催化剂与催化作用基本知识学时
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1.2.2 催化剂的分类 1. 按元素周期表分类
2）副族元素（ B）：单质或氧化物 容易得失电子 ， 用作氧化还原型 催化剂。
特别是 第Ⅷ族的元素和化合物 是最主要的 金属催化 剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。
例外： 副族元素的一些氧化物、卤化物和盐类也做
酸碱型催化剂。如： Cr2O3、NiSO 4、ZnCl 2、FeCl3。
《工业催化》教学内容
第1章 催化剂与催化作用基本知识（6学时） 第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散（ 7学时） 第3章 酸碱催化剂及其催化作用（9学时） 第4章 金属催化剂及其催化作用（9学时） 第5章 过渡金属氧（硫）化物催化剂及其催化作用（ 9学时） 第6章 络合催化剂及其催化作用（6学时） 第7章 催化剂的选择、制备、使用与再生（ 4学时） 第8章 环境催化（4学时）
催化剂的选择性重要性： 有效利用 资源及开发没有副产物的清洁工艺
8
的关键。
1.2 催化反应和催化剂的分类
1.2.1 催化反应分类方式
1. 按照催化反应系统物相的均一性分类： 反应物和催化剂所处相态的差异
（1）均相催化反应 反应物和催化剂所处同一相态。
气相均相催化反应： SO2 ? O2 ???NO? SO3
19
1.3 固体催化剂的组成与结构
1. 固体催化剂的组成 主要分为主催化剂、共催化剂、助催化剂 和载体。
2）共催化剂 与主催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一
不可 。 丙烯氨氧化反应： Bi2O3/MoO 3，单独使用活性
均较低，组成共催化剂时表现出很高的活性，二者 互为共催化剂。
20
1. 固体催化剂的组成
催化作用： 催化剂对化学反应所产生的效应。
3
催化作用特征：
（1）催化作用不能改变化学平衡
化学平衡由热力学决定：
? r Gm$
?
? RT
ln
K
$ p
催化剂只能加速一个 热力学上允许的化学反应达到化
学平衡状态。 ? rGm ? 0
4
催化作用特征：
（2）催化作用通过改变反应 历程而改变反应速度
催化剂加速化学反应时通 过改变化学反应历程，降低反 应活化能（Ea）得以实现。
液相均相催化反应：
CH3COOH ? CH 3CH 2OH ???H?2SO4 ? CH 3COOC2H5
9
1. 按照催化反应系统物相的均一性分类
（2）非均相（多相、异相）催化反应 反应物和催化剂所处不同相态。
气固相催化反应：乙烯
?
O2
载银固体催化剂
???????
??
环氧乙烷
液固相催化反应：丙烯聚合反应（Ziegler-Natta 催化剂）
自由基
例如： 金属 镍催化剂上的 加氢 反应，以 负氢金 属键键合
--
ee
-
-
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3. 按照反应机理分类
总对比：
15
1.2.2 催化剂的分类 1. 按元素周期表分类
1）主族元素（ A）：氧化物、氢氧化物、卤化物、 含氧酸、氢化物等，容易形成 离子键 ，用做酸碱型 催化剂。
例外：Ⅳ -Ⅵ主族 的部分元素，如铟、锡、锑、铋等 氧化物也做氧化还原型催化剂 。
1
第1章 催化剂与催化作用基本知识
1.1 催化作用的特征 1.2 催化反应和催化剂的分类 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.4 催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求 1.5 多相催化反应体系的分析
2
1.1 催化作用的特征
1.1.1 催化剂和催化作用的定义 催化剂： 能够 改变 一个化学反应的 反应速率 ，却不 改 变化学反应 热力学平衡位置 ，本身在化学反应 中不明显地消耗的化学物质。
3）助催化剂 加入量少，本身无活性或活性很小，甚至可以忽略，
但显著改善催化剂效能 （活性、选择性和稳定性） 。
根据助催化剂的功能分类：
（1）结构型助催化剂：
增加催化剂 活性组分微晶的稳定性（阻止烧结），延
长催化剂寿命（合成氨中的Al2O3稳定α-Fe）； 提高载体结构稳定性，并间接的提高催化剂稳定性。
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1.2.2 催化剂的分类
2. 按固体催化剂的导电性和化学形态分类
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1.3 固体催化剂的组成与结构
1. 固体催化剂的组成 主要分为主催化剂、共催化剂、助催化剂 和载体。
1）主催化剂 活性组分，多元催化剂中的主体，是必须组分 。
如： 加氢反应： Ni/Al2O3中的Ni 重整反应： Pt /Al2O3中两者均为主催化剂，但功能不 同， -双功能（多功能）催化剂。
Mo2O3 /Al2O3中加入 SiO2（稳定 Al2O3 ）或CaO（形成
CaMoO 4）
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1. 固体催化剂的组成
（2）调变型助催化剂 ：（电子型助催化剂）， 改变催 化剂活性组分的本性 ，包括结构和化学特性。
气液固相催化反应：苯 ? H2 ???雷?尼镍? 环己烷
气液相催化反应： 乙烯 ? O2 ???P?d?C?l2-CuCl2 ? 乙醛
10
1. 按照催化反应系统物相的均一性分类
（3）酶催化反应 酶可以均匀分散在水溶液中，对液相反应物而
言为均相催化反应，但反应时反应物却要在酶催化剂 表面 上进行积聚，可认为为非均相催化反应。为两者 的结合体。
例如：合成氨反应：
根据反应速率与 Ea的指数 关系式估算：
k ? A exp(? Ea ) RT
? k催 ? 10 60 k非催
5
催化作用特征：
（3）催化剂对加速化Hale Waihona Puke Baidu反应具有选择性
催化剂的选择性： 特定催化剂只能催化加速 特定反应 的性能。
催化剂特别有效地加速 平行反应或者串联反应中 的某一个 反应。
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2. 按照反应类型分类
12
3. 按照反应机理分类
（1）酸碱型催化反应 （质子型反应、正碳离子型反应）质子转 移的结果
反应物分子和催化剂之间通过 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。
例如： 质子酸作用：
+-
+ 路易斯酸作用：
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3. 按照反应机理分类
（2）氧化还原型催化反应： 单个电子转移，形成活性中间物种，均裂，
原因： 催化剂在多个可能同时进行的反应中，使生成 特定产物的 Ea降低程度远远大于其他反应 Ea的变化。
6
催化作用特征：
例如（1）：
催化剂
CO ? H2 ???? ?
？
7
催化作用特征： 例如（2）：甲醇氧化 Ag
原因： 显著降低主反应的 Ea，而副 反应的 Ea降低不明显。
导致选择性变化的其他因素： 催化 剂孔隙结构 和颗粒大小 不同，引起 扩散控制 。
1.2.2 催化剂的分类 1. 按元素周期表分类
2）副族元素（ B）：单质或氧化物 容易得失电子 ， 用作氧化还原型 催化剂。
特别是 第Ⅷ族的元素和化合物 是最主要的 金属催化 剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。
例外： 副族元素的一些氧化物、卤化物和盐类也做
酸碱型催化剂。如： Cr2O3、NiSO 4、ZnCl 2、FeCl3。
《工业催化》教学内容
第1章 催化剂与催化作用基本知识（6学时） 第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散（ 7学时） 第3章 酸碱催化剂及其催化作用（9学时） 第4章 金属催化剂及其催化作用（9学时） 第5章 过渡金属氧（硫）化物催化剂及其催化作用（ 9学时） 第6章 络合催化剂及其催化作用（6学时） 第7章 催化剂的选择、制备、使用与再生（ 4学时） 第8章 环境催化（4学时）
催化剂的选择性重要性： 有效利用 资源及开发没有副产物的清洁工艺
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的关键。
1.2 催化反应和催化剂的分类
1.2.1 催化反应分类方式
1. 按照催化反应系统物相的均一性分类： 反应物和催化剂所处相态的差异
（1）均相催化反应 反应物和催化剂所处同一相态。
气相均相催化反应： SO2 ? O2 ???NO? SO3
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1.3 固体催化剂的组成与结构
1. 固体催化剂的组成 主要分为主催化剂、共催化剂、助催化剂 和载体。
2）共催化剂 与主催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一
不可 。 丙烯氨氧化反应： Bi2O3/MoO 3，单独使用活性
均较低，组成共催化剂时表现出很高的活性，二者 互为共催化剂。
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1. 固体催化剂的组成
催化作用： 催化剂对化学反应所产生的效应。
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催化作用特征：
（1）催化作用不能改变化学平衡
化学平衡由热力学决定：
? r Gm$
?
? RT
ln
K
$ p
催化剂只能加速一个 热力学上允许的化学反应达到化
学平衡状态。 ? rGm ? 0
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催化作用特征：
（2）催化作用通过改变反应 历程而改变反应速度
催化剂加速化学反应时通 过改变化学反应历程，降低反 应活化能（Ea）得以实现。
液相均相催化反应：
CH3COOH ? CH 3CH 2OH ???H?2SO4 ? CH 3COOC2H5
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1. 按照催化反应系统物相的均一性分类
（2）非均相（多相、异相）催化反应 反应物和催化剂所处不同相态。
气固相催化反应：乙烯
?
O2
载银固体催化剂
???????
??
环氧乙烷
液固相催化反应：丙烯聚合反应（Ziegler-Natta 催化剂）
自由基
例如： 金属 镍催化剂上的 加氢 反应，以 负氢金 属键键合
--
ee
-
-
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3. 按照反应机理分类
总对比：
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1.2.2 催化剂的分类 1. 按元素周期表分类
1）主族元素（ A）：氧化物、氢氧化物、卤化物、 含氧酸、氢化物等，容易形成 离子键 ，用做酸碱型 催化剂。
例外：Ⅳ -Ⅵ主族 的部分元素，如铟、锡、锑、铋等 氧化物也做氧化还原型催化剂 。
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第1章 催化剂与催化作用基本知识
1.1 催化作用的特征 1.2 催化反应和催化剂的分类 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.4 催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求 1.5 多相催化反应体系的分析
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1.1 催化作用的特征
1.1.1 催化剂和催化作用的定义 催化剂： 能够 改变 一个化学反应的 反应速率 ，却不 改 变化学反应 热力学平衡位置 ，本身在化学反应 中不明显地消耗的化学物质。
3）助催化剂 加入量少，本身无活性或活性很小，甚至可以忽略，
但显著改善催化剂效能 （活性、选择性和稳定性） 。
根据助催化剂的功能分类：
（1）结构型助催化剂：
增加催化剂 活性组分微晶的稳定性（阻止烧结），延
长催化剂寿命（合成氨中的Al2O3稳定α-Fe）； 提高载体结构稳定性，并间接的提高催化剂稳定性。
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1.2.2 催化剂的分类
2. 按固体催化剂的导电性和化学形态分类
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1.3 固体催化剂的组成与结构
1. 固体催化剂的组成 主要分为主催化剂、共催化剂、助催化剂 和载体。
1）主催化剂 活性组分，多元催化剂中的主体，是必须组分 。
如： 加氢反应： Ni/Al2O3中的Ni 重整反应： Pt /Al2O3中两者均为主催化剂，但功能不 同， -双功能（多功能）催化剂。
Mo2O3 /Al2O3中加入 SiO2（稳定 Al2O3 ）或CaO（形成
CaMoO 4）
21
1. 固体催化剂的组成
（2）调变型助催化剂 ：（电子型助催化剂）， 改变催 化剂活性组分的本性 ，包括结构和化学特性。
气液固相催化反应：苯 ? H2 ???雷?尼镍? 环己烷
气液相催化反应： 乙烯 ? O2 ???P?d?C?l2-CuCl2 ? 乙醛
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1. 按照催化反应系统物相的均一性分类
（3）酶催化反应 酶可以均匀分散在水溶液中，对液相反应物而
言为均相催化反应，但反应时反应物却要在酶催化剂 表面 上进行积聚，可认为为非均相催化反应。为两者 的结合体。
例如：合成氨反应：
根据反应速率与 Ea的指数 关系式估算：
k ? A exp(? Ea ) RT
? k催 ? 10 60 k非催
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催化作用特征：
（3）催化剂对加速化Hale Waihona Puke Baidu反应具有选择性
催化剂的选择性： 特定催化剂只能催化加速 特定反应 的性能。
催化剂特别有效地加速 平行反应或者串联反应中 的某一个 反应。
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2. 按照反应类型分类
12
3. 按照反应机理分类
（1）酸碱型催化反应 （质子型反应、正碳离子型反应）质子转 移的结果
反应物分子和催化剂之间通过 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。
例如： 质子酸作用：
+-
+ 路易斯酸作用：
13
3. 按照反应机理分类
（2）氧化还原型催化反应： 单个电子转移，形成活性中间物种，均裂，
原因： 催化剂在多个可能同时进行的反应中，使生成 特定产物的 Ea降低程度远远大于其他反应 Ea的变化。
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催化作用特征：
例如（1）：
催化剂
CO ? H2 ???? ?
？
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催化作用特征： 例如（2）：甲醇氧化 Ag
原因： 显著降低主反应的 Ea，而副 反应的 Ea降低不明显。
导致选择性变化的其他因素： 催化 剂孔隙结构 和颗粒大小 不同，引起 扩散控制 。