催化剂与催化作用复习总结

催化剂的作用的特征有哪些？催化剂能否改变化学平衡？

（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，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）催化剂的寿命。催化剂能改变化学反应的速率，其自身并不进入反应的产物，在理想的情况下不为反应所改变。但在实际过程中不能无限制的使用，催化剂经过多次使用后会失活。

催化剂如何加快化学反应速度？

催化剂加快反应速率的原因与温度对反应速率的影响是根本不同的。催化剂可以改变反应的路线，降低反应的活化能，使反应物分子中活化分子的百分数增大，反应速率加快。

催化作用可分为均相催化和非均相催化两种。如果催化剂和反应物同处于气态或液态，即为均相催化。若催化剂为固态物质，反应物是气态或液态时，即称为非均相催化。

在均相催化中，催化剂跟反应物分子或离子通常结合形成不稳定的中间物即活化络合物。这一过程的活化能通常比较低，因此反应速率快，然后中间物又跟另一反应物迅速作用(活化能也较低)生成最终产物，并再生出催化剂。该过程可表示为：

A＋B=AB(慢)A＋C=AC(快)AC＋B=AB＋C(快)

式中A、B为反应物，AB为产物，C为催化剂。

由于反应的途径发生了改变，将一步进行的反应分为两步进行，两步反应的活化能之和也远比一步反应的低。该理论被称为“中间产物理论”。

在非均相催化过程中，催化剂是固体物质，固体催化剂的表面存在一些能吸附反应物分子的特别活跃中心，称为活化中心。反应物在催化剂表面的活性中心形成不稳定的中间化合物，从而降低了原反应的活化能，使反应能迅速进行。催化剂表面积越大，其催化活性越高。因此催化剂通常被做成细颗粒状或将其附载在多孔载体上。许多工业生产中都使用了这种非均相催化剂，如石油裂化，合成氨等，使用大量的金属氧化物固体催化剂。该理论称为“活化中心理论”。

催化剂可以同样程度地加快正、逆反应的速率，不能使化学平衡移动，不能改变反应物的转化率。请注意加快逆反应也就是减慢反应速率，这种催化剂也叫负催化剂！

催化剂的活性、选择性的含义？

催化剂的活性，又称催化活性，是指催化剂对反应加速的程度，可以作为衡量催化剂效能大小的标准。催化剂的选择性是使反应向生成某一特定产物的方向进行。转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量。

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，而化学反应前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。

催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？

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；

②耐热稳定性:不烧结、微晶长大和晶相变化；

③抗毒稳定性:抗吸附活性毒物失活；

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

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

反应物分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，反应物分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。反应物分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。

固体催化剂的组成？各组成的作用？结构型助剂与电子型助剂有何区别？

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分，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。

一个好的工业催化剂应满足哪些条件？

（1）高活性：缓和的反应条件。低压、低温、高空速、大处理量；降低装置造价；降低操作费用；提高过程经济性（2）稳定性好：长寿命、使用时间长。活性下降慢；抗烧结、中毒、结焦、污染能力强；降低催化剂费用；提高过程经济性。（3）流体流动：流体的分布、压力降、扩散效应。催化剂利用率和过程控制；流体的分布：均匀、湍流、接近活塞流

反应器与催化剂颗粒直径比5~10；反应器长与催化剂颗粒直径比>50~100（4）压力降：尽可能小。提高催化剂床层空隙

何为转化率、收率和选择率、如何计算？

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%）

转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量为选择性。产率=选择性*转化率

为什么加氢催化剂对脱氢反应也有活性？工业上可逆反应选择的催化剂为什么往往是不相同的？

因为催化剂的加入不能改变反应常数，即催化剂既能加速正反应又可以加速逆反应，才能使平衡常数保持恒值。所以说为什么加氢催化剂对脱氢反应也有活性。

朗格谬尔、BET吸附等温式的假设及用途是什么？

朗格谬尔假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。

BET理论假设：固体表面均匀；吸附脱附不受周围分子影响；由于范德华力，不一定第一层吸满后才发生多层吸附。

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？

（1）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

（3）内扩散消除实验的做法是：在一定催化剂装填量（质量或体积）条件下，改变催化剂颗粒粒径，通过对比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，活性不再变化，那么活性不再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。

表面催化反应包括哪几个步骤？

（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