催化原理_精品文档

1. 什么是催化剂什么是催化作用催化作用的特征有哪些工业生产中可逆反应为什么往往选择不同的催化剂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。

催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。

催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。

催化作用具有如下几个特征：1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应2、催化剂只能加速化学反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数）3、催化剂对反应具有选择性4、催化剂的使用寿命有限实际工业上催化正、逆反应时为什么往往选用不同的催化剂第一，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。

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。

催化剂是如何加快化学反应速度的催化作用是通过加入催化剂，实现低活化能的化学反应途径，从而加速化学反应。

（催化剂通过改变反应历程，使化学反应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。

）3. 催化剂的活性、选择性的含义是什么活性是指催化剂对反应进程影响的程度，具体是指反应速率增加的程度，催化剂的活性是判断其性能好坏的重要标志。

当反应物在一定的反应条件下可以按照热力学上几个可能的方向进行反应时，使用特定的催化剂就可以对其中一个方向产生强烈的加速作用。

这种专门对某一化学反应起加速作用的能力称为催化剂的选择性选择性是指催化反应所消耗的原料中转化成目的产物的分率。

5. 催化剂为什么具有寿命影响催化剂的寿命的因素有哪些寿命指在工业条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间；或满足上述条件经再生使用的累计时间，称为总寿命。

指催化剂的有效使用期限，是催化剂的重要性质之一。

（1）基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互直接作用直接转化为生成物的分子（2）外扩散：从流体层经过滞流层向催化剂表面的扩散，或其反向的扩散。

（3）转换频率: 在给定反应条件及一定反应程度下，单位时间内每个活性位上发生的总包反应次数。

（4）空速：是指单位时间里通过单位催化剂的原料油的量，它反应了装置的处理能力。

（5）单程收率：反应物料一次通过催化剂床层转化为目的产物的百分数称为单程收率。

（6）共催化剂：（7）调变性助剂：此种助剂改变催化剂的化学组成，引起许多化学效应以及物理效应。

对金属和半导体催化剂而言，可以观察到这类助剂引起催化剂电导率和电子脱出功的变化。

（8）质量作用定律：经验证明基元反应的速率方程比较简单，即基元反应速率与反应物浓度的乘积成正比，其中各浓度的指数就是反应式中各相应物质的系数。

基元反应的这个规律称为质量作用定率。

（9）羰基化过程：烯烃或炔烃与CO 在过渡金属配合物和第三组分的存在下生成含羰基产品，这种过程称为羰基化过程（10）起始吸附热:从吸附过程进度考虑的。

当吸附量趋于零时的吸附热即为起始吸附热。

（11）Langmuir 吸附等温式：1. 工业上对催化剂的要求。

答：（1）较高的活性（2）较好的稳定性或寿命（3）较好的流体流动性（4）较好的机械性质：即具有良好的磨损率、压碎强度、导率、抗热冲击性能2.均相与多相催化作用的比较。

答：（1）均相催化：所有反应物和催化剂分散在一个相A. 分子－分子反应、分子－离子反应B. 动力学控制，质量传递过程不重要C. 反应物种容易鉴别，反应机理研究比较容易D. 工业实现较难，催化剂分离回收困难（2）多相催化：催化剂和反应物处于不同的相，有相界面隔开。

A.传递过程对动力学影响大B.扩散、吸附对反应速率有决定性作用C.难以严格区分传递过程与表面化学反应D.活性表面结构和反应中间物的本质难以分析,反应机理研究困难E.便于工业应用，大多数工业过程采用17. 配合催化活性中心活化过的分子之间或活化过的分子与外来的反应物分子之间进一步反应生成新的活化中间体或产品，从而完成一个配合催化的循环。

催化作用原理催化作用是化学反应中一种常见且重要的现象。

通过催化剂的存在，可以在反应速率和能量消耗方面起到显著的促进作用。

本文将介绍催化作用的原理，并探讨几个典型的催化反应案例。

一、催化作用的定义和基本原理催化作用是指通过添加催化剂来调控化学反应的速率，而不改变反应的终态和平衡位置。

催化剂是一种能够降低反应活化能并提高反应速率的物质。

催化剂在反应进行中不参与反应，因此在反应结束后可以被重新使用。

催化作用的基本原理涉及两个关键概念：活化能和反应中间体。

活化能是指反应在进入过渡态时所需要的能量，而反应中间体则是反应过程中的临时生成的物质。

催化剂通过与反应物发生相互作用，可以降低反应物的活化能，并稳定反应中间体。

这样一来，反应可以更容易地发生，并且反应速率得以提高。

二、催化作用的类型和机理催化作用可以分为两种类型：正常催化和自催化。

正常催化是指催化剂与反应物之间存在化学反应，生成新的物质，并参与到反应机制中。

自催化则是指催化剂本身就是反应物之一，通过反应生成中间体，然后再与其他反应物反应。

催化作用的机理主要有三种：表面反应机理、中间体机理和溶解催化机理。

表面反应机理是指催化剂在表面上与反应物之间发生化学反应，并生成反应产物。

中间体机理则是指催化剂与反应物之间形成中间体，然后再发生反应生成产物。

溶解催化机理则是指催化剂在溶液中与反应物形成络合物，调节反应速率。

三、典型催化反应案例1. 铂金催化剂在汽车尾气净化中的应用汽车尾气中的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）是环境中的污染物。

铂金催化剂能够催化CO和NOx与氧气（O2）反应生成二氧化碳（CO2）和氮（N2），有效净化尾气。

2. 马弗炉中的催化作用马弗炉是一种用于合成氨的重要装置。

在马弗炉中，铁铝石催化剂通过吸附和解离氢气（H2）和氮气（N2），促进氢气和氮气的反应生成氨气（NH3），实现高效合成氨的过程。

3. 催化裂化反应在石油加工中的应用催化裂化反应是石油加工中常用的方法之一，用于将高碳烃转化为低碳烃。

催化原理1、活性：是指催化剂影响反应进程变化的程度；或指催化剂对反应加速的程度，衡量催化剂效能大小的标准。

催化剂使原料转化的速率：a=-（1/w ）d （nA)/dt选择性：指催化剂使反应向着某一特定产物的方向进行；或是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率目的产物在总产物中的比例S=ΔnA →P /Δn A =（p/a).（n P /Δn A)=r P /Σr i比活性：对于固体催化剂,与催化剂单位表面积相对应的活性称为比活性α=k/S分散度：分散度(Dispersity ） =表面原子数/总原子数TOF ：转换频率是指每个催化中心上单位时间内产生的给定产物的分子数（TOF)。

2 、空速：单位时间里单位催化剂的处理量WHSV:重时空速：每小时进料的重量（液体或气体)）/催化剂的装填重量空时速率：3 、化学吸附态:分子或原子在固体催化剂表面化学吸附后的化学状态、电子结构、几何构型。

表面覆盖度:在吸附平衡时，吸附剂表面被吸附质粒子覆盖的分数，常用θ表示。

对于单层的吸附，θ=V/V m ,V 是平衡吸附量，V m 是单分子层饱和吸附量。

Langmuir 吸附:①定位吸附；②单层吸附；③均匀吸附（理想吸附）；④吸附与脱附动态平衡 定位吸附：E T 〈E P 分隔吸附位的势垒高度E P 大于吸附质分子热运动能E T，分子不能逸出“势能阱”非定位吸附:E T >E P，吸附质在表面自由转换。

积分吸附热：指达到吸附平衡时，被气体吸附质覆盖的那部分吸附剂表面所产生的平均吸附热.它表示在吸附过程中，较长期间内热量变化的平均值。

积分吸附热随吸附质浓度的大小而变化，一般用于区分物理吸附和化学吸附的吸附热。

4、 速率控制步骤:总速度（或宏观速率）取决于阻力最大的步骤（最慢的步骤）扩散控制：（外扩散、内扩散）动力学控制:（表面反应、化学吸附与脱附）5 、Knudsen扩散：气体在多孔固体中扩散时，如果孔径小于气体分子的平均自由程，则气体分子对孔壁的碰撞，较之气体分子间的碰撞要频繁得多，这种扩散称为努森扩散（knudsen diffusion）.构型扩散:当催化剂孔径尺寸与反应物分子大小接近，处于同一数量级时,分子大小发生微小变化就会引起扩散系数发生很大变化。

催化原理（适用于化工工艺专业）(Catalysis: Theory & Application)目的和要求催化原理是催化理论和催化实践并重的学科。

它的教学目的是使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，为化工工艺专业专门人才的培养提供坚实的理论基础。

要求学生在掌握催化化学基本概念和理论的基础上，注重与催化剂的工业应用紧密结合。

基本内容及学时分配绪论（1学时）第一章催化作用与催化剂（共8学时）第一节催化作用的定义与特征（2学时）第二节催化剂的组成的功能（2学时）第三节对工业催化剂的要求（2学时）第四节均相催化与均相催化剂简介（2学时）第二章吸附作用与多相催化（共8学时）第一节多相催化的反应步骤（1学时）第二节吸附等温线（2学时）第三节金属表面上的化学吸附（2.5学时）第四节氧化物表面上的化学吸附（2.5学时）第三章各类催化剂及其催化作用（共10学时）第一节酸碱催化剂及其催化作用（2学时）第二节分子筛催化剂及其催化作用（2学时）第三节金属催化剂及其催化作用（2学时）第四节金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用（2学时）第五节络合催化剂及其催化作用（2学时）第一章至第三章复习（3学时）第四章工业催化剂的制备与使用（共4学时）第一节工业催化剂的制备（2学时）第二节工业催化剂的使用（2学时）第五章工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征（共5学时）第一节催化剂的活性测试的基本概念（1学时）第二节催化剂的活性测试（2学时）第三节催化剂的宏观物性及其测定（2学时）第四、五章复习（2学时）总课时44学时包括35学时授课，5学时复习，4学时参观或实践教材黄仲涛主编，化学工业出版社，1994。

北京主要参考书[1] 李玉敏工业催化原理，天津大学出版社1992 天津[2] 高正中实用催化，化学工业出版社1996 北京[3]吴越催化化学（上、下册），科学出版社1998 北京。

简述催化的基本原理催化是一种能够加速化学反应速率的过程，通常通过催化剂来实现。

催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率，但在反应结束后保持不变，即不参与反应过程中的化学变化。

催化剂通过降低活化能来提高反应速率，从而加速化学反应的进行。

催化的基本原理可以从能量图的角度来解释。

在化学反应中，反应物需要克服一个能量障垒才能转化为产物。

这个能量障垒称为活化能，是一种分子间相互作用的能量。

催化剂通过降低反应物的活化能，使得反应物更容易克服这个能量障垒，从而提高反应速率。

催化剂参与反应的机制可以分为两类：吸附机制和表面机制。

在吸附机制中，催化剂吸附在反应物表面上，形成特定的中间体。

这种中间体与反应物之间的相互作用能够降低活化能，促进反应。

在表面机制中，催化剂的表面上存在特定的活性位点，它们能够吸附反应物，并促使它们进行化学反应，从而提高反应速率。

催化作用的基本原理涉及催化剂与反应物之间的相互作用。

催化剂可以通过多种方式与反应物相互作用，包括吸附、解离、重组等。

这些相互作用能够改变反应物的电子结构和原子间距离，从而改变反应路径和过渡状态的能量。

催化剂通常具有以下特点：首先，催化剂能够与反应物形成化学键，并能够断裂和重组这些键，从而促进反应的进行；其次，催化剂的反应速率恒定不变，即催化剂的浓度不影响反应速率；第三，催化剂能够在反应结束后恢复其原始状态，即不参与反应过程中的化学变化；最后，催化剂使用量通常很小，只需加入少量即可加速反应。

催化剂的性能与其物理和化学性质密切相关。

常见的催化剂有金属、金属氧化物、酶等。

金属催化剂通常具有良好的电子传导性能和表面活性位点，可以吸附和重组反应物。

金属氧化物催化剂具有较高的表面积和活性位点，能够与反应物发生氧化还原反应。

酶是一类生物催化剂，具有高效率和高选择性。

酶催化反应通常发生在生物体内，具有高度专一性和温和反应条件。

催化在许多化学反应和工业生产过程中都起着重要作用。

它可以提高反应速率、改善反应选择性、降低反应温度和压力等。

简述催化的基本原理及应用催化的基本原理催化是指在化学反应中，通过加入少量的物质（催化剂），来提高反应速率、降低反应能量，从而加速反应的过程。

催化剂是一种能够通过改变反应的反应机理，降低反应活化能的物质。

催化剂通常不参与反应，可以在反应结束后重新被收集和使用。

催化的基本原理可以归结为两个主要方面：活化能和反应速率的影响。

1. 活化能的降低催化剂能够通过两种方式降低反应的活化能：•提供一个能够吸附反应物的表面，使得反应物能够更容易相互靠近，从而增加反应速率。

•提供一个新的反应途径，能够降低反应物达到其过渡态的能量，从而降低反应的活化能。

2. 反应速率的影响催化剂对反应速率的影响主要体现在以下两个方面：•催化剂能够提供有利于反应进行的表面，并吸附反应物分子，使其更容易与其他反应物分子发生碰撞，从而增加反应速率。

•催化剂能够提供新的反应途径，使得反应物分子能够更容易地转化为产物，并降低反应的反应能量。

催化的应用催化在化学工业中拥有广泛的应用。

下面列举了一些常见的催化应用：1.石油加工催化剂–催化裂化：通过催化剂将高沸点的石油分子裂解成低沸点的化合物，用来制造汽油、润滑油等产品。

–催化氢化：使用催化剂将不饱和烃类转化为饱和烃类，同时除去杂质，提高产品质量。

–催化重整：通过催化剂将低辛烷值的烃类转化为高辛烷值的烃类，提高汽油质量。

2.化学合成催化剂–催化剂在有机合成中广泛应用，例如用催化剂合成药物、染料等有机化合物。

–催化剂在无机合成中也有重要应用，例如用催化剂合成催化剂、陶瓷材料、电子材料等。

3.环境保护催化剂–尾气净化催化剂：用于汽车尾气中有害气体的转化和去除，减少对环境的污染。

–污水处理催化剂：通过催化剂将污水中的有机物和有害物质转化为无害物质，提高水质。

4.生物催化–酶催化：利用天然酶或改造的酶作为催化剂，加速生物反应，例如发酵、合成生物活性物质等。

以上只是催化的一些基本原理及应用的简述，实际上催化在化学领域的应用非常广泛，涉及到多个领域。

催化作用原理目录绪论 (1)第一章均相催化 (3)1.1酸、碱催化剂及其催化作用 (3)1.1.1概述 (3)1.1.2酸、碱定义 (3)1.1.3一般酸、碱催化反应 (3)1.1.4特殊酸、碱催化反应(略) (5)1.2络合催化剂及其催化作用 (5)1.2.1概述 (5)1.2.2络合催化循环 (5)1.2.3过渡金属离子的化学键合 (8)1.2.4络合催化中的关键反应步骤 (9)1.2.5配位场的影响 (9)1.2.6羰基合成催化剂的改进 (10)第二章非均相(多相)催化 (14)2.1多相催化反应过程 (14)2.1.1多相催化反应过程 (14)2.1.2外扩散与外扩散系数（D E） (14)2.1.3内扩散与内扩散系数（D i） (15)2.1.4反应物分子的化学吸附： (15)2.1.5表面反应 (16)2.1.6产物的脱附。

(16)2.2吸附作用 (16)2.2.1吸附等温线 (16)2.2.2金属表面上的化学吸附 (19)2.2.3氧化物表面上的化学吸附 (19)第三章各类催化剂及其催化作用 (20)3.1固体酸、碱催化剂及其催化作用。

(20)3.1.1固体酸、碱的定义及分类。

(20)3.1.2固体表面的酸、碱性质。

(20)3.1.3酸、碱中心的形成与结构。

(21)3.1.4固体酸、碱的催化作用。

(27)3.2分子筛及其催化作用 (30)3.2.1概述 (30)3.2.2结构单元及其平面表示 (30)3.2.3特性： (30)3.2.4分子筛催化剂的催化性能与调变 (30)3.3金属催化剂 (35)3.3.1工业上重要的金属催化剂及催化反应 (35)3.3.2金属和金属表面的化学键 (35)3.3.3金属和金属表面的几何构造 (38)3.3.4晶格缺陷与位错 (40)3.3.5晶格不规整性与多相催化 (42)3.3.6金属催化剂催化活性的经验规则 (43)3.3.7负载型金属催化剂的催化活性 (45)3.3.8合金催化剂及其催化作用 (46)3.4金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用 (48)3.4.1概述 (48)3.4.2半导体的能带结构及其催化活性 (48)3.4.3氧化物表面的M=O键性质与催化剂活性、选择性的关联 (49)3.4.4复合金属氧化物催化剂的结构化学 (51)3.4.5金属硫化物催化剂及其催化作用 (56)第四章电催化及光催化 (59)4.1电催化 (59)4.1.1电催化和电催化反应 (59)4.1.2电催化特征 (60)4.1.3n-型半导体的电催化过程 (61)4.1.4电极表面结构和吸附、催化性能的关系 (61)4.2光催化 (62)4.2.1光催化反应与光催化剂 (62)4.2.2光催化反应类型 (64)第五章酶催化 (65)5.1酶的分类和命名[2] (65)5.1.1酶的分类 (66)5.1.2酶的命名法[2] (67)5.2酶的催化功能的特点 (67)5.3酶的化学组成 (69)绪论一、催化剂与催化作用生物化学过程，酶发酵方法酿酒、制醋记载有“催化现象”的资料，却只可以追溯到1597年由德国炼金术士 A. Libavius（1540―1616）著的“Alchymia”一书。

催化原理及应用:是研究催化剂的一门科学，即对催化剂的组成、结构、催化性能及催化作用本质进行研究，测定和制造，为基础研究、工业催化剂的开发和应用提供依据。

没有催化剂，就没有近代化学工业，更没有生物。

催化作用的定义与特征特征:1、只能加速热力学上可行的反应2只加速反应趋于平衡，而不改变平衡的位置3通过改变反应历程改变反应速4降低反应活化能5催化剂对反应具有选择性6催化剂的寿命催化剂是一种物质，它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓的变化催化作用—催化剂的这种作用为催化作用催化反应—涉及催化剂的反应为催化反应标准Gibbs自由能——使产物和反应物在所选定的标准状态时自由焓之间的差值估量一个催化剂价值的四个重要因素:活性;选择性;寿命; 经济性催化剂的工业性能:活性;稳定性;流动性可逆中毒：可以再生，暂时的中毒。

不可逆中毒：不可以再生，永久的中毒一、催化剂成分（固体Cat）活性组分(active components)、载体( support or carrier)、助催化剂(promoter)活性组分也称主剂，起催化作用的主要组分催化反应速度和催化剂表面积成正比，希望催化剂尽可能高的表面积。

载体：催化剂活性组分的分散剂，粘合物或支撑体，是负载催化剂活性组分的骨架负载型催化剂：将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的催化剂对Cat要求：1.提供足够表面2.具有气体分子输送的粗孔道3、载体催化剂命名先写活性组分，再写载体，用斜线隔开。

铂/ 硅胶；铂/ 氧化硅—氧化铅4、催化剂载体功能物理作用：1.提供有效表面积和适宜孔结构2.维持活性组分高分散度3.增强催化剂的机械强度，使Cat具有一定形状4.改善催化剂传导性5.减少活性组分的含量化学作用：6.提供附加活性中心7.溢流现象和强相互作用8.催化剂在使用中所处的状态9.直接影响活性组分的性质五、助催化剂：是催化剂的辅助成分，可以得到所期望的活性、选择性和稳定性.一般用量小于催化剂总量的10%1、帮助载体-控制载体的热稳定性;抑制不希望的活性;双功能催化剂：2、帮助活性组分-结构型：改变催化剂的结构;调变形:改变其电子因素（d 带空穴数、导电率、电子逸出功）和几何因素作用：①使活性物微晶形成晶格缺陷.②产生新的晶相，具有不同的催化性质.③产生或增多Cat中晶相间和微晶间的活性界面数目.扩散型：改善催化剂中孔结构。

催化原理总结5篇第一篇：催化原理总结第一章1.催化反应的三个特征2.催化反应三种分类催化剂两种分类3.固体催化剂四种组成助催化剂四种结构和载体的五种作用催化剂的微观结构4.催化反应性能的三个标准5.多相催化反应的七个步骤第二章物理吸附和化学吸附的区别物理吸附和化学吸附位能曲线解离吸附和谛合吸附的概念化学吸附态（H2,O2,CO,烯烃，炔烃）吸附等温线（五种）Langmuir吸附等温方程推导（单分子，多分子）BET方程推导催化剂比表面测定比表面的方法（N2吸附）催化剂密度（真密度，假密度，比孔容，孔隙率，平均孔半径，孔径分布）扩散（Kundsen扩散）第三章3.1酸碱催化剂的应用和分类（了解）3.2酸碱定义及酸碱中心的形成L酸和B酸定义；单元氧化物L酸吸水转化为B酸Tababe二元氧化物酸中心形成机理（Ti6Si4)3.3固体酸性质及其测定H0的定义（H0=pKa+log(CB/CBH+）TPD法和IR法测定酸中心固体超强酸（H0Bronsted规则ka=GaKaα 碳正离子的形成和反应规律酸中心类型与活性选择性的关系 3.5 沸石分子筛四个结构；四个类型分子筛沸石分子筛酸中心形成的四种机理沸石分子筛的择型催化作用及影响因素催化裂化与热裂化的区别第四章 4.1 金属催化剂的应用及特性（具有d带电子的元素）4.2 金属催化剂的化学吸附以d电子解释金属催化剂的吸附热（未结合d电子数越大，吸附热大，强吸附Fe；未结合d电子数少，吸附热小，弱吸附Pt）2.电子逸出功，电离势概念；两者与化学吸附的关系3.化学吸附和催化活性的关系(中等强度的吸附）88页图4-2 4.3金属催化剂电子因素与催化作用的关系能带理论(金属原子紧密堆积，原子轨道重叠，分立的电子能级扩展为能带）d带空穴（可以由磁距测得）d带空穴需要适应反应电子数目的转移价键理论;金属原子的共价键由杂化轨道构成d%：d轨道占有杂化轨道的比例(Ni,30%d2SP3;70%,d3SP2)d%越大，d带空穴越少；d%增大，吸附热变小，吸附强度变低。