催化作用和催化剂课件.ppt

第二章 催化作用与催化剂;催化作用的定义;Catalysis: 1835~1836年，瑞典学者J.J.Berzelius提出，“cata” 意思是“down”,而“lysis”为动词，意思是分裂或者破坏，当时认为:“一种催化剂是破坏阻碍化学反应进行的正常力。 1901年德国物理化学家W.Ostwald提出催化剂定义:“催化剂是可以改变化学反应的速度，但最后不出现在生成物中的物质” 1903年法国科学家P.Sabatier提出:“催化剂能引发化学反应或加速化学反应，但本身不发生变化。 1981年IUPAC提出的定义:“催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。” ; 一、 化学反应的本质 化学反应是反应物分子发生电子云的重新排布，实现化学键的断裂和形成，而转化为反应产物。在旧键断裂和新键形成的过程中，一般需要一定的活化能(Ea) 。;活化能(Ea) ;活化能(Ea) ; 在利用化学反应进行工业生产时，往往需要解决提高反应速率问题。 提高反应速率可以通过: 提高反应温度（T）和 降低反应活化能（Ea） 两个途径来实现。 ;提高反应速率通常不能单靠提高反应温度来解决;②对于具有几个可能反应方向的反应体系，提高反应温度可同时加快主反应和副反应的速率，有的副反应速率可能加快得更显著，从而造成产物收率的降低和分离提纯的困难。;降低反应的活化能 ①不仅可以提高反应速率； ②而且可以控制反应进行的方向。 对于具有几个反应方向的反应体系来说，如果较大幅度降低主反应的活化能，可使反应主要向主反应方向发生，即可以控制反应进行的方向。; 使用催化剂是通过降低反应活化能来提高反应速率和控制反应方向的最有效办法。; 对于N2+3H2=2NH3反应，无催化剂存在时，在500oC、常压条件下，反应活化能高，~334 kJ/mol 。此条件下反应速度极慢，竞不能觉察出氨的生成。 ;有催化剂存在下，在催化剂表面发生了如下所示的一系列表面作用过程，最后生成了氨分子。催化反应的速率控制步骤是氮解离步骤，该步的活化能~70 kJ/mol 。 催化剂为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。不同的催化剂的催化反应活化能可能不同。 ;N2+3H2=2NH3的催化反应途径;催化作用的特征（1）;催化作用的特征（2）;不能改变平衡的位置的例子 乙苯脱氢制苯乙烯;催化剂不能改变平衡位置-实例;不能改变平衡的位置的另一例子 烷烃异构化;不同异构体的辛烷值不相同;辛烷值的定义;C5、 C6正、异构体热力学平衡组成 ;催化剂也同时加速逆反应速率;催化作用的特征（3）-催化剂对反应具有选择性;催化剂对反应具有选择性-实例;热反应时生成CO2比生成甲醛的能垒小很多;催化作用的特征（4）-催化剂的寿命;催化剂的组成; 活性组分 【 主催化剂（Catalyst）、共催化剂 (Co-catalyst) 】 ? 指催化剂中能加速反应的物质。没有活性组分则催化剂活性就丧失了。 例如反应： ? 2C2H4 + O2 ? 2CH3CHO 经常采用将Pd载于硅胶上的催化剂。如果没有Pd，只有硅胶则对反应无活性，这里Pd就是活性组分。 ; 活性组分 ?共催化剂：共催化剂是能和主催化剂起作用的组分 例如： ?在MoO3-Al2O3型脱氢催化剂中，单独的MoO3和Al2O3都只有很小的活性，但把两者组合起来，却可制成活性很高的催化剂，所以MoO3和Al2O3互为共催化剂。 合成氨的反应中，铁系催化剂可以单独作为主催化剂，已成功工业化数十年，近年的研究证明，使用Mo-Fe合金更好，合金中Mo含量在80%时其活性比单独的Fe或Mo都高，这里Mo就是主催化剂，而Fe反倒成了共催化剂;助催化剂(promoter);结构性助催化剂;电子型助催化剂;载体;载体的功能;载体维持活性组分的高度分散;载体提供附加的活性中心-例子;理想的催化剂载体应具备下列条件 (I);理想的催化剂载体应具备下列条件 (II);催化剂分类;均相催化剂的实例;多相催化剂实例;金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd…等过渡金属或贵金属.) 金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂(多为半导体) TiO2、 La2O3、CeO2、MoO3、 MoS等 金属配合物催化剂（MLn) 双功能催化剂（Pt/SiO2