绿色化学—讲义催化剂1
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二、催化剂在化学反应中的作用以及催化科学和技术对绿色化学发展的重要作用评分标准:1.催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率,可控制反应产物化学物种的选择性控制产物的立体规整结构,定向不对称合成旋光异构体丙烯酸+氢生产与温度控制化学物种选择性,与接触时间共同控制产物化学物种选择性,具有高度专一性,高选择性,高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。
(50分)2.催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。
在污染防治(减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放;减少挥发性有机溶剂的使用等;)活化新的反应原料,催化与反应过程的改善等方面都有重要应用。
(50分)催化剂的作用及在绿色化学的作用摘要本文主要阐述了催化剂和催化反应的概念,发展历史,主要特点等。
以及催化剂在绿色化学中所起的催化作用和所作的研究,以及成果。
关键词催化剂催化反应绿色化学1催化剂及催化反应发现的历史催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现。
一百多年前,有个魔术“神杯”的故事。
有一天,瑞典化学家贝采里乌斯在化学实验室忙碌地进行着实验,傍晚,他的妻子玛利亚准备了酒菜宴请亲友,祝贺她的生日。
贝采里乌斯沉浸在实验中,把这件事全忘了,直到玛丽亚把他从实验室拉出来,他才恍然大悟,匆忙地赶回家。
一进屋,客人们纷纷举杯向他祝贺,他顾不上洗手就接过一杯蜜桃就一饮而尽。
当他自己斟满第二杯酒干杯时,却皱起眉头喊道:“玛利亚,你怎么把醋拿给我喝!”玛利亚和客人都愣住了。
玛丽亚仔细瞧着那瓶子,还倒出一杯来品尝,一点儿都没错,确实是香醇的蜜桃酒啊!贝采里乌斯随手把自己倒的那杯酒递过去,玛丽亚喝了一口,几乎酸的吐了出来,也说:“甜酒怎么一下子变成醋酸啦?”客人们纷纷凑近来,观察着,猜测着这“神杯”发生的怪事。
贝采里乌斯发现,原来酒杯里有少量黑色粉末。
他瞧瞧自己的手,发现手上沾满了在实验室研磨白金时给沾上的铂黑。
他兴奋地把那杯酸酒一饮而尽。
原来,把酒变成醋酸的魔力是来源于白金粉末,是它加快了乙醇和空气中的氧气发生化学反应,生成醋酸。
催化剂在绿色化学中的重要性在当今追求可持续发展和环境保护的时代,绿色化学的理念日益深入人心。
绿色化学旨在设计和开发对环境友好、资源高效利用的化学过程和产品,以减少或消除化学工业对环境的负面影响。
而在实现绿色化学的目标中,催化剂扮演着至关重要的角色。
首先,我们需要了解什么是催化剂。
简单来说,催化剂是一种能够改变化学反应速率,但在反应前后自身的化学性质和质量不发生改变的物质。
它通过降低反应的活化能,使反应更容易发生,从而加快反应速度或者使原本难以进行的反应能够在较为温和的条件下进行。
在绿色化学中,催化剂的重要性体现在多个方面。
其一,催化剂能够提高化学反应的选择性。
这意味着它可以引导反应朝着生成特定产物的方向进行,减少副反应的发生,从而提高原料的利用率,降低废弃物的产生。
例如,在某些有机合成反应中,使用特定的催化剂可以精准地控制反应的路径,只生成我们需要的目标产物,避免了不必要的副产物的形成,这不仅提高了反应的效率,还减少了后续分离和纯化的难度,降低了能源消耗和环境污染。
其二,催化剂有助于降低反应的条件。
许多化学反应需要在高温、高压等苛刻条件下才能进行,这不仅消耗大量的能源,还可能带来安全隐患和设备损耗。
而优秀的催化剂能够使反应在较为温和的温度、压力下顺利进行,从而大大降低了生产过程中的能耗和成本。
比如,在工业合成氨的过程中,传统方法需要高温高压的条件,但使用新型的催化剂后,可以在相对较低的温度和压力下实现高效的氨合成,显著节约了能源,同时也降低了对设备的要求。
其三,催化剂能够促进可再生资源的利用。
随着不可再生资源的日益枯竭,开发和利用可再生资源如生物质成为了化学工业的重要发展方向。
催化剂在将生物质转化为有用的化学品和燃料方面发挥着关键作用。
例如,通过催化加氢、氧化等反应,可以将生物质中的纤维素、木质素等成分转化为乙醇、丁醇等生物燃料,或者生产出各种高附加值的化学品,为可持续发展提供了有力的支持。
此外,催化剂在减少环境污染方面也具有显著的贡献。
第五章绿色化学方法答案1.什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义?答:催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率(合成氨中的Fe-K2O Al2O3),可控制反应产物化学物种的选择性(乙烯选择性氧化的不同催化剂:PdCl2-V配合物, Ag/ Al2O3,Ni),控制产物的立体规整结构(丙烯的聚合:氧气或过氧化物,Ziegler-Natta),定向不对称合成旋光异构体(Ru手性膦配合物用于 2—(6—甲氧基-2萘基)丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸),与温度控制化学物种选择性,与接触时间共同控制产物化学物种选择性(甲烷氧化生产合成气中的Ni / Al2O3 ),具有高度专一性,高选择性,高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。
催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用.在污染防治(减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放;减少挥发性有机溶剂的使用等;)活化新的反应原料,催化与反应过程的改善(乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成)等方面都有重要应用。
2.相比于传统的氧化剂,哪些是新型的绿色氧化剂?他们各有什么特点?答:传统的氧化剂有:NaClO, NaBrO, HNO3, KHSO3;CrO3, KMnO4, KCr2O7等,主要的缺点有:产生大量的盐废物,产生大量的废气和废水,产生大量的有毒有害的重金属离子.新型的绿色氧化剂有:(1)O2:氧气是最清洁的氧化剂;受限于它的氧化条件,通常伴随有其它辅助性的氧化/还原剂(2)H2O2:过氧化氢含有47%的活性氧成分,而且其还原产物为水,不会对环境造成污染;但过氧化氢比O2和O3都贵,且在室温条件可以分解.(3)O3:臭氧也是一种对环境有好的氧化剂,它的还原产物O2,但O3通常需要特殊的发生装置(4)N2O:N2O在参与氧化后的产物为N2,不对环境造成危害,但是N2O的合成比较复杂,成本较高(5)晶格氧:可以在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应,能大幅度提高烃类选择氧化的选择性,而且因不受爆炸极限的限制,可提高原料浓度,时反应物容易分离回收,是控制深度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新技术。