催化剂与催化作用基本知识精品PPT课件

H2C CH2 BF3
键 合
氧化还原型催化反应
氧化还原型催化反应机理可 认为是催化剂与反应物分子间通 过单个电子转移，形成活性中间 物种进行催化反应。
H H H H ＋ M M M M
表1-4 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
氧化还原型催化反应
催化剂与反应物之间 作用
电子对的接受或电荷密度的分 布发生变化
1.2.1 催化反应分类
A. 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。
B. 按反应类型进行分类
催化技术
第一章 催化剂与催化作用基本知识
Basic Knowledge of catalyst and catalysis
主要内容
1 催化作用的特征 2 催化反应和催化剂的分类 3 固体催化剂的组成与结构
催化剂的反应性性能及对工业催 4 化剂的要求 5 多相催化反应体系的分析
催化技术课程主要参考书
催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚 至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工 业化生产。
问题2：请同学们举二个以上的实例？
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应物 催化剂及反应条件
Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～
CO+H2
3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
Ni, 473～573K, 1.0133×105Pa
Co,Ni, 473K, 1.0133×105Pa
催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量
0.02
8.19
0.063
8.34
0.079
8.20
2.7
8.13
0.15
8.15
0.52
8.27
0.54
8.10
8.19
可逆反应
E
根据微观可逆原理，
假如一个催化反应是
可逆的，则一个加速
正反应速率的催化剂
也应加速逆反应速率，
以保持 K平不变（K平
R
＝ k正/k逆）。
单个电子转移
反应物化学变化
非均裂或极化
均裂
生成活性中间物种 催化剂 催化剂举例 反应举例
自旋饱和的物种（离子型物种）自基旋型不物饱种和）的物种（自由
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。
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。
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
1.1.2 催化作用不能改变化学平衡
表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度
催化剂 SO2 SO2 SO2 ZnSO4 HCl 草酸 磷酸 平均
表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应类型 加氢 脱氢 氧化 羰基化 聚合 卤化 裂解 水合
烷基化，异构化
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*,RhCl2(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,沸石分子筛
产物 乙醇 甲醇 乙二醇 二甲醚 甲烷 合成汽油
甲醇氧化反应的不 同能垒变化示意图
热反应时生成CO2比 生成甲醛的能垒小很
多
CH3OH+O2=CO2+2H2O
催化反应时，生成CO 和CO2的能垒明显高于
生成甲醛的能垒
CH3OH+O2=HCHO+2H2O
应产物具有选择性的主要原因 仍然是由于催化剂可以显著降 低主反应的活化能，而副反应 活化能的降低则不明显
催化剂选择性理解
❖ 1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性（机理 选择性）
❖ 2、催化剂因催化剂结构不同导致选择性（扩散选 择性）。
问题3：催化剂的选择性在工业上有何意义？
1 催化作用的特征
2 催化反应和催化剂的分类
3 固体催化剂的组成与结构 催化剂的反应性性能及对工业催
4 化剂的要求
5 多相催化反应体系的分析
❖ 第二，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。
1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度
使合成氨实现工业生产
催化剂改变反应历程意味着
❖ 1、催化剂参与反应物之间的化学反应 ❖ 2、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值
大大减少。 ❖ 结果：
❖ 工业催化 • －黄仲涛 主编 化学工业出版社
❖ 催化作用基础（第三版）
▪ 甑开吉等编 著 科学出版社 2005年
❖ 分子筛与多孔材料化学
▪ 徐如人 等著 科学出版社2004年
❖ 固体催化剂研究方法（上、下册）
▪ 辛勤 主编 科学出版社2004年
1.1.1催化剂和催化作用 (Catalyst and Catalysis)
D. 按反应机理进行分类
酸碱型催化反应
酸碱型催化反应的反应机理 可认为是催化剂与反应物分子之 间通过电子对的授受而配位，或 者发生强烈极化，形成离子型活 性中间物种进行的催化反应。
H 2 CC H 2+H A
wenku.baidu.comH 3 CC H 2+A -
H 2C C H 2 + B F3
H 2C C H 2
BF3 键 合
TS1
TS2
T S1'
T S 2'
Int
P
也就是说：同样一个能加速正反应速率控制步骤的催化剂 也应该能加速逆反应速率。
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？
❖ 第一，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。