第一章 催化剂基础知识

催化剂基础及应用催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。

它可以在反应过程中提供一个新的反应路径，从而降低活化能，使反应更容易进行。

催化剂本身在反应中并不消耗，因此可以反复使用。

由于催化剂的重要性，它在各个领域都有广泛的应用。

催化剂的基础知识包括以下几个方面：1. 催化剂的种类：催化剂可以分为两类，即均相催化剂和异相催化剂。

均相催化剂与反应物处于相同的物理状态，如气体或液体。

而异相催化剂与反应物处于不同的物理状态，如固体催化剂与气体或液体反应。

常见的均相催化剂有氧化剂、还原剂和酸碱催化剂；常见的异相催化剂有金属催化剂和固体酸碱催化剂。

2. 催化剂的作用机制：催化剂通过提供新的反应路径，降低活化能，使反应更容易进行。

它可以提供活化位点，吸附反应物，促使反应物之间的键断裂和新键形成。

催化剂还可以改变反应物的电子结构，增强反应的选择性。

3. 催化剂的选择：选择合适的催化剂对于提高反应效率和选择性非常重要。

催化剂的选择要考虑反应类型、反应条件、催化剂的活性和稳定性等因素。

此外，还需要考虑催化剂的成本、毒性和环境友好性。

催化剂在许多领域都有广泛的应用，包括化学工业、能源生产和环境保护等。

在化学工业中，催化剂被广泛应用于合成反应中。

例如，合成氨的哈伯-博士过程就是通过使用铁催化剂将氮气和氢气转化为氨。

此外，催化剂还常用于合成有机化合物，如合成醇、酮和酯等。

在能源生产中，催化剂的应用也非常重要。

例如，汽车尾气中的有害气体（如一氧化碳、氮氧化物等）可以通过催化剂转化为无害的氮气、二氧化碳和水。

此外，催化剂还可以用于石油加工、天然气转化和燃料电池等领域。

在环境保护中，催化剂的应用可以减少有害物质的排放。

例如，催化剂可用于净化废水中的有机物和重金属离子。

此外，催化剂还可以用于大气污染物的净化，如将二氧化硫转化为硫酸等。

催化剂的应用还延伸到生物领域。

生物催化剂，即酶，是生物体内的催化剂，能够加速生物反应，如酶解、氧化和还原等。

第一章工业催化剂概述1.催化剂在经济上的地位和作用2.催化工业的形成和发展3.催化剂市场4.若干术语和基本概念1.催化剂在经济上的地位和作用A．催化剂是化学工业的基石。

据统计，现有90%以上的化工过程是采用催化剂进行生产的。

借助于催化剂生产的产品总值在全世界工业生产总值中约占18%，仅低于机械产品的总值。

B．提高社会生产水平(合成氨、合成材料、生物化工)合成氨：亚洲在世界上的产量最高，其中，中国是第一大生产和消费国；合成材料：树脂，塑料；合成纤维；合成橡胶；树脂，塑料；产量最大的通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯；热塑性树脂，塑料总产量已与赶超钢铁的产量。

生物化工：酶化工，最古老的化学工业，酿酒、制药，（Only，Cobbut，青霉素）生物汽油：发酵法生产乙醇，掺入汽油约10％；生物柴油：大豆油、蓖麻油等掺入柴油中。

C．扩大资源利用范围（C1化工、煤、石油）C1：含一个碳的小分子；可生产合成燃料（F-T合成）；生产三烯（乙烯，丙烯，丁二烯）；生产三苯（苯、甲苯、二甲苯）；构成化学物质的使用循环。

煤：传统用处，燃料，化工原料（汽化干馏得到，成本高，不纯）；现石油危机，重提化工利用，汽化，液化等。

石油：催化裂化，重要的行业革新；催化重整，开辟制苯途径；60年代，全面取代煤。

燃料添加剂：四乙基铅、甲基叔丁基醚、二甲醚。

D．提取制造重要物质（精细化工）精细化工产品：批量小，附加值高，技术含量高，针对性强。

催化剂本身是一种精细化工产品；E．满足社会各方面需要（衣、食、住、行、环保、国防）2.催化工业的形成和发展A. 二十世纪以前（萌芽时期）；最早工业化催化剂：硫酸催化剂：NO2SO2 SO3 Cat：NO2后1879年用Pt催化剂，现用V2O5-K2SO4/硅藻土B. 二十世纪初（奠基时期）1913年：合成氨Fe Cat；15年：氨氧化制硝酸Pt网Cat；C. 二十世纪初30～60年代（大发展时期）36年：催化裂化催化剂：SiO2-Al2O3；38年：Ficher-Tropsch合成，Fe,Co,Ni催化剂；49年：催化重整催化剂：Pt-Re/Al2O3；53年：乙烯聚合催化剂：Ziggler-Natte TiCl4-Al(C2H5)360年代：均相络合催化剂；分子筛催化剂。

催化剂与催化作用基础知识框架一、催化剂定义催化剂是一种能够加速化学反应的物质，而自身在反应前后质量和化学性质不发生改变。

这种物质被称为催化剂。

二、催化作用原理催化作用的核心原理是通过降低反应的能量障碍，从而加速反应的进行。

这种原理通常被称为“激活能”或“催化势”。

三、催化剂活性催化剂的活性通常用单位时间内单位质量催化剂所引起的反应量来表示。

活性是衡量催化剂效率的重要指标。

四、催化剂选择催化剂的选择通常需要考虑以下几个方面：催化剂的活性、稳定性、选择性、可回收性以及环境友好性等。

不同的化学反应需要不同类型的催化剂，因此了解催化剂的性质和选择标准是非常重要的。

五、催化剂制备催化剂的制备通常包括以下步骤：制备催化剂的原材料、制备催化剂的溶液或浆料、催化剂成核与生长、催化剂颗粒的大小与形态控制、催化剂的干燥和焙烧等。

制备工艺的不同会对催化剂的性能产生重要影响。

六、催化剂表征催化剂的表征主要包括对其物理化学性质以及结构特性的研究。

这些性质可以通过各种表征技术来研究，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光谱技术等。

通过对这些表征结果的分析，可以了解催化剂的结构特点、活性组分及其分布情况等信息，为优化催化剂性能提供依据。

七、催化反应动力学催化反应动力学主要研究在一定温度压力条件下，反应物在催化剂表面的吸附和脱附速率以及反应在表面上的进行速率等。

这些研究可以帮助理解催化反应过程，并优化反应条件以提高反应效率。

八、催化应用催化应用广泛，如石油化工、煤化工、环保、生物医药、材料科学等领域。

在这些领域中，通过利用催化剂可实现能源的有效利用和环境保护。

例如，通过使用催化剂可以将石油中的重质组分转化为轻质油品，将煤炭气化成合成气等。

此外，在环保领域，通过使用催化剂可以处理废气、废水和固体废弃物等。

在生物医药领域，通过使用催化剂可以合成药物和生物材料等。

在材料科学领域，通过使用催化剂可以合成新型材料等。

第一章催化剂根本知识1、名词解释（1）活性：催化剂使原料转化的速率，工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间内转化原料反响物的数量来表示，如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千克数。

（2）选择性：目的产物在总产物中的比例，实质上是反响系统中目的反响与副反响间反响速度竞争的表现。

（3）寿命：指催化剂的有效使用期限。

（4）均相催化反响：催化剂与反响物同处于一均匀物相中的催化作用。

（5）氧化复原型机理的催化反响：催化剂与反响物分子间发生单个电子的转移，从而形成活性物种。

（6）络合催化机理的反响：反响物分子与催化剂间配位作用而使反响物分子活化。

（7）〔额外补充〕什么是络合催化剂？答：一般是过渡金属络合物、过渡金属有机化合物。

（8）反响途径：反响物发生化学反响生成产物的路径。

（9）催化循环：催化剂参与了反响过程，但经历了几个反响组成的循环过程后，催化剂又恢复到初始态，反响物变成产物，此循环过程为催化循环。

（10）线速度：反响气体在反响条件下，通过催化床层自由体积的的速率。

（11）空白试验：在反响条件下，不填充催化床，通入原料气，检查有无壁效应，是否存在非催化反响。

（12）催化剂颗粒的等价直径：催化剂颗粒是不规那么的，如果把催化剂颗粒等效成球体，那么该球体的直径就是等价直径。

（13）接触时间：在反响条件下的反响气体，通过催化剂层中的自由空间所需要的时间。

（14）初级离子：内部具有严密构造的原始粒子。

（15）次级粒子：初级粒子以较弱的附着力聚集而成-----造成固体催化剂的细孔。

2.表达催化作用的根本特征，并说明催化剂参加反响后为什么会改变反响速度？①催化剂只能加速热力学上可以进展的反响，而不能加速热力学上无法进展的反响。

②催化剂只能加速反响趋于平衡，而不能改变平衡的位置〔平衡常数〕。

③催化剂对反响具有选择性。

④催化剂的寿命。

催化剂之所以能够加速化学反响趋于热力学平衡点，是由于它为反响物分子提供了一条轻易进展的反响途径。