多相催化剂反应的基本步骤
工业催化考试复习题
1.绿色化学：利用一系列原理来降低和消除在化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生。
2.零排放：指无限的减少污染物和能源排放直至为零的活动。
3.手性催化：手性就是物质的分子和镜像不重合性4.手性化合物：指分子量、分子结构相同，但左右排列相反的化合物，如实与其镜中的映体。
5.择形催化：沸石具有规则的孔道和孔笼结构，宽敞的通道和孔道靠可限制及区分进出的分子，使其具有形状及大小选择性，故称这种催化为择形催化。
6.催化剂：在化学反应中能改变其他物质的反应速率而自身质量和化学性能不发生改变的物质，又称工业味精。
7.催化剂中毒：原料中的杂质，反应中形成的副产物等是催化剂的活性，选性明显降低或丧失的现象8.溢流：固体表面吸附物（离子或自由基）迁移到次级活性中心的现象。
9.载体：是活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。
可划分为低比表面积和高比表面积两类。
10.助催化剂：加入到催化剂的少量物质，是催化剂的副主成分，其本身没有活性或者活性很小，但把它加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、分散状态、机械强度等。
11.环境友好：主要包括预防污染的少废或无废的工艺技术和产品技术，同时也包括治理污染的末端技术。
12.强相互作用：作用于强子之间的力。
（时空产率单位：mol/(l*h)）13.时空产率：单位体积或单位面积的设备在单位时间内得到目的产物的数量。
14.超强酸：固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度，称为超强酸。
15.超强碱：强度较中性物质高出19个单位的碱性物质，称为超强碱。
16.杂多酸：由杂原子和配位原子按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，或为多氧族金属配合物。
17.分子筛：分子筛是结晶型的硅铝盐酸，具有均匀的孔隙结构。
18.络合催化：指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并且使之在配位空间进行催化的过程。
19.三效催化：把一氧化碳，碳氢化合物，氮氧化合物分别氧化还原为对人体无害的二氧化碳，氮气，水蒸气时进行催化的过程。
多相催化
3．影响气—固相催化反应过 ．影响气 固相催化反应过 程速率的因素
由于催化反应是在催化剂表面上进行的， 由于催化反应是在催化剂表面上进行的 ， 所以反应速率应与催化剂表面上反应物 的浓度（ ） 反应温度（ ） 的浓度（C）、反应温度（T）及固体催 化剂的表面结构和性质有关， 化剂的表面结构和性质有关，即 ： r＝ f（C、T、催化剂）
3.2.1 表面质量作用定律
处理表面过程动力学基础是表面质量 作用定律。根据质量作用定律， 作用定律。根据质量作用定律，表面 过程的基元反应， 其反应速率 与反 过程的基元反应 ， 其反应速率r与反 应物的表面浓度（即表面覆盖度） 应物的表面浓度（即表面覆盖度）成 正比， 正比，其覆盖度的指数等于相应的化 学计量系数。 学计量系数。
（2）表面反应为控制步骤时 ）
• 当表面反应为控制步骤时 ， 即第三步骤 当表面反应为控制步骤时， 为速率控制步骤时， 为速率控制步骤时， 它的反应速度为整 个反应的速度。 个反应的速度 。 根据质量作用定律写出 s v 其速度表达式： 其速度表达式：r = k θ θ − k θ θ 向反应速率常数； 向反应速率常数； • θV——未覆盖度，等于1-θA-θB-θR。 未覆盖度， 未覆盖度 等于1
①化学反应为控制步骤； 化学反应为控制步骤； ②吸附或脱附是反应速率的控制步骤； 吸附或脱附是反应速率的控制步骤； 三个步骤的速率相差不大， ③三个步骤的速率相差不大，即不存在速 率控制步骤。 率控制步骤。 • 三种情况表现出不同的动力学规律 ， 下 三种情况表现出不同的动力学规律， 面分别说明三种情况下的速率方程式。 面分别说明三种情况下的速率方程式。
在实际工作中最简单并且广泛应用的 理想表面层吸附模型。 是Langumir理想表面层吸附模型。按 理想表面层吸附模型 此模型，利用Langumir的吸附等温方 此模型，利用 的吸附等温方 程，可以把 值表示为在实验上可直接 可以把θ值表示为在实验上可直接 测定的反应压力的函数， 测定的反应压力的函数 ， 这样就把从 表面质量作用定律获得的动力学方程 与实验数据直接关联起来。 与实验数据直接关联起来。
催化原理复习题-2018.
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载体和助剂区别： 载体量大，活性作用缓和、不明显；助剂量少，活性作用明 显。 载体在催化剂中的作用： 1) 支撑作用：决定催化剂的基本物理结构和性能。如：孔结构，比表面，机械 强度等。 2）分散作用：提高活性组分利用率，减少活性组分的用量，降低成本。 3）助催化作用：a）提供附加活性中心，如双功能Pt/Al2O3；b）和活性组分相 互作用，形成具有催化性能的新表面物种。 4）稳定化作用：a）增加催化剂活性组分的抗毒性能，延长寿命；b）提高催化 剂的热稳定性， 如：Cu, Pd 200oC开始半溶,烧结失活, 载在Al2O3 或 SiO2 500oC下可长时间使用。
物理吸附和化学吸附的本质区别是它们的吸附力不同，物理吸附是范德华力； 化学吸附是化学键力。发生物理吸附时被吸附分子结构变化不大；发生化学吸附
页脚
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时被吸附分子结构发生变化。另外物理吸附是单层或多层吸附，吸附时无选择性， 热效应较小，吸附速率较快不受温度影响，不需活化能；而化学吸附是单层吸附， 吸附时有选择性，热效应较大小，吸附速率较慢，需活化能； 2. 吸附强弱的度量方法：
kSbA pA pB 1 bA pA bC pC
第四章 固体酸碱催化剂及其催化作用
1. 酸、碱催化的定义和性质
3.催化作用的实现 A:改变反应历程，不参与最终产物 ； B:催化剂只能加速热力学上认为可能发生的反应，对于热力学计算表明不可能发 生的反应，使用任何化学催化剂是徒劳的。 C:催化剂只能加速反应趋向平衡，而不能改变化学平衡位置。 D:催化剂对化学反应具有选择性。 4.催化剂的稳定性指的是哪几个方面？ （1）化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。 （2）耐热稳定性：能在反应条件下不因受热而破坏其物理化学状态，能在一定 温度范围内保持良好的稳定性。
CO的催化氧化(多相催化原理)
一氧化碳的催化氧化机理（多相催化原理）By 叶洪舟(CCME 2011级)一、简介：CO 是大气污染物之一，一定浓度的CO 它能通过与血红蛋白中的亚铁离子形成稳定配位键而使血红蛋白失去载氧能力从而使人体窒息身亡。
各种机动车中含碳化石燃料的不完全燃烧将产生大量CO ，因此随着人民生活水平的提高，汽车尾气逐渐成为了大气CO 的主要来源之一。
而对CO 废气的有效处置方法之一便是将其氧化为CO 2。
对于反应CO(g)+1/2O 2(g)→CO 2(g)，△r H m =-283.0kJ ·mol -1，△r S m =-86.5J ·mol -1·K -1，由此可见，该反应在温度不太高时（＜~3000℃）热力学上是自发的，但由于CO 分子的相对不活泼性，在没有催化剂或者引燃的条件下该反应不能发生（动力学障碍）。
因此，寻找合适的催化剂成了解决该问题的关键。
在过去50多年的研究中，研究的重点一直放在过渡金属（尤其是铂族的贵金属）催化剂引导的多相催化反应上。
该领域无论是在催化剂表面化学还是催化过程动力学的研究中都取得了长足的发展。
但由于稀有金属逐渐升高的价格，本世纪初开始了金属氧化物催化剂的研究，并在短短10年间取得了大的进展[1]。
也有部分化学家开始研究纳米金催化剂的可行性并取得了一定突破[2]。
本文从多相催化基本原理的角度介绍一氧化碳在Rh 、Pt 等贵金属催化剂催化下氧化为CO 2的一般机理，并通过对反应机理进行简单的动力学推导得到CO 催化氧化的速率方程。
二、多相催化的一般过程：1、多相催化反应的原理：多相催化反应，即催化剂和反应底物不在同一相的催化反应。
在多相催化中，催化剂通常是有着高比表面积的固体物质。
由于催化剂表面层原子周围的原子要比体相的少，因此在化学性质上是配位不饱和的，可以和与之相邻的气相或者液相的合适的分子形成新化学键（化学吸附作用）以达到相对稳定的饱和结构的趋势。
多相催化反应基础01
微分吸附热是覆盖度的函数，其变化 关系比较复杂。有三种类型。
类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为 常数。这是理想的吸附情况，实际遇到的 较少。此类吸附称为朗格缪尔(Langmuir) 吸附。
Langmuir吸附等温式
Langmuir吸附是一种理想的吸附，它基于以下的假设： ①吸附表面是均匀性； ②吸附分子之间没有相互作用； ③只发生单层吸附 （ q微分与θ的关系为常数）
乙炔的吸附态
形成化学吸附态时，吸附粒子(分子、原子、 离子或基)和催化剂表面可以形成共价键、配 位键和离子键。
催化剂中进入吸附态的成分，可以是催化剂 表面的原子或离子等。
化学吸附态决定产物
反应物在催化剂表面上的不同吸附态，对形 成不同的最终产物起着非常重要的作用。
例如，在乙烯氧化制环氧乙烷反应中认为O2导致生成目的产物环氧乙烷，而O— 则引起深 度氧化生成 CO2 和H2O。
化学吸附态表明吸附物种在固体表面进行化 学吸附时的化学状态、电子结构和几何构型，
化学吸附态和表面反应中间体的确定对揭示 催化剂作用机理和催化反应机理非常重要
研究化学吸附态实验方法
化学吸附态的研究已成为多相催化理论研究 的中心课题之一。
用于这方面的实验方法有：红外光谱（IR〕、 电子光谱、光电子能谱（XPS〕、固态核磁共 振（MAS NMR〕以及质谱（MS〕技术等。
气—固相催化反应中，至少有一种反应 物要吸附在催化剂的表面上。
吸附键的强度要适当，吸附的过强或过 弱都不利于下一步化学反应的进行。如 果催化剂对反应物吸附过强，往往形成 较稳定的表面络合物；吸附过弱，反应 物分子活化不够，不利于反应。
吸附强弱的度量方法
吸附物种与催化剂表面键合形成化学吸 附键的强弱，由反应物与催化剂的性质 及吸附条件决定。
第三章 吸附作用与多相催化
2、溢流效应（spillover effect）
研究方法：化学吸附态的研究已成为多相催化理论研究的中心课题之一。 用于这方面的实验方法有：红外光谱（IR） 、电子光谱、光电子能谱 （XPS）、固态核磁共振（MAS NMR）以及质谱（MS）技术等。
化学吸附种类
• 解离吸附、缔合吸附 • 解离吸附: • 催化剂表面上许多分子在化学吸附时都会产生化学键的断 裂，因为这些分子的化学键不断裂就不能与催化剂表面吸 附中心进行电子的转移或共享。分子以这种方式进行化学 吸附，称为解离吸附。
物理吸附和化学吸附的区别
物理吸附 吸附力 范德华力 吸附层 单层或多层 选择性 无 热效应 较小，近于 液化热 吸附速度 较快，不受 温度影响， 不需活化能
化学吸附 化学键力 单层 有 较大， 近于化学反应热 较慢，温度升高, 速度加快，需活化能
二、吸附态和吸附化学键
吸附粒子状态：解离与非解离（缔合） 吸附中心状态：单点与多点 相互作用：电子流向与化学键类型 吸附态的多样性：同一种物质在同一固体表面吸附可随条 件不同呈现不同的吸附态。吸附态不同，使催化最终产物 不同 化学吸附态：是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸 附时的化学状态、电子结构及几何构型。化学吸附态及化学 吸附物种的确定是多相催化研究的主要内容。
(1) 反应物由气体主体向催化剂外表面扩散；
反应物
催化剂外表面
( 1 ) 外扩散
(2) 反应物由外表面向催化剂内表面扩散；
催化剂外表面
催化剂内表面
( 2 ) 内扩散
(3) 反应物吸附在表面上；
催化剂内表面
表面
( 3 ) 吸附
(4) 反应物在表面上进行反应，生成产物；
催化反应若为表面过程控制 （动力学控制）时，从改善 催化剂组成和微观结构入手 ，可以有效地提高催化效率 。动力学控制对反应操作条 件也十分敏感。特别是反应 温度和压力对催化反应的影 响比对扩散过程的影响大的 多。
工业催化复习题
工业催化复习题1、按照催化反应系统物相的均一性进行分类，可将催化反应分为1、按照催化反应机理进行分类，可将催化反应分为 ________________ 、 ______________ 两种类型。
1、根据催化剂各组分的作用可分为主 ________ 、______ 、________ 和 ______ 01、根据助催化剂的功能可分为以下 _________ 、_______ 、________ 和 ______ 催化剂。
1、载体是催化剂中主催化剂和助催化剂的分散剂，其作用可以归纳为、、、和01、催化剂各组元的 _______ 、_______ 、_______ 和 ______ 等存在状态直接影响催化剂的催化性能。
1、根据催化反应机理和催化剂与反应物化学吸附状态，可将催化循环为____________ 和_______________ 02、根据分子在固体表面吸附时的结合力不同，吸附可分为 __________ 和________ 02、根据分子化学吸附时化学键断裂情况，吸附可分为 __________ 和 __________ o2、化学吸附按其所需活化能的大小可分为 _________ 和___________ o2、催化剂的孔结构参数主要包括 _____ _、 ________ 、______ _、_______ _和______ o 2、吸附质分子在催化剂孔内存在的几种扩散形式有 ________________ 、 _________ _、__—和 ________ 03、固体酸性质包括三个方面：即 ________ 、_______ —和_________ __03、沸石分子筛可视为由结构单元逐级堆砌而成，一级结构单元为 ________ _ 四面体，二级结构单元是由四面体通过氧桥形成的 ___________ ，二级结构单元还可以通过氧桥进一步连接成 __________ 03、根据酸碱质子理论，凡是能够提供质子的物质称为 __________ ;凡是能接受质子的称为 ________ 03、根据酸碱电子理论，凡是能够接受电子对的物质称为 __________ ;凡是能提供电子的称为 ________ 03、固体酸表面酸性质的测定方法有 _________________ 和___________________ 03、沸石分子筛的择形催化根据Csicsery的观点可分为三种：________________ 、_ 3、多相酸碱催化剂对烃类的催化多按 __________________ 进行4、金属催化剂的电子逸出功©和反应物分子的电离势I的大小，反应物分子在催化剂表面上进行化学吸附时，电子转移情况：当©〉I时，电子从 _____________________________ 向金转移；当© v I时，电子从_______________ 向______________ 转移；当© -1时，电子难以在反应物分子与催化剂之间转移，两者各提供一个电子形成 __________ 。
多相催化
多相催化多相催化反应是气态或液态反应物与固态催化剂在两相界面上进行的催化反应。
其历程至少包括反应物在催化剂表面上的化学吸附，吸附中间物的转化(表面反应)和产物脱附三个连续步骤。
阐明一个多相催化反应的历程，需揭示有关催化剂的活性部位和表面吸附中间物的结构和性质；吸附与催化反应的关系(如吸附分子之间反应或吸附分子与气相分子反应)；催化剂表面活性部位如何在催化循环中获得再生以使催化反应能连续进行等。
一般是通过多相催化反应的动力学与催化剂的物理化学分析以获得对其历程的了解和应用，下面就让我来阐述具体的影响过程。
吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。
由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。
化学吸附的主要特点是：仅发生单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附；吸附层能在较高温度下保持稳定等。
化学吸附又可分为需要活化能的活化吸附和不需活化能的非活化吸附，前者吸附速度较慢，后者则较快。
化学吸附是多相催化反应的重要步骤。
研究化学吸附对了解多相催化反应机理，实现催化反应工业化有重要意义。
吸附特点与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点：①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。
②吸附热近似等于反应热。
③吸附是单分子层的。
因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。
捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附：V/Vm=1/a·㏑CoP。
式中V是平衡压力为p 时的吸附体积；Vm是单层饱和吸附体积；a和c0是常数。
④有选择性。
⑤对温度和压力具有不可逆性。
另外，化学吸附还常常需要活化能。
确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。
吸附机理可分3种情况：①气体分子失去电子成为正离子，固体得到电子，结果是正离子被吸附在带负电的固体表面上。
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多相催化剂反应的基本步骤
引言：
多相催化剂反应是一种常见的化学反应方式，其在工业生产中具有重要的应用价值。
多相催化剂反应的基本步骤包括催化剂的吸附、反应和解吸三个过程。
本文将详细介绍这些基本步骤，并探讨其在化学反应中的作用。
一、催化剂的吸附
催化剂的吸附是多相催化剂反应的第一步。
在反应体系中，催化剂通常以固体形式存在，并与反应物接触。
当反应物接触到催化剂表面时，会发生吸附现象，即反应物分子与催化剂表面发生相互作用，形成吸附物种。
吸附物种可以是物理吸附或化学吸附，其中化学吸附是指反应物与催化剂表面发生化学键的形式。
催化剂的吸附过程包括吸附物种的生成和催化剂表面活性位点的饱和。
吸附物种的生成是指反应物分子与催化剂表面发生相互作用，形成吸附物种。
在这个过程中，反应物分子通过各种作用力与催化剂表面相互作用，使得反应物分子在催化剂表面停留，并改变其化学键的状态。
催化剂表面活性位点的饱和是指催化剂表面上的活性位点被吸附物种占据，不再可用于反应。
二、反应
催化剂的反应是多相催化剂反应的第二步。
在催化剂表面发生吸附
的反应物种会经过一系列的反应步骤，转化为产物。
催化剂通过提供反应活化能的降低路径，加速反应速率。
催化剂所提供的反应路径通常包括活化吸附、键的断裂和形成、中间体生成和解离等步骤。
催化剂的反应是一个动态平衡过程。
反应进行过程中，催化剂表面吸附物种与溶液中的反应物发生交换，同时产物也会从催化剂表面解吸。
催化剂的反应速率受到吸附速率、反应速率和解吸速率的共同影响。
不同的催化剂和反应体系具有不同的反应速率和选择性。
三、解吸
催化剂的解吸是多相催化剂反应的最后一步。
在反应完成后，产物会从催化剂表面解吸，离开催化剂表面。
解吸过程是吸附的逆过程，其速率受到解吸物种与催化剂表面的相互作用力的影响。
解吸速率较慢的催化剂会导致产物在催化剂表面停留时间较长，从而影响反应的选择性和产率。
结论：
多相催化剂反应的基本步骤包括催化剂的吸附、反应和解吸三个过程。
催化剂的吸附是反应物与催化剂表面发生相互作用的过程，催化剂的反应是反应物在催化剂表面发生转化的过程，催化剂的解吸是产物从催化剂表面离开的过程。
这些基本步骤相互作用，共同完成多相催化剂反应。
了解多相催化剂反应的基本步骤对于理解和优化催化反应具有重要意义，也为工业生产中的催化反应提供了理论
基础。