催化作用的定义和特征

工业催化技术编辑ppt催化作用的定义与特征231.1催化剂和催化作用的定义最早由德国化学家W.Ostwald认为：其可以改变化学反响速度，而不存在产物中的物质。现代技术说明：许多催化反响活性中间物种都是有催化剂参与反响的，发生循环作用。现代对催化剂的定义为：催化剂是一种能够改变一个化学反响的反响速度，却不能改变化学反响热力学平衡位置，本身在化学反响中不被明显消耗的物质。催化作用：指催化剂对化学反响所产生的作用。编辑ppt

TextText1976年IUPAC〔国际纯粹及应用化学协会〕公布的催化作用定义为：“催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反响的现象〞。并解释说，催化剂能使反响按新的途径，通过一系列的基元步骤进行，催化剂是其中第一步的反响物、最后一步的产物，亦即催化剂参与了反响，但经过一次化学复原后又恢复到原来的组成。这就说明了，催化作用其实是一种化学作用，催化剂参与了反响。这一点也可以用假设循环图来解释.

催化作用的定义与特征编辑ppt催化作用的定义与特征TextTextTextTextText假设循环图反响物先和催化剂结合成中间物种，再转变为催化剂和产物结合的中间物种，当这一暂存的催化剂-产物暂存体解体后，就可以重新得到催化剂以及产物。这就是催化反响过程的本质。编辑ppt催化作用的定义与特征催化剂催化剂含量平衡时体积增量SO20.028.19SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.27草酸0.528.271.2催化作用不能改变化学平衡平衡常数Kp的大小取决于产物和反响物的标准自由能之差△GΘ和反响温度T。△GΘ为状态函数，取决于始态和终态，与过程无关。催化剂的存在与否不影响△GΘ的数值，即△GΘ〔催化〕与△GΘ〔非催〕相等。下表1为不同催化剂在不改变化学平衡的实例。表1在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚德平衡浓度编辑ppt催化作用的定义与特征因此，判断一个反响是否需要催化剂，首先要考虑热力学上是否允许；假设是可逆反响，须确定反响平衡常数的数值以及与外界参数的关系。注意两个问题：第一，对某一催化反响进行正反响和逆反响操作条件〔温度、压力、进料组成〕时往往有较大差异；如反响温度易引起金属催化剂晶粒变大、活性降低，高压会引起催化剂外表吸附的物种增多，导致活性与选择性发生变化。第二，对正反响或逆反响所引起的副反响也是值得注意的。如加氢-脱氢反响中，镍催化剂利益加氢，而不利于脱氢，这是因为此过程有积炭副反响发生，使催化剂迅速失活。编辑ppt催化作用的定义与特征ConceptTextTexttTextTextText1.3催化作用的根本特征〔1〕催化剂能够加快化学反响速度，但它本身并不进入化学反响的计量。a、化学反响能够加快化学反响速率，这主要是因为它可以改变化学反响历程，降低反响活化能。b、催化剂耗用量少，催化剂在反响前后是不被消耗的，反响开始时参与反响的催化剂在反响结束时，又会被循环出来，从而可以被再一次使用，所以少量得催化剂可以促进大量反响物起反响，生成大量的产物。编辑ppt催化作用的定义与特征ConceptTextTextTextTextText〔2〕催化剂对反响具有选择性，即催化剂对反响类型、反响方向和产物的结构具有选择性。a、同一个催化剂对甲反响有效，对乙反响未必有效。例如，SiO2-AlO3催化剂对酸碱催化反响是有效的，但他对氨合成反响无效，这就是催化剂对反响类型的选择。b、不同的催化剂，可以是相同的反响物生成不同的产品。因为从同一反响物出发，在热力学上可能有不同的反响方向，生成不同的产物，而不同的催化剂，即可以加速不同的反响方向。另外，有时不同的催化剂，可以使相同的反响物生成相同产物，但是所生成物质性能有差异。编辑ppt催化作用的定义与特征ConceptTextTextTextTextTextText〔3〕催化剂只能加速热力学上可能的化学反响，而不能加速热力学上不可能化学反响。〔4〕催化剂只能改变化学反响的速度，而不能改变化学平衡的位置。在外界条件下某化学反响产物的最高平衡浓度，受热力学变量的限制，而催化剂对这一限制无能为力，他所能做的，只是加速之一限制下的平衡的到来。编辑ppt催化作用的定义与特征ConceptTextTextTextTextTextText〔5〕催化剂不改变化学反响平衡，意味着对正反响方向有效的催化剂，对反方向也有效。比方镍、铂等金属作为脱氢催化剂，也同时担任着催化加氢的角色。高温下，平衡趋于脱氢方向，就是脱氢催化剂；低温下，平衡趋于加氢方向，那么又成了加氢催化剂。编辑ppt催化体系的分类2.1按催化体系物相的均一性分类催化剂自身以及被催化的反响物，都可以分别是气体、液体、和固体，这必将带来催化剂与反响物的多种相间组合方式。但大致可以分为均相催化体系和多相催化体系。1、当催化剂和反响物形成均一相时，这种催化反响成为均相反响。这主要有这样几种情况：〔1〕催化剂和反响物均为气相的气相均相催化反响。例如SO2氧化为SO3,NO2为催化剂.(2)催化剂和反响物均为液体的液相均相催化反响。例如乙醇和乙酸反响制备乙酸乙酯,可以用浓硫酸为催化剂.编辑ppt催化体系的分类2、当催化剂和反响物处于不同相时,反响成为多相催化反响。〔1〕气固相催化反响：反响物为气体，催化剂为固体。这种非常多见，常用于固定床和流化床反响器中。例如N2和H2制备合成氨，用熔铁做催化剂；CO和H2制备甲醇，用铜做催化剂；乙烯氧化制备环氧乙烷，用银做催化剂〔2〕液固相催化反响：反响物为液体，催化剂为固体。例如，过氧化氢分解反响可用金做催化剂〔3〕另外，多相催化中也存在催化剂为液体的情况，例如被磷酸催化的烯烃聚合反响。编辑ppt催化体系的分类3、酶催化反响：本身是一种胶体，同时具有均相和非均相的特性。近年来，上述的划分不是绝对的，出现了以反响区间的相态均一性分类。如上述的乙烯制乙醛反响，整体属于非均相催化反响，但按反响区属均相催化反响，因为乙烯与O2溶于催化剂水溶液才能发生反响。编辑ppt催化体系的分类多相催化反响实例编辑ppt催化体系的分类2.2、化学键的分类1、金属键：使用过渡金属〔如镍、钴〕为催化剂的自由基反响2、等极键：氧化复原反响中，燃烧过程产生的自由基中便含有等级键3、离子键：氧化复原反响和一些酸碱反响4、配位键：形成配位物的酸碱反响5、金属键：常见于金属键反响编辑ppt催化体系的分类2.3、按元素周期律分类主族元素：多以化合物形式存在，如氧化物、氢氧化物、卤化物等易形成离子键用作酸碱催化剂。但第Ⅳ~Ⅵ主族局部元素，如铟、锡、锑、和铋氧化物也常用作氧化复原型催化剂。副族元素：无论是金属单质还是化合物，由于易失电子主要用作氧化复原型催化剂，特别是第Ⅷ过渡金属元素和他的化合物是最主要的催化剂。但副族一些氧化物、卤化物和盐也可以用作酸碱催化剂，如Cr2O3、NiSO4、ZnCl2和FeCl3等。编辑ppt催化体系的分类YourTextYourTextYourTextYourText大致把催化剂分为下面几种情况:1、主族单质:做为助催化剂进行使用〔例如Na,I2,CI2〕2、主族化合物：酸碱反响〔例如AI2O3,AICI3,BF3,H2SO4,H3PO4,NaOH〕3、过渡元素单质：氧化复原反响〔例如Ni，Pt,Fe〕4、过渡元素化合物〔离子态〕：氧化复原反响，酸碱反响〔例如V2O5,MO3〕编辑ppt催化体系的分类类别功能例子金属加氢脱氢加氢裂解(氧化)Fe,Ni,Pd,Pt,Ag半导体氧化物和硫化物氧化脱氢脱硫(加氧)Ni,ZnO,MnO2,Cr2O3,Bi2O3-MoO3,WS2绝缘性氧化物脱水AI2O3,SiO2,MgO酸聚合异构化裂化烷基化H3PO