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。对于一

个真正的可逆反应,催化剂对正，反方向两个反应的作用是相同的.

催化反应发生的条件：1温度是催化反应发生的最重要条件。一个化学反应受到催化作用的影响可得达以到在低于或高于热力学最佳温度的条件下进行。催化剂的活化及活

性中心的形成依赖于适当的温度。反应产物尽快脱离催化剂体系需要一定温度支持.

2压力是大多数催化反应发生的重要条件,根据反应分子被活化的难易改变其分压，即反应分子分压比值不等同于反应方程式确定的摩尔比；增加压力以保持催化剂/活性催化中心稳定.3微环境：介质（气氛,溶剂），载体，载气等的选择和考察往往是催化反应研究的重点。一是反应的，除温度、压力外，还包括介质反应器和传质上的因素,如采用什么样的气氛或溶剂，增大或减小与催化剂的接触时间。二是催化剂的,包括使用什么样的载体、溶剂,以及助催化剂,如何分散催化剂“分子”，如何确定

和调变活性中心等.催化反应发生的方式有两种。原料都以气体状态进入装填有催化剂固体的反应器，反应在气—固两相界面上发生，这类反应属于多相催化反应,即在两相及两相以上的介质体系中发生的催化反应，所用催化剂被称为多相催化剂。绝大多数情况下多相催化剂都是固体。催化的物理化学原理而对于有的反应体系，原料，催化剂等都是溶解在反应物中的,反应只在液相中发生，被称为均相催化反应,即在单一介质中发生的反应，所用催化剂被称为均相催化剂。均相催化剂一般都是络合物，故又称络合催化/络合催化剂。

催化相关概念和术语：活性中心：是在催化剂中,能活化反应物分子使之参与反应的原子或离子或原子团、离子团，称之为活性中心，也称之为活性位。催化剂失活：催化剂在使用过程中由于中毒、污损、烧结、流失等因素而使催化剂的活性逐渐下降，以至不能继续工业使用,这种现象称之为催化剂的失活现象。比活性：相对于催化剂某一特定性质而言的催化剂活性.其特点是:排除催化剂的表面积,孔结构等物理性质对反应的影响，从而体现出催化剂真正的加速反应的性能。转化率（X)：是反应物转化的重量百分比、摩尔百分比或分子数百分比，是无量纲指标。转化率X常指的是某一反应条件下的转化率。如催化剂用量，空速，反应温度等。选择性：转化为目的产物的量占总反应物转化量的百分数。它有两种表示方法:速率常数之比和目的产物收率与反应物的转化率之比.产率（Y）：是转化成产物C时所消耗的反应物A的量与总反应物A的百分比，是无量纲指标。催化剂稳定性：指催化剂在使用过程中稳定于某一活性值下的能力。稳定时间越短，催化剂的稳定性越差.覆盖度（θ)：指吸附剂表面被吸附质占据的程度。

二、催化作用的化学基础

物理吸附：吸附质是靠它与吸附剂之间的V.D。W。等物理力相互作用而吸附于吸附剂上,这种现象就为物理吸附。吸附能约5-10 kJ/mol.化学吸附:吸附质是靠它与吸附剂表面上吸附中心的剩余自由价相互作用形成一定程度的化学键而吸附于吸附剂上，这种

现象就为化学吸附。

应用：用物理吸附来测定催化剂的物理性质，如表面积，孔体积，孔径大小及其分布等。化学吸附用于研究催化剂的活性表面，如：NH3分子探针技术用于测定固体酸酸种类和酸量;CO2分子探针技术用于测定固体碱碱种类和碱量；CO/N2O分子探针技术；

H2/O2分子探针技术；反应物分子探针技术。化学吸附对反应物分子化学键的起作用的同时,也影响着吸附剂的电传导性和磁性能。化学吸附是催化理论中的基础理论。

催化剂表面吸附粒子的移动:理想表面上每一个吸附粒子在吸附位上的吸附势能都是一致的。若热运动能EV＞E b时，吸附粒子在理想表面上将是自由移动的。实际催化剂表面：表面势能是不均匀的，吸附位势能E min随x、y的变化不是周期性的、均匀的变动。吸附粒子与催化剂上吸附位的相互作用强度不一致，产生不同热效应。随着吸附

位的E min增加，吸附越难，且稳定性越差;当E V＞最大能垒E b时，吸附粒子就成了非定

位吸附；当E V＞某一能垒E b时，吸附粒子只能在小范围内移动.当E V＞最大能垒E b时，

吸附粒子可在催化剂表面上移动；当E V＞边界能垒E b时，吸附粒子可移出活性组分的

边界，而转移到与催化剂相接触的表面上，这种现象称为溢出效应；在反应条件下，

绝大多数反应物分子在催化剂表面上的吸附粒子都是可移动的，但移动的范围不同；

粒子的移动有利于反应的进行,加快了反应速率。

催化剂上表面反应机理:Langmuir-Hinshelwood吸附粒子之间的发生的反应；Eley-Rideal反应机理吸附粒子与气相或液相分子之间发生的反应。Langmuir-Hinshelwood

反应机理：分解反应均匀地出现在表面上；产物吸附弱，且迅速脱附；速率控制步骤(rds）是表面反应；反应速率= k θA。Eley-Rideal反应机理：反应速率

=kθAθb=kK A p A p B/(1+K A p A），p A一定时，反应速率对p B总是为一级。低压弱吸附

K A p A＜＜1，高压强吸附K A p A＞＞1。对于Langmuir—Hinshelwood和Eley—Rideal反应

机理来说,初始反应速率都随着A的覆盖度增大而增加。Langmuir-Hinshelwood:反应速率随A的覆盖度变化存在最大值；当表面被A全部占据时，反应速率为零；Eley—Rideal：反应速率一直增加直至表面被A全部占据。