2 催化剂及催化作用】.ppt

2. 催化剂与催化作用 2.1 定义 通俗定义 催化剂------是这样一种物质，由于它的存在，使化学反应趋于平衡的速度大大加快了，而它本身的组成和数量在反应前后并没有发生变化. 催化作用------催化剂加速化学反应的现象. IUPAC 定义(1981) 催化剂是这样一种物质，它能够加速化学反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs 自由能变化。 这种作用称为催化作用。 涉及催化剂的反应称为催化反应。 2.2 催化作用的特征 1） 催化剂只能加速热力学允许的反应； 2） 催化剂同时加速正逆反应不改变反应平衡位置； 3） 催化剂对反应有选择性； 4） 催化剂有寿命。 2.3 催化作用的本质 改变了反应机理,降低了活化能. 2.4 催化反应的类别 1) 天然的催化反应： a． 植物界光合作用 b. 生物界酶催化 2) 人为的催化反应： a. 天然资源加工 b. 化学品制造 c. 环保催化 2.5 催化剂种类 (Catalyst Kind) 1)． 按作用性质分 酸碱催化剂（H+, OH- ,Al2O3, NaOH/MgO） 金属催化剂 （加氢、脱氢） 半导体氧化物催化剂（SnO2 ZnO，烃氧化） 配位催化剂 [HCo(CO)4, 加氢甲酰化反应] 酶催化剂（尿素酶， 水解脲为氨和CO2） 光催化剂 (TiO2) 电催化剂 (Pt/C) 2)． 按物理形态分 气态 （ SO2 + O2 == SO3; Cat.: NOx） 液态 (HCl,淀粉水解；H2SO4,脱水； OH-，酯水解） 固态 Fe,合成氨，Pt-Re/Al2O3,重整 2.6 催化体系( Catalysis systems) 1) 均相催化（Homogeneous catalysis） liquid acid-base cat.; complex cat. 2) 多相催化（Heterogeneous catalysis） usually solid cat. 3) 酶催化 （Enzyme catalysis） Mild reaction condition; High catalysis efficacy ; Sole 2.7 活性、选择性、产率、寿命 1) 活性（activity） --催化剂影响反应进程的程度。 表示方法： 转化率---反应消耗掉某反应物的量占原反应物总量的百分数。 时空产率---在给定温度和压力条件下，单位时间、单位体积催化剂上所生成的产物的量。 反应速率常数---单位反应物浓度条件下，单位催化剂上，单位时间生成的产物的量。 转换频率---单位时间单位活性中心上反应发生的次数。 2）选择性（selectivity） ---专门对某一化学反应起加速作用的性能称为催化剂的选择性。 选择性表示方法： 反应生成目标产物所消耗的某反应物的量占该反应物总反应量的百分数。 C(60) A + B 100-80 D(20) SC = 60/80x100%=75% 3) 产率（收率，Yield) 反应生成目标产物所消耗掉的某反应物的量占该反应物进料总量的百分数。 C(60) A + B 100-80 D(20) YA = 60/100x100% =60% 4) 寿命（life） ----催化剂从开始使用至它的活性下降到经济上不值得再用的程度所经历的时间。 2.8. 固态催化剂的构成 1) 以重整催化剂(Pt-Re/Al2O3)为例 活性组分 （Pt） Actives 载体 (Al2O3) supports 助催化剂(Re) promoters 2)活性组分（Actives） 本身具有催化活性的成分 3) 助剂(promotor) 本身没有或很少有活性，但它的加入能明显改善催化剂的某方面或多方面性能。又分为：