催化化学基础----
催化化学
永久中毒: 毒物的吸附非常强,难以脱附.
暂时中毒: 毒物的吸附较弱,而且可逆. 不同类型催化剂和反应的毒物不同
·积炭
高分子量化合物在催化剂表面沉积,导致失活. 可通过在空气中 煅烧使催化剂再生.
·熔解, 重结晶 晶粒受热作用半熔或长大, 导致比表面积减小, 即单位催化剂的活性中心 数目减少,从而导致活性下降. ·活性组份流失
给定温度下,达到某一转化率所要求的空间速度 : 空间速度是一个操作条件, 是指单位时间、单位催化 剂(重量或体积)的进料速度, 有体积空速和重量空速 两种表示方法.
1.5.2 催化剂的选择性 对复杂反应有选择性发生催化作用的功能 , 用来描 述在催化剂上两个或多个竞争反应的相对速度. 所选择的方向不一定是自由能降得最低的方向.
升华, 例如: WO3-MoO3催化剂,高压加氢反应中, MoO3升华.
§2 多相催化的发展 2.1 多相催化现象的科学发现与积累 2.2 多相催化在工业上的应用 ·以煤为原料的路线
·在石油炼制中的应用
·在石油化工中的应用 ·精细有机化工中的应用 ·环保方面的应用 2.3 催化在国民经济中的作用 ·广辟资源 ·现代化学工业的支柱
1.2 多相催化作用的基本概念
· 均相: 催化剂和反应物均相或无相界面
· 多相: 催化剂和反应物多相或有相界面 表1. 相界面
反应物
催化剂 液 固 固 固 气 液 气 液+气
例子
烯烃 聚合物(磷酸为催化剂) 醇 烯烃(Al2O3为催化剂) 合成氨过程(Fe为催化剂) 硝基苯+H2 苯胺 (Pd为催化剂)
“在可逆反应中,催化剂仅能加速反应平衡的到达,而不能改变平衡常数”
有机化学基础知识点整理酸催化与碱催化反应机制
有机化学基础知识点整理酸催化与碱催化反应机制有机化学中，酸催化和碱催化是非常重要的反应机制。
它们可以用于促进化学反应的进行，提高反应速度和产物收率。
本文将对酸催化和碱催化反应机制进行整理和介绍。
1. 酸催化反应机制酸催化反应机制是指在反应中加入酸性催化剂，以增加反应速率或改变反应途径的一种方式。
下面将介绍几种常见的酸催化反应机制。
1.1 酯水解反应酸催化下的酯水解反应是有机合成中常见的反应之一。
酸性催化剂如硫酸或甲酸可以将酯分子中的酯键断裂，生成酸和相应的醇。
酸催化可以增加反应速率，降低反应的活化能。
1.2 化学计量酸催化反应一些有机反应如烷基化反应、烯烃的加成反应等可以在酸性条件下进行。
酸催化剂可以引发反应物中的C-C或C=C键的断裂，生成稳定的碳阳离子中间体，并最终生成产物。
1.3 酸催化环化反应酸催化环化反应是有机化学中常见的反应之一。
酸催化剂可以引发反应物中的环化反应，生成稳定的环状中间体。
这一类反应广泛应用于合成环状化合物，如环状醚、环状酮等。
2. 碱催化反应机制与酸催化相似，碱催化也是一种常用的反应促进方式。
下面将介绍几种常见的碱催化反应机制。
2.1 乙酸酐乙酸酯酸碱催化反应在乙酸酐乙酸酯酸碱催化反应中，碱催化剂如吡啶可以促进酯的水解反应。
碱可以与酯分子中的羰基产生共轭碱缩脲，从而降低反应的活化能。
2.2 林格曼催化反应碱催化的林格曼反应是一种将醇转化为烯烃的方法。
一般采用碱性催化剂如碳酸钠或碳酸钾催化，生成稳定的醇缩脲，然后通过消除反应生成烯烃。
2.3 消除反应的碱催化碱催化可以促进一些消除反应，例如醇的脱水反应、酮或醛的还原反应等。
碱性催化剂可以在反应中作为亲核试剂或质子发生器，从而促进反应的进行。
总结：酸催化和碱催化是有机化学领域中非常重要的反应机制。
它们可以通过增加反应速率、改变反应途径等方式，促进化学反应的进行。
酸催化和碱催化反应机制在有机合成中有着广泛的应用，研究和理解这些机制对于有机化学的深入学习和应用具有重要的意义。
有机化学基础知识点酸催化反应的机理和规律
有机化学基础知识点酸催化反应的机理和规律酸催化反应是有机化学中常见的一种反应类型，它在合成化学、药物化学、材料科学等领域中都具有重要的应用价值。
酸催化反应的机理和规律对于理解和设计有机化合物的反应具有重要的指导意义。
本文将深入探讨酸催化反应的机理和规律，以帮助读者更好地理解和应用这一知识点。
1. 酸催化反应的基本概念酸催化反应是指在酸的存在下进行的化学反应。
酸可以提供质子（H+）用于与反应物中的亲电子试剂发生化学键的形成或断裂。
酸催化反应通常需要较温和的反应条件，能够促进反应的进行，提高反应速率。
酸催化反应在有机合成中极为常见，例如酸催化的酯水解、酸催化的缩合反应等。
2. 酸催化反应的机理酸催化反应的机理主要涉及质子化、亲电子试剂的加成或缩合以及酸中和等步骤。
首先，酸通过质子化作用使得反应物中的亲电子试剂形成更为活泼的电子云，提高其反应性。
然后，亲电子试剂与其他反应物或溶剂发生加成或缩合反应，生成反应产物。
最后，反应产物通过酸中和或其他转化步骤得到最终的产物。
3. 酸催化反应的规律酸催化反应的规律涉及反应活性和反应速率的因素。
一方面，酸的酸性强弱直接影响到催化反应的活性。
酸性越强，提供的质子越多，反应活性越高。
另一方面，反应底物的结构和性质也会影响酸催化反应的速率。
一般来说，含有活泼亲电子试剂的底物更容易被酸催化，反应速率更快。
此外，溶剂的选择和反应温度对酸催化反应的速率也有一定影响。
4. 酸催化反应的应用酸催化反应在合成化学、药物化学、材料科学等领域中具有广泛的应用。
例如，酸催化的酯水解是制备羧酸和醇的重要方法，广泛应用于医药和精细化工行业。
此外，酸催化缩合反应在合成大环化合物、药物和天然产物的构建中也起到关键作用。
酸催化反应的应用还在不断拓展和深入研究中，为有机化学研究和应用提供了重要的工具和方法。
总结：本文系统地介绍了有机化学基础知识点酸催化反应的机理和规律。
酸催化反应作为有机化学中常见的反应类型，在化学合成和其他领域中具有广泛的应用。
催化基础知识普及
催化基础知识普及氧物种为了认识催化氧化反应的规律性，了解作为反应物之一的氧和氧化物催化剂中的氧在表面上的存在形式和在反应中的作用，无疑是我们关注的问题之一。
（1）氧吸附态氧在催化剂表面上的吸附极其复杂，有分子形式吸附的缔合吸附和解离吸附，且氧原子可以进入金属晶格内部，生成表面氧化物。
一般在氧化物上主要存在的氧物种有：分子氧O2、分子吸附氧O2-、原子吸附氧O-、表面晶格氧O2-以及体相晶格氧O2-。
相互转化关系：分子氧O2<——>分子吸附氧O2-<——>原子吸附氧O-<——>表面晶格氧O2-更为具体：O2(g) <——>O2(s) <——>O2-(s) <——>O22-(s) <——>2O-(s) <——>2 O2-(s)活性O-(s) >O22-(s)> O2-(s)（2）氧物种表征现在普遍认为在催化剂表面上氧的吸附形式主要有：电中性的氧分子物种（O2）ad和代负电荷的氧离子物种（O2-<（2为下标>分子吸附氧、O-原子吸附氧、O2-<（2为上标>晶格氧<包括表面晶格氧和体相晶格氧>），这些氧物种可以采用电导、功函、ESR以及化学方法给与测定。
以分子氧形式进行化学吸附时，氧物种的电导不变，而以离子氧形式进行化学吸附时，常常伴以很明显的电导变化，并且由于在表面上形成一负电荷层和靠近晶体表面层形成正的空间电荷，使功函随之增加，所以可借助电导和功函的测量容易区别可逆吸附的分子氧和不可逆吸附的离子氧。
对于离子氧O-和O2-（2为下标，分子吸附氧），可以借助两者在ESR谱上的不同信号而加以区别。
更为准确的方法是：核自旋I=5/2的同位素17O，其在吸附时，ESR谱有精细结构。
如吸附态为O-物种，其精细结构由6条线组成（我在测CeO2表面氧时，发现奇怪现象：550度焙烧后的氧可以观测到典型的O-、O2-谱线；但是650度焙烧的氧出现6条谱线，我只是常规的ESR，没有采用同位素，为何也出现6条谱线，晕！！！），而吸附态为O2-物种时，由于未成对电子和两个17O核作用，精细结构为11条谱线。
催化化学第一章
1824年 意大利的Bellani.A识别了氢饱和的铂绵的催 化作用，认为是“吸附”使物质的质量相互接近，因 而它们之间容易反应。 1831年 英国的Philips.p等发现SO2在空气中氧化时 可使用铂为催化剂，这是接触法生产硫酸的开始。 1835年 瑞典的Berezelius.j.j首次提出催化作用这个词 来描述许多各种各样的关于痕量物质对反应速度所起 的作用的观察结果。大量事实表明只有某些第三种物 质存在时，反应才发生，而这第三种物质在整个反应 过程中没有变化。因此，他们认为这里必定存在着一 种新的力，虽本质还不清楚，但称为催化力。
⑩加速反应但不参加反应者非催化剂 催化剂是参加反应的，有些物质虽然能加速反应，但本 身不参加反应，就不能视之为催化剂。 例：离子之间的反应常常因加入盐而加速，因此盐改变 了介质的离子强度，但盐本身并未参加反应，故不 能视之为催化剂。 应区分引发剂与催化剂 例：苯乙烯聚合中所用的引发剂—二叔丁基过氧化物， 它在聚合过程中完全消耗了，所以不能称作催化剂。 如能降低反应速度的物质称为负催化剂，从它的机 理看称阻抑剂更为合理。
Pt/载体
正烯烃
异构化
异烯烃
+H
异烷烃
⑤多功能催化剂 纯粹化合物表现出具有多功能性质，如 Cr2O3,MOO2,WS2,即有酸催化活性又有加氢脱氢活性。 ⑥载体(support carrier)：这是固体催化剂所持有的组分， 它可以起增大表面积，提高耐热性和机械强度的作用， 有时还能担负共催化剂和助催化剂的角色。与助催化 剂不同的是，载体量大，助剂量少。
①+②得
H2O+CO→H2+ CO2 式中﹡表示催化剂的活性位（active site）
H2 O * O*
有机化学基础知识点整理酸催化和碱催化的反应
有机化学基础知识点整理酸催化和碱催化的反应在有机化学中，酸催化和碱催化是两种常见的反应类型。
它们在有机合成、酶催化、化学反应速率调控等方面都扮演着重要的角色。
本文将对酸催化和碱催化的反应进行整理，并介绍其基础知识点。
一、酸催化的反应酸催化指的是在反应过程中，酸作为催化剂促进化学反应的进行。
在有机化学中，酸催化的反应很常见，具有重要意义。
1. 环化反应酸催化下的环化反应是有机化学中的经典反应之一。
它可以将直链的化合物转化为环状的化合物，形成环状化合物。
常见的酸催化环化反应包括沃夫酮合成、贝克氏裂环反应等。
2. 缩合反应酸催化下的缩合反应可以将两个或多个分子结合在一起，形成更大的分子。
例如，酯的酸催化缩合反应可以生成酯、酰胺等化合物。
此外，酸催化也可用于酮和胺的亲核加成反应。
3. 消除反应酸催化下的消除反应可以将分子内或分子间的原子或官能团移除，得到不同的产物。
例如，酸催化的脱水反应可以将醇转化为烯烃。
二、碱催化的反应碱催化是指在反应过程中，碱作为催化剂促进化学反应的进行。
在有机化学中，碱催化的反应也具有重要意义。
1. 羟化反应碱催化的羟化反应可以在有机化合物中引入羟基。
常见的碱催化羟化反应包括醇的亲核取代反应，可将有机卤化物转化为醇。
2. 醇解反应碱催化的醇解反应是将醇与酯、醚等有机官能团进行水解的反应。
碱催化的醇解反应常用于酯和酸的水解，生成相应的酸和醇。
3. 酯化反应碱催化的酯化反应可以将酸与醇缩合，生成酯。
这是一种重要的有机合成反应，广泛应用于药物合成等领域。
三、酸催化与碱催化的选择在实际应用中，选择适当的催化剂对于反应的进行至关重要。
酸催化和碱催化都有各自特点，应根据反应的需求来选择。
1. 酸催化的选择酸催化的反应通常适用于需要产生正离子或需要促进可逆反应向特定方向进行的情况。
常见的酸催化剂包括硫酸、盐酸、三氟甲磺酸等。
2. 碱催化的选择碱催化的反应通常适用于需要生成负离子或需要促进亲核取代反应的情况。
催化化学书籍
催化化学书籍催化化学是化学领域中极为重要的一个分支，涉及到催化剂的设计、合成和应用等方面。
因此，有很多优秀的书籍涵盖了催化化学的理论和实践知识。
下面我将介绍一些被广泛推崇的催化化学书籍。
1. "催化化学基础"（Fundamentals of Catalysis）- Masakazu Anpo, Yutaka Ono这本书是催化化学领域的经典之作，涵盖了催化剂的种类、反应机制以及催化反应的表征等内容。
此外，该书还探讨了催化剂合成和催化剂的表面结构等相关话题。
对于学习催化化学的学生和研究人员来说，这本书是一个很好的入门指南。
2. "催化剂的设计原理"（Principles of Catalyst Design）- Challa S. S. R. Kumar 这本书系统地介绍了催化剂的设计原理和方法。
作者以反应工程和材料科学为基础，深入探讨了催化剂的制备、表征以及应用等方面。
此外，还介绍了催化剂的表面结构和反应机理的相关概念。
对于催化化学领域的研究人员和工程师来说，这本书是一本非常有价值的参考资料。
3. "现代催化科学：表征和设计"（Modern Catalysis: Surface Science Concepts and Applications）- Vladimir Ponec, Geoffrey C. Bond这本书以催化科学的最新研究进展为基础，讨论了催化剂的表征和设计方法。
书中详细介绍了表面科学的相关概念和技术，并探讨了催化剂表面结构与反应机理的关系。
此外，该书还论述了催化剂的合成和应用等实际问题。
对于从事催化化学研究和工程的科学家和工程师来说，这本书是一本不可或缺的参考书籍。
4. "催化化学原理与实践"（Catalysis: Principles and Practice）- John T. Davies 这本书是一本综合性的催化化学教科书，介绍了催化剂的种类、合成和应用方面的知识。
有机化学基础知识点酸催化和碱催化的反应机理
有机化学基础知识点酸催化和碱催化的反应机理酸催化和碱催化是有机化学中常见的反应机理，可以在特定条件下促进化学反应的进行。
本文将介绍酸催化和碱催化的基本概念、机制和一些实际应用。
一、酸催化的反应机理酸催化是指在存在酸性催化剂的情况下，能够加速有机反应的进行。
常见的酸催化反应包括酯化、酮醇互变、缩醛缩酮等。
酸催化的反应机理主要有以下几个步骤：1. 质子化：酸性催化剂能够捕获溶液中的质子，将反应底物中的氢离子转移给酸性催化剂生成质子化的中间体。
2. 缩合：质子化的中间体与其他底物发生缩合反应，生成一系列的中间体和产物。
3. 消负荷：在反应进行过程中，质子化的产物会被中间体或其他分子捕获，减轻反应物中的总正电荷。
酸催化的反应机理通常涉及质子的转移和缩合反应，能够极大地加速有机反应的进行。
其机理可以由质子化、缩合和负荷消除等步骤组成，具体的反应机制取决于反应底物的特性和反应条件的选择。
二、碱催化的反应机理碱催化是指在存在碱性催化剂的情况下，能够加速有机反应的进行。
常见的碱催化反应包括酯水解、烯烃的碱催化加成等。
碱催化的反应机理主要有以下几个步骤：1. 阴离子生成：碱性催化剂能够捕获溶液中的质子，生成碱催化剂的阴离子形式。
2. 亲核加成：阴离子形式的催化剂与反应底物发生亲核加成反应，生成中间体和产物。
3. 脱去：中间体经过一系列反应后，脱去碱催化剂的阴离子，生成最终的产物。
碱催化的反应机理通常涉及质子的失去和亲核加成等步骤，能够极大地加速有机反应的进行。
其机理可以由阴离子生成、亲核加成和脱去等步骤组成，具体的反应机制也取决于反应底物的特性和反应条件的选择。
三、酸催化和碱催化的应用举例酸催化和碱催化在有机化学中有广泛的应用。
下面列举几个常见的应用示例：1. 酯水解反应：碱催化剂如氢氧化钠能够促使酯与水反应生成相应的醇和酸。
2. 酮醇互变：酸性催化剂如硫酸能够加速酮与醇之间的转化反应。
3. 酮醇缩合：酸性催化剂如硫酸能够促进酮和醛的碳碳键形成反应。
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《催化化学基础》教学大纲
课程代码:6400158
课程名称:《催化化学基础》
说明:催化化学在国民经济中具有十分重要的意义,涉及领域广泛.但学生只在物理化学或普通化学的某些章节学习了很简单的催化学基础知识,远远不能满足以后在科研和工作中的应用.因此本课程的目的在于阐明催化作用的本质,系统而简明的介绍催化理论,以及催化作用在能源,新材料,生物工程等领域的应用.
本课程分五大部分介绍,共计32学时,考核方式为笔试.
内容:
第一部分总论(8学时)
此部分主要介绍这一学科的现状和发展趋势;指出目前存在的主要问题;探讨以现代化学理论作为关联均相,酶和多相三种催化作用共同理论基础的可能性.
引论(2学时)
教学要求:本章要求学生掌握广义和狭义催化剂的概念,从化学键和成键的角度学习催化反应的本质;了解催化科学发展的现状.
知识要点:
第一节催化科学和发展技术简介
实用催化剂的开发
催化理论的发展简史
催化工艺的进展
第二节广义和狭义的催化剂
第三节催化作用的本质
重点和难点:催化作用的本质.
催化反应和催化剂(3学时)
教学要求:要求学生掌握催化剂的组成,催化剂的选择性,催化剂的动态性质,催化反应热力学和动力学以及活化参数的计算.
知识要点:
催化反应和催化剂的分类
催化反应的分类
催化剂的组成
催化剂的分类
催化剂在化学反应中的作用
催化剂的选择性
催化剂的动态性质
第三节催化反应的热力学和动力学
热力学第一,第二定律
热力学活化参数的计算及其物理意义
催化反应动力学
动力学参数及其相互关系
重点学习催化剂在化学中的作用和催化热力学,动力学.
催化作用的化学基础(3学时)
教学要求:要求学生掌握用电子概念表示的基元化学反应机理,了解晶体场和配位场理论,能够根据近代物理和化学知识,用已经确认的一般化学观点,对发生在均相,多相和酶三类不同体系中的化学反应作统一解释.
知识要点:
基元化学反应机理
晶体场和配位场理论简介
均相,多相和酶催化反应机理的同一性
酸-碱催化反应
共价催化反应
-配位催化反应
氧化-还原催化反应
催化剂结构对催化性能的影响
本章难点是晶体场和配位场理论,重点是均相,多相和酶催化反应机理的同一性.
第二部分均相催化(6学时)
本部分论述均相催化中的酸碱催化和配位催化的共性和特殊性.
酸碱催化剂及其作用机理(3学时)
教学要求:要求学生掌握从电荷转移角度定义的酸碱概念,从而认识酸碱催化反应机理,掌握什么是酸碱协同催化反应.
知识要点:
一般酸碱催化反应
酸,碱的定义
酸,碱催化反应机理
特殊酸碱催化反应
特殊酸碱催化反应
pH的影响
盐效应
酸碱协同催化反应
第四节酸函数和酸强度
重点介绍酸,碱催化剂的作用机理.
配合物催化剂及其作用机理(3学时)
教学要求:要求学生掌握配合物催化剂的作用特点,配合物催化剂的类型,配位催化反应中的基元反应,其中要掌握有效原子序数规则,插入及挤出反应等.
知识要点:
配合物催化剂作用的特点
配合物催化剂的种类
配离子的稳定性
配位数和配合物的空间构型
金属离子的氧化还原特性
配位催化中的基元反应
有效原子序数规则
配体的配位和离解
氧化加成和还原消除
插入及挤出反应
配位催化中的多催化剂体系
催化剂的相加机理
平行活化
几个催化体系的结合
Werner配合物催化剂和-配合物催化剂的催化作用
第五节金属原子簇催化剂及有机金属化合物的催化作用
本章重点介绍有重要意义的配位催化剂-过渡金属的werner配合物,-配合物,金属原子簇及有机金属化合物及其在一些重要反应中的催化机理.
第三部分酶催化(4学时)
酶及其模拟(4学时)
教学要求:介绍酶催化的基本特点,通过对典型酶催化反应的分析和与均相配位催化反应的类比,着重指出二者在化学上的一致性,和酶之所以具有较高活性和选择性在于酶结构的独特性;在此基础上对模拟酶的可能途径作了详细分析.
知识要点:
酶的组成,结构和功能
酶反应
酶模拟
重点和难点:酶的化学组成,结构和催化功能特点,典型的几类酶催化反应.
第四部分多相催化(10学时)
本部分从无机固态化学出发,分析金属,金属氧化物和固体酸碱等各类固体催化剂活性部位的形成和结构,并阐述各自的反应机理.
固体催化剂的固态化学基础(3学时)
教学要求:掌握固态配位化学的基础知识,固体中的缺陷类型和表示方法,固体表面的化学组成,电子结构以及固体催化剂的制备.
知识要点:
固体催化剂的晶体结构
非化学计量化合物和固体中的缺陷
固体的表面
无机固态反应
本章重点介绍固体缺陷,表面理论,固体催化剂的作用.
金属催化剂(3学时)
金属催化剂的特征
第二节金属表面上的化学键本质
金属催化剂上的反应
重点介绍金属表面上的化学化学本质,金属催化剂的反应特征.
金属氧化物催化剂(4学时)
教学要求:要学生掌握酸碱型,氧化还原型两类金属氧化物催化剂的特点,热力学性质.
知识要点:
酸-碱型催化剂的催化反应
氧化-还原型氧化物催化剂的催化反应
重要工业催化剂举例
重点和难点在于两类金属氧化物催化剂的反应机理.
第五部分催化研究的新领域(4学时)
本部分涉及催化剂在与物质转化同时发生的能量转化作用,列举一些应用催化剂的新领域. 电催化和光催化(2学时)
教学要求:学生应该掌握电催化的定义,特征,光催化的定义,特征和反应类型.了解光电催化研究的新动向.
知识要点:
第一节电催化反应的特征和反应过程
光催化反应的特征,类型和研究动向
第三节半导体的光电极催化反应
本章重点电催化和光催化的反应特征和机理.
催化剂的新应用领域(2学时)
教学要求:让学生了解催化剂的几个重要应用领域.
知识要点:
环保催化
能源催化
化学传感器
家用催化剂
参考书目:
1,李荣生,甄开吉,王国甲编著.催化作用基础,北京:科学出版社,1990. 2,吴越著.催化化学,北京:科学出版社,2000.。