第1章-催化剂与催化作用基本知识ppt课件.ppt
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1、LOGO工工业业催催化化原原理理工工业业催催化化原原理理Catalysis in industrial processesCatalysis in industrial processes厦门大学化学化工学院化工系经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用教材教材v主要教材:王桂茹主编催化剂和催化作用v参考书:李玉敏编著 工业催化原理 吴 越编著 催化化学 黄仲涛主编 工业催化v基础知识参考书:结构化学、量子化学 晶体化学、无机化学 有机化学、物理化学v催化剂表征用参考书:谱学原理、催化研究方法v工业应用相
2、关工程参考书:化学反应工程 催化剂工程 化工传递现象 化工热力学经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用课程学习的意义和目的课程学习的意义和目的v1、催化剂是化工技术的核心 80%化学工业过程(石油加工、传统化学工业、食品工业、建材工业、精细化学品工业、环保产业等)是采用催化过程来实现的。催化剂的销售额在100-200亿美元。与催化剂相关的工艺设备销售收入可达数千亿美元。v2、化工技术创新的重要领域。与催化剂相关的专利等化学工艺技术、设备、方法在化工专利的绝大部分。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当
3、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用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经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.1催化剂和催化作用催化剂和催化作用(Catalyst and Catalysis)催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度,
4、却不改变化学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。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。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.2催化作用不能改变化学平衡催化作用不能改变化学平衡催化剂催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量S
5、O20.028.19SO20.0638.34SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.15草酸0.528.27磷酸0.548.10平均8.19表表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.2催化作用不能改变化学平衡催化作用不能改变化学平衡关于可逆反应关于可逆反应 根据微观可逆原理,假如一个催化反应是可逆的,则根据微观可逆原理,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
6、反应速率,以保一个加速正反应速率的催化剂也应加速逆反应速率,以保持持 K K平平不变(不变(K K平平 K K正正/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也应该能加速逆反应速率。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.2催化作用不能改变化学平衡催化作用不能改变化学平衡v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。v第二
7、,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?经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度催化作用改变反应历程而改变反应速度反应难以进行使合成氨实现工业生产经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用催化剂改变反应历程意味着催化剂改变反应历程意味着v1、催化剂参与反应物之
8、间的化学反应v2、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。v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?经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性催化剂对加速化学反应具有选择性表表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用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产物CO+H2Rh/Pt/SiO2,573K,7105Pa乙醇C
9、u-Zn-O,Zn-Cr-O,573K,1.0133107 2.0266107Pa甲醇Rh络合物,473573K,5.0665107 3.0399108Pa乙二醇Cu,Zn,493K,3106Pa二甲醚Ni,473573K,1.0133105Pa甲烷Co,Ni,473K,1.0133105Pa和成汽油经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性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
10、同能垒变化示意图催化反应时,生成催化反应时,生成COCO和和COCO2 2的能垒明显高于生的能垒明显高于生成甲醛的能垒成甲醛的能垒应产物具有选择性的主要原因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,而副反应低主反应的活化能,而副反应活化能的降低则不明显活化能的降低则不明显CH3OH+O2=CO2+2H2OCH3OH+O2=HCHO+2H2O经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用催化剂选择性理解催化剂选择性理解v1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性(
11、机理选择性)v2、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?经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用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经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接
12、受服务的费用1.2.1催化反应分类催化反应分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均相催化反应均相催化反应均相催化反应均相催化反应酶催化反应酶催化反应酶催化反应酶催化反应非均相(又称多非均相(又称多非均相(又称多非均相(又称多相)催化反应相)催化反应相)催化反应相)催化反应经
13、营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.2.1催化反应分类催化反应分类表表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用按反应类型进行分类按反应类型进行分类反应类型常用催化剂加氢Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63-脱氢Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt氧化V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2羰基化Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(Pph3)3*,RhCl2(C
14、O)Pph3聚合CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3卤化AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2裂解SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛,活性白土水合H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛,离子交换树脂烷基化,异构化H3PO4/硅藻土,AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.2.1催化反应分类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化反应的反应
15、机理可认为是催化剂与反应物分子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,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型活性中间物种进行的催化反应。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,形成活性通过单个电子转移,形成活性中间物种进行催化反应。中间物种进行催化反应。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.2.1催
16、化反应分类催化反应分类表表1-4 酸碱型及氧化还原型催化反应比较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自旋饱和的物种(离子型物种)自旋不饱和的物种(自由基型物种)催化剂自旋饱和分子或固体物质自旋不饱和分子或固体物质催化剂举例酸,碱,盐,氧化物,分子筛过渡金属,过渡金属氧(硫)化物,过渡金属盐,金属有机络合物反应举例裂解,水合,脂化,烷基化,歧化,异构化加氢,脱氢,氧化,氨氧化经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损
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