催化剂与催化作用基本知识.ppt
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1、关于催化剂与催化作用基本知识现在学习的是第1页,共37页催化作用的特征催化作用的特征1催化反应和催化剂的分类催化反应和催化剂的分类2固体催化剂的组成与结构固体催化剂的组成与结构3催化剂的反应性性能及对工业催催化剂的反应性性能及对工业催化剂的要求化剂的要求4多相催化反应体系的分析多相催化反应体系的分析5现在学习的是第2页,共37页1.1.1催化剂和催化作用(Catalyst and Catalysis)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。应热力学平衡位置,本
2、身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。现在学习的是第3页,共37页1.1.2催化作用不能改变化学平衡现在学习的是第4页,共37页1.1.2催化作用不能改变化学平衡关于可逆反应关于可逆反应 根据微观根据微观可逆原理可逆原理,假如一个催化反应是可逆的,则一个加速,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,以保持正反应速率的催化剂也应加速逆反应速率,以保持 K K平平不变(不变(K K平平 K K正正
3、/K/K逆逆)。)。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能加速逆反应速率。现在学习的是第5页,共37页1.1.2催化作用不能改变化学平衡 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。 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。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?现在学习的是第6页,共37页1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度反应难以进
4、行使合成氨实现工业生产现在学习的是第7页,共37页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: 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?现在学习的是第8页,共37页1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性现在学习的是第9页,共37页1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性热反应时生成热反应时生成COCO2 2比生比生成甲醛的能垒小很多成甲醛的能垒小很多甲醇氧化反应的不同能垒变化示意图催化反应时,生成催化反应时,
5、生成COCO和和COCO2 2的能垒明显高于生成的能垒明显高于生成甲醛的能垒甲醛的能垒反应产物具有选择性的主要原因仍然是反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能,而副反应活化能的降低则不明显CH3OH+O2=CO2+2H2OCH3OH+O2=HCHO+2H2O现在学习的是第10页,共37页催化剂选择性理解 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?现在学习的是第11页,共37页1.2.1催化反应分
6、类酶催化反应同时酶催化反应同时具有均相和非均具有均相和非均相反应的性质。相反应的性质。非均相催化反应是非均相催化反应是指反应物和催化剂指反应物和催化剂居于不同相态的反居于不同相态的反应。应。均相催化反应是指均相催化反应是指反应物和催化剂居反应物和催化剂居于同一相态中的反于同一相态中的反应。应。按催化反应系统物相的均一性进行分类按催化反应系统物相的均一性进行分类现在学习的是第12页,共37页1.2.1催化反应分类按反应类型进行分类按反应类型进行分类现在学习的是第13页,共37页1.2.1催化反应分类按反应机理进行分类按反应机理进行分类酸碱型催化反应酸碱型催化反应 酸碱型催化反应的反应机理酸碱型催
7、化反应的反应机理可认为是催化剂与反应物分子之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。性中间物种进行的催化反应。氧化还原型催化反应氧化还原型催化反应 氧化还原型催化反应机理可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,形成活性中间过单个电子转移,形成活性中间物种进行催化反应。物种进行催化反应。现在学习的是第14页,共37页1.2.1催化反应分类现在学习的是第15页,共37页1.2.2催化剂分类元素周期律把元素分为主族元素
8、()和副族元素()。用做催化剂的主族元素多以化合物形式存在。主族元素的氧化物、氢氧化物、卤化物、含氧酸及氢化物等由于在反应中容易形成离子键,主要用做酸碱型催化剂。但是,第主族的部分元素,如铟、锡、锑和铋等氧化物也常用做氧化还原型催化剂。而副族元素无论是金属单质还是化合物,由于在反应中容易得失电子,主要用做氧化还原型催化剂。特别是第过渡族金属元素和它的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。但是副族元素的一些氧化物、卤化物和盐类也可用做酸碱型催化剂,如Cr2O3,NiSO4,ZnCl2和FeCl3等。按元素周期律分类按元素周期律分类现在学习的是第16页,共37页1.2.2催化
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