阴离子催化是通过阴离子的势能降低来加速反应，如碱金属离子促使酯水解反应；阳离子催化是通过阳离子的形成来提供新的反应路径，如亚胺的生成过程；自由基催化是通过自由基的产生和捕获来加速反应，如过氧化反应。
异相催化剂在反应中的机理主要有以下几种：吸附催化、表面催化和酶催化等。
吸附催化是指催化剂吸附反应物后，通过改变反应物的电荷分布和键能来加速反应，如催化剂上的铂催化氢气和氧气的反应；表面催化是指在催化剂表面上发生的反应，如氧化反应常常在金属表面上发生；酶催化是指通过酶的存在，加速生物体内的化学反应，如消化酶加速食物的消化。
催化剂广泛应用于化工、冶金、生物技术和环保等领域。
在化工领域，催化剂被广泛应用于炼油、合成氨、聚合和脱氢等反应中。
在冶金领域，催化剂用于金属矿石和废弃物的提纯和再利用。
在生物技术领域，酶催化广泛应用于食品加工、药物合成和基因工程等方面。
在环保领域，催化剂被用于净化废气和废水，如催化转化汽车尾气中的有害物质。
催化剂与催化作用
催化剂与催化作用催化剂是一种可以加速化学反应速率的物质，而不参与反应本身的物质。
催化剂能够通过提供一个新的反应路径，降低反应的活化能，从而加速反应速率。
催化剂在反应结束后可以被再生，并且可以多次使用，因此只需少量的催化剂就可以促使大量的反应发生，节省了原料和能源的消耗。
催化剂的作用机理可以通过表面反应理论来解释。
催化剂的表面具有许多活性位点，这些位点能够与反应物分子发生相互作用，并降低反应物分子之间的键能。
当反应物分子吸附到催化剂表面上时，它们会经历一系列的化学变化，最终形成产物并离开催化剂表面。
这个过程称为催化循环。
催化剂的选择对于反应的效果至关重要。
合适的催化剂能够提供适当的表面活性位点，并且能够与反应物分子发生特定的相互作用，从而提高反应的选择性和效率。
催化剂的选择需要考虑诸多因素，如反应类型、反应条件、催化剂的稳定性等。
催化剂广泛应用于化学工业、能源领域、环境保护等众多领域。
在化学工业中，催化剂常用于有机合成、聚合反应和氧化反应等。
例如，合成氨的哈伯-博斯曼过程中使用铁催化剂，使氮气和氢气在适当的条件下反应生成氨气。
在能源领域，催化剂被广泛应用于燃料电池和催化裂化等反应中。
燃料电池中的催化剂可以促进氢气和氧气的反应，产生电能，从而实现能源的高效转换。
而催化裂化是将重质石油馏分转化为轻质石油产品的重要工艺，其中催化剂起到了关键的作用。
催化作用的过程中，催化剂与反应物之间的相互作用是至关重要的。
催化剂通常通过吸附反应物分子来实现与之的相互作用。
吸附是指分子或离子在固体表面上的附着过程。
在催化作用中，反应物分子会与催化剂表面的活性位点发生吸附，并与之发生化学反应。
吸附的强弱和选择性是影响催化作用效果的重要因素之一。
强吸附会使反应物分子在催化剂表面停留的时间较长，有利于催化反应的进行；而选择性吸附可以使特定的反应物分子优先吸附，并与之发生化学反应，提高反应的选择性。
催化作用可以是正向的，也可以是逆向的。
催化作用与催化剂
• 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。
1901年德国物理化学家W.Ostwald提出催化剂定义:“催化剂是可 以改变化学反应的速度，但最后不出现在生成物中的物质”
1903年法国科学家P.Sabatier提出:“催化剂能引发化学反应或加 速化学反应，但本身不发生变化。
1981年IUPAC提出的定义:“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，涉及催化剂的反应称为催化反应。”
2024/2/16
不能改变平衡的位置的例子 乙苯脱氢制苯乙烯
催化剂不能改变平衡位置 -实例
乙苯脱氢制苯乙烯，在600℃常压、乙苯 与水蒸汽摩尔比为1：9时，按平衡常数 计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为 72.3％，这是平衡产率，是热力学所预示 的反应限度。为了尽可能实现此产率， 可选择良好催化剂以使反应加速。但在 反应条件下，要想用催化剂使苯乙烯产 率超过72.8％是不可能的。
2024/2/16
N2+3H2=2NH3的催化反应途径
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，而不能加速热力学上无法进行的反 应。
– 在开发一种新的化学反应的催化剂时，首先 要对该反应体系进行热力学分析，看在给定 的条件下是否属于热力学上可行的反应。
2024/2/16
催化作用的特征（2）
例如反应：
第2章 催化作用与催化剂
低于160℃
熔结
活性迅速下降
（Tm 1083℃）
Fe、Co、Ni
（Tm1527℃） Cu / 氧化铝， ● 铂粒 / 氧化铝 ， 铂黑 （dp 0.5～ 5nm） Pt Tm 1774 ℃
低于330℃
熔结
活性迅速下降
250℃
不发生明显熔结。 数年不见颗粒显著变化 一小时聚集成 50nm 微晶 六个月形成200 nm 微粒
例如： • SO2＋O2 SO3 ( V2O5)， • 无催化剂时，即使加热也几乎不生成 SO3。 • N2＋H2 NH3 (Fe催化剂)， • 若没有铁催化剂，在反应温度为400℃时， 其反应速度极慢，竞不能觉察出来，而当有 铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。
二、特征
1、只能加速热力学上可行的反应 H2(g) + ½ O2 (g) = H2O (g) △G 0298 = － 228.6 kJ/mol
甲醛 异构烃 丙烯
非过渡金 属氧化物
A型分子筛
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。
有些催化剂可制成多孔和较高的比表面积
例：Raney Ni — 多孔和高的表面积。 2Ni-Al + 2NaOH + 2H2O 隙率的颗粒表面上。 如：Pt / Al2O3 2NaAlO2 + 3H2 + 2Ni
CO2 + H2O
具有气体分子输送的粗孔道
(2) 分类
常用载体类型
载体 比表面 （㎡/g） 比孔容 （ml/g） 载体 比表面 （㎡/g） 比孔容 （ml/g）
低比表面
刚玉 碳化硅 浮石 硅藻土 0~1 <1 0.04~1 2~30 0.33~0.45 0.4
催化剂与催化作用
催化剂与催化作用催化剂是一种能够加速化学反应速率、同时不参与化学反应的物质。
催化剂在化学工业和生物化学等领域中扮演着重要角色。
催化剂的使用可以提高反应效率，减少能源消耗以及环境污染。
催化作用是催化剂发挥作用的过程。
催化剂通过提供特定的反应路径来降低反应的活化能，使具有较高能量的过渡态能够更容易达到，从而促进反应的进行。
催化作用可以使原本需要高温和高压的反应在较温和条件下进行，减少能源消耗，并使反应选择性更高。
催化剂的选择是一项关键工作。
首先，催化剂必须与反应物有良好的相容性。
其次，催化剂应具有高活性，能够有效地参与反应。
此外，催化剂还需要具备良好的稳定性，以便在反应过程中不失活或退化。
最后，催化剂的成本也是一个重要的考量因素。
催化剂在许多化学反应中都发挥着重要作用。
例如，在石化工业中，催化剂被广泛应用于裂化、重整、氧化等过程中。
在裂化反应中，催化剂可以将长链烃分解成短链烃，从而获得更高价值的产品，如汽油和石油醚。
在重整反应中，催化剂可以将低碳烃转化成高碳烯烃，用于合成高级燃料和化学品。
在氧化反应中，催化剂可以将有机物氧化为醛、酮等高价化合物。
此外，催化剂还在环境保护和能源领域中发挥着重要作用。
例如，在汽车尾气处理中，催化剂可以将有害的一氧化碳、氮氧化物和有机物转化成无害的二氧化碳、氮气和水蒸气。
在能源领域中，催化剂被用于催化剂燃烧和电解水制氢等反应中。
催化剂燃烧可以提高燃料的利用效率和排放的清洁程度，而电解水制氢则是一种可再生能源的重要产生方式。
总而言之，催化剂是一种能够加速化学反应速率，同时不参与反应的物质。
催化剂通过降低反应的活化能，促进了许多化学反应的进行。
催化剂的选择是关键，需要考虑与反应物的相容性、催化剂的活性、稳定性和成本等因素。
催化剂在化学工业、生物化学、环境保护和能源领域中都发挥着重要作用，对减少能源消耗、改善产品质量和保护环境具有重要意义。
因此，深入研究和开发新型催化剂是当前科学研究的热点之一，也是推动社会进步和可持续发展的重要方向。
催化剂与催化作用基本知识
催化剂与催化作用基本知识催化剂是指在化学反应中能够加速反应速率，但并不参与反应本身的物质。
催化剂通过提供适当的反应路径，降低了反应的活化能，从而使反应在较低的温度和压力条件下进行。
催化作用是催化剂参与反应的过程，其本质可以分为两种类型：表面催化和体相催化。
表面催化发生在气体和固体界面上，在表面上存在的活性位点上催化反应发生。
催化剂的活性位点是指其在表面上具有较高活性的原子或分子。
这些活性位点可以吸附参与反应的物质，在表面上形成中间体并促进生成产物。
表面催化的整个过程可以分为吸附、解离和反应三个步骤。
吸附是指物质被催化剂表面吸附，吸附后物质与催化剂发生相互作用；解离是指物质在催化剂表面上解离成反应产物和反应物；反应是指反应产物在催化剂表面上与其他反应物或产物发生反应。
体相催化发生在液体、气体或溶液中，催化剂与反应物和产物以固液、液液或气液界面形式共存。
体相催化的反应速率通常较慢，具有较高的活化能。
催化剂通过吸附反应物并使其发生反应，从而加速反应速率。
体相催化的过程通常涉及溶液中的催化剂颗粒与反应物的相互作用，在这个过程中催化剂也可以通过转移电子或质子来促进反应。
催化剂的选择十分重要，选择合适的催化剂可以大大提高反应速率并减少能量消耗。
催化剂的选择因反应类型和反应条件而异。
常见的催化剂包括金属、氧化物、酸碱催化剂以及酶等。
金属催化剂通常用于氧化还原反应，酸碱催化剂主要用于酸碱中和反应，酶则用于生物催化反应。
催化剂的活性受到多种因素的影响，包括温度、压力、反应物浓度、催化剂浓度和催化剂选择等。
理解这些因素，可以更好地优化反应条件和选择合适的催化剂，以获得最佳的反应效果。
催化剂的应用领域非常广泛。
在工业化生产中，催化剂常用于化学合成、炼油和环保等领域。
例如，合成氨的工业生产就需要采用铁系和铑系催化剂；汽车尾气处理则使用铂、钯和钌等负载型催化剂。
此外，催化剂还有助于提高能源利用效率，例如，将煤转化为天然气的反应中使用的F-T催化剂可以提高煤的利用率和燃烧效果。
各类催化剂及其催化作用
各类催化剂及其催化作用催化剂是能够加速化学反应速率和控制反应选择性的物质。
催化剂可以参与反应过程，并在反应后恢复其初始状态，因此能够循环使用。
现在我们来介绍一些常见的催化剂及其催化作用。
1.酸催化剂：酸催化剂能够提供质子，使反应发生在酸性条件下。
常见的酸催化剂包括硫酸、磷酸、硼酸等。
酸催化作用广泛应用于酸碱中和、酯化反应、糖类转化、脱水反应等。
2.碱催化剂：碱催化剂可以提供氢氧根离子，使反应发生在碱性条件下。
常见的碱催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾等。
碱催化作用常用于酯水解、羟酰胺反应等。
3.高温催化剂：高温催化剂常用于高温下的化学反应。
它们能够降低反应的活化能，并提高反应速率。
常见的高温催化剂有铂、铑、铱等稀贵金属。
高温催化作用广泛应用于汽车尾气净化、甲烷重整反应等。
4.金属催化剂：金属催化剂常用于氢化、氧化、加氢、加氧、加氨等反应。
常见的金属催化剂有铂、钯、铑、铱等。
金属催化剂在有机合成中具有广泛的应用，如选择性加氢、还原、还原偶联等反应。
5.酶催化剂：酶是一种具有催化作用的生物大分子。
由于酶拥有立体特异性和高催化效率，所以在生物体内参与了许多生物转化反应，并具有重要的应用价值。
酶可以催化多种反应，例如葡萄糖氧化、脱氢酶反应等。
6.基团转移催化剂：基团转移催化剂能够在不改变催化剂本身的数量的情况下，实现催化反应中基团的转移。
常见的基团转移催化剂有高锰酸钾、过氧化氢等。
基团转移催化剂广泛应用于有机合成中的酮缩、氧化反应以及有机波斯反应等。
以上只是催化剂中的一些典型例子，实际上催化剂种类繁多，根据不同的化学反应还有其他类型的催化剂。
催化剂通过改变反应的路径和降低反应的活化能来加速化学反应速率，具有广泛的应用前景。
在工业、农业和生物医药等领域，催化剂都发挥着重要的作用。
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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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工业催化 （第二版）
黄仲涛 耿建铭 编著 化学工业出版社 2006年 甑开吉等编 著 科学出版社 2005年
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固体催化剂研究方法（上、下册）
辛勤 主编 科学出版社2004年
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催化剂几个重要的性能指标
根据催化作用、催化剂定义和特性分析知道催 化剂有三个重要指标：活性、选择性和稳定性。 工业生产更多强调原料和能源的充分利用。 改进型的研究，一般是注重选择性，其次是稳 定性，最后才是活性。 新催化剂及工艺的研究，则先注重高活性、高 选择性，最后才是稳定性。
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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依赖催化技术开发新工艺过程
改进现有催 化剂体系， 革新已有反 应工艺路线， 促进新工艺 过程开发
更新原料路线例子
通过新型催化剂的开发，更新化工生产原料路线， 采用更廉价的起始原料，增加产品竞争能力。
Oxidation Cataly st
O
CH3 CH3
H2O Cataly st
HO
OH
H2C
思考题（1）
多相催化中转换频率 (TOF)
要求：阅读参考文献，重点是2000年以后发表的文 献。
参考文献：Turnover Rates in Heterogeneous Catalysis M. Boudart Chem. Rev.,1995,95,661-666
催化剂是如何加速反应速率的？
CH3 Cl 2
H2O
CH3
Cl
Cl
Cataly st
HO OH
OH Acid site HO -H2O O
Metal site +H2
OH OH
课程主要内容
第一部分：催化作用的基本原理
第一章、催化作用与催化剂 第二章、吸附作用与多相催化
第二部分：几类重要催化剂及其催化作用
电子型助催化剂
电子型助催化剂：作用是调变催化剂主要活性组分的电子 结构、表面性质或晶形结构，从而提高催化剂的活性和选 择性。研究表明，金属的催化活性与其表面电子的授受能 力有关。具有空成键轨道的金属，对电子有强的吸引力， 而吸附能力的强弱和催化活性紧密相连的。 如氨合成用的铁催化剂中，Fe有空的d轨道，可以接受电子， 在Fe-Al2O3中加入K2O后， K2O把电子传给Fe，使Fe原子的 电子密度增加，提高其活性，所以K2O 是电子型的助催化 剂。 电子型助催化剂能使催化反应活化能降低。
WO3-ZrO2
助催化剂改变催化剂活性的例子
助催化剂的种类
结构型助催化剂
电子型助催化剂
结构型助催化剂
结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性 和热稳定性。通过加入这种助催化剂，使活性组分的 细小晶粒间隔开来，不易烧结；也可以与活性组分形 成固熔体而达到热稳定，提高活性。 可起结构稳定作用的助催化剂，多为熔点较高、难还 原的金属氧化物。 如合成氨用的Fe催化剂，通过加入少量的Al2O3结构型 助催化剂，使Fe的催化活性、和寿命大大延长。原因 是Al2O3与活性Fe形成了固熔体，有效稳定了Fe原子晶 格的最具活性的晶面。
无机化工领域的合成氨、硝酸、硫酸的生产； 有机化工原料中的甲醇、醋酸等的生产； 石油加工领域的催化裂化、催化重整等； 煤化工中的催化液化、气化、煤基合成油、煤制烯烃等； 高分子化工中的聚合物材料的生产； 药物、精细化学品生产的大多数过程； 环境保护催化过程。
新催化剂的发明是新工艺技术的源泉
助催化剂
助催化剂是加到催化剂中的少量物质（<5~10%) ， 是催化剂的辅助成分，本身没有催化活性或活性很 小。 可以调变催化剂的化学组成、结构、价态、酸碱性、 分散度等 具有提高主催化剂的活性、选择性，稳定性和寿命。 助催化剂的含量效应常比载体的含量效应敏感得多。
助催化剂调变催化剂的结构的例子
Journal of Catalysis Applied Catalysis A: General Applied Catalysis B: Environmental Catalysis Today Catalysis Communications Journal of Molecular Catalysis A:Chemical Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic Chinese Journal of Catalysis
催化作用改变反应途径和目标产物实例 合成气选择性催化转化利用
Pt/Rh/SiO2 Cu-Zn-O CO+H2 Syngas
合成气
乙醇 甲醇 甲烷 二甲醚 合成汽油
Ni Cu, Zn Co, Ni, Fe
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。