工业催化复习纲要教材.doc

复习纲要 题型：选择题（30分）、填空（20分）、判断（10分）、简答（20）、简单推导（20分） 第一章 绪论 1、催化剂只能改变化学反应的反应速率，不能改变化学反应的平衡状态。 合成氨使用的催化剂为Fe催化剂。 CO+H2合成甲醇使用的催化剂有Cu-Zn-Al、Cu-Cr催化剂。 费托合成使用Fe-Co-Ni催化剂。 催化反应分为均相催化、多相催化、酶催化三类。 固体催化剂由主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体四部分组成。 配合物催化剂由主催化剂（中心原子或配合物），助催化剂（配体或配合物）组成 酶由酶蛋白和辅基（辅酶）组成，大体相当于主催化剂和助催化剂，但是，两者分别存在时，均无活性。 催化剂的特点：1）可改变反应路径：路径改变，相应的能垒发生改变；2）可改变速率：速率可增大，也可降低；如果正反应速率增大（或减小），则逆反应的速率也增大（或减小）；3）反应前后本身不发生质的改变；4）总反应的不变；5）催化剂具有选择性；6）催化剂具有一定的活化温度；7）催化剂具有专一性；8）催化剂具有高效性（可能中毒） 催化剂的稳定性包括耐热稳定性、抗毒稳定性、催化组分的流失。 解释催化剂的堆密度、颗粒密度、真密度。 解释催化剂的转化数（turnover）：单位活性中心在单位时间内进行转化的反应分子数。 什么是催化剂？ IUPAC的定义： 催化剂是一类增加反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。 催化反应种类 均相催化、非均相催化（多相催化）、酶催化 催化剂的种类 均相、多相、酶催化剂 催化剂的化学组成 固体催化剂：主催化剂，共催化剂，助催化剂，载体 配合物催化剂：主催化剂（中心原子），助催化剂（配体）或主催化剂和助催化剂均是配合物 酶催化剂：酶=酶蛋白+辅基（辅酶），大体相当于主催化剂和助催化剂，但是，两者分别存在时，均无活性。 催化剂的特点 可改变反应路径：路径改变，相应的能垒发生改变 可改变速率：速率可增大，也可降低，如果正反应速率增大（或减小），则逆反应的速率也增大（或减小） 反应前后本身不发生质的改变 总反应的不变 催化剂具有选择性 催化剂具有一定的寿命 催化剂具有一定的活化温度 催化剂具有专一性 催化剂具有高效性（可能中毒） 其中三个指标最重要：活性、选择性、稳定性（寿命） 研究中，开发新工艺和催化剂时首先追求高活性，其次是高选择性，最后才是稳定性；对现行流程和催化剂改进时，首先追求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。 载体的功能 载体时催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。 载体分为高比表面积和低比表面积两类。载体不仅关系到催化剂的活性、选择性，还关系到他们的热稳定性和机械强度，关系到催化过程的传递特性。 助催化剂分类 按作用机理不同分为：结构型和电子型。 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。 电子型助催化剂的作用是改变主催化剂的电子结构，促进催化活性及选择性。 助催化剂除促进活性组分的功能外，也可以促进载体功能。 共催化剂与助催化剂有什么区别？ 共催化剂：就是有至少两个不同的活性中心，缺少任何一个中心都不能显示出好的活性，但放在一起活性就能迅速增加，也就是1＋1 2。一般翻译为co-catalyst?。 助催化剂：主要是改变催化剂的催化能力的。它可以改变催化剂对反应的催化效果，但它本身对反应没有什么活性。最主要的是即使没有它的加入，那个主催化剂也能有一定的活性，只是催化能力稍差。其翻译一般认为是Promoter。 载体的功能 1）提供有效的表面和适宜的孔结构。维持活性组分高度分散是载体最重要的功能之一，能对抗烧结与和催化剂微粒的聚并。 2）增强催化剂的机械强度。机械强度指载体抗磨损、抗冲击、抗重力、抗压和适应温变、相变的能力。即能耐受颗粒之间、颗粒与气流之间、器壁之间的磨损，运输、装填时的冲击与静压，温变、相变时的应力，结焦时的膨胀应力等… 3）改善催化剂的传导性：要求载体具有大热容、良好导热性，避免局部过热使催化剂烧结、失活、设备损坏、副反应等 4）减少活性组分的含量：A）可减少贵金属的使用量；B）降低微晶的烧结与聚结 5）载体提供附加的活性中心。一般载体是无催化活性的，如有活性，若引发副反应则必须处理；如有活性，也尽可能促使目的反应朝有利方向进行。某些载体具有载体效应，即载体能提高催化剂的活性。 6）活性组分与载体之间可能存在溢流现象和强相互作用。 什么是比活性？它有何特点？ 答：催化剂单位表面积的活性称为比活性。 ，其中k为催化反应速率常数，S为表面积或活性表面积。 催化剂的比活性只取决于它的化学组成与结构，而与其表面大小无关。用其数值可以比较不同催化剂的催化能力。 什么是转化率、选择性、收率及计算。 参见教材27页和例题2-1！。 工业催化剂的稳定性包括热稳