铁触媒催化剂
铁触媒的主要成分和作用
铁触媒的主要成分和作用铁触媒是一种广泛应用于化学反应中的催化剂，由于其高效、经济、环保等优点，被广泛应用于化学工业、环保、能源等领域。
铁触媒的主要成分是铁、氧和其它金属，其作用是加速化学反应速率，提高反应产物的纯度和收率。
本文将详细介绍铁触媒的主要成分和作用。
一、铁触媒的主要成分铁触媒的主要成分是由铁、氧和其它金属组成的复合物。
其中，铁是催化反应的主要成分，氧是其次要成分，其它金属则是辅助成分。
铁的氧化态和配位数对铁触媒的催化性能有着重要影响。
在铁触媒中，铁的氧化态主要为+2、+3和+4，其中，+2态的铁是催化反应的活性中心。
二、铁触媒的作用铁触媒的作用是加速化学反应速率，提高反应产物的纯度和收率。
具体来说，铁触媒的作用包括以下几个方面：1. 活化反应物铁触媒可以通过吸附反应物分子并改变其电子结构，从而使反应物分子更易于参与反应。
此外，铁触媒还可以通过将反应物分子吸附在其表面上，从而使其在反应中更易于被活化。
2. 促进反应速率铁触媒可以通过提供额外的反应路径，降低反应的活化能，从而促进反应速率。
此外，铁触媒还可以通过提供反应中的活性中心，加速反应速率。
3. 提高产物的选择性铁触媒可以通过改变反应物分子的结构，使其更易于形成特定的产物。
此外，铁触媒还可以通过选择性催化，使得反应产物的选择性更高。
4. 提高反应产物的纯度和收率铁触媒可以通过提高反应产物的选择性和反应速率，从而提高反应产物的纯度和收率。
此外，铁触媒还可以通过提供高效的催化作用，使得反应过程更加可控，从而提高反应产物的纯度和收率。
三、铁触媒的应用铁触媒具有广泛的应用前景，在化学工业、环保、能源等领域都有着重要的应用。
以下是铁触媒的一些典型应用：1. 合成氨铁触媒是合成氨过程中的重要催化剂。
它可以加速氢气和氮气的反应，从而合成氨气。
此外，铁触媒还可以提高氨气的纯度和收率。
2. 合成甲醇铁触媒也是合成甲醇过程中的重要催化剂。
它可以加速一氧化碳和氢气的反应，从而合成甲醇。
合成氨铁触媒做催化剂
合成氨铁触媒做催化剂
合成氨铁触媒（Synthetic Ammonia Iron Catalysts）是一种新型的催化剂，它能够
促进无机化学反应，开发多种新型有机化合物。
由于合成氨铁触媒具有优异的活性和功能性，并且可以为解决燃料污染问题以及废水处理提供可行的技术，因此获得了广泛的应用。
合成氨铁触媒的主要原料是二氧化硅，它可以用于合成外壳材料。
通常，二氧化硅原
料可以在某些酸性解吸剂中制备，比如硫酸和盐酸。
制备合成氨铁触媒时，也可在硅酸氢
盐溶液中加入氨来制备氧化铁碳酸钠。
随后将氧化铁碳酸钠与蒙脱土（MgO）、硅酸钠和
钙等原料分别混合，反应在700-1200摄氏度的环境中，调整碱的分析量，使其形成铁铝
氧化物触媒。
最后，可以将合成氨铁触媒过滤干燥，加热处理，以改善它的功能性能，使
其满足实际的应用要求。
合成氨铁触媒的活性和功能性具有优异的特性，它可以在高温条件下高效快速的催化
无机物的化学反应。
同时，合成氨铁触媒可以促进碳氢化合物烃的分解，从而在空气中产
生有益的产物，可以更有效率减少废气和有毒物质的排放。
另外，由于合成氨铁触媒的α型结构可以催化各种无机氧化物和烃的氧化反应，因此可以用于燃料污染物和废水处理中。
可以总结合成氨铁触媒具有活性强、功能齐全、可靠性高、结构灵活、抗腐蚀能力强、制备简单、易控制和具有成本优势等特点，使其成为一种新型强有力的催化剂，因此可以
为解决污染环境和废水处理等问题提供可行的技术手段。
中学化学中的催化剂
中学化学中的催化剂陕西省神木县第六中学冯胜民 719300催化剂在中学化学中经常出现，而且种类较多，涉及的化学反应也很多，很多同学在解决有关催化剂问题是往往表现出概念不清，分类不清，使用混淆等诸多问题。
因此，有必要对中学化学中的催化剂做一个较为全面的总结。
一、催化剂的概念所谓催化剂指的是在化学反应中能改变化学反应的速率，而自身的质量和化学性质在反应前后不变的物质，催化剂所起的作用称为催化作用。
催化剂从催化作用上可分为正催化剂和负催化剂。
正催化剂指能加快化学反应速率的催化剂，负催化剂指能减慢化学反应速率的催化剂。
负催化剂的研究意义远不及正催化剂，中学化学中也不涉及。
因此，如没有特别说明，一般说的催化剂都指的是正催化剂。
二、催化剂的催化原理由于催化剂在化学反应前后其质量和化学性质不变，因此有的同学认为催化剂不参加化学反应，实际上，催化剂正式由于参加了化学反应才改变了化学反应进行的速率，这可从其催化原理上看出：设催化剂M可加速反应：⑴A﹢B→AB其速率K1较小其催化的过程为：⑵A﹢M→AM其速率K2 较大⑶AM﹢B→AB﹢M其速率K3较大反应⑵﹢⑶得⑷A﹢B﹢M→AB﹢M即得：A﹢B→AB其速率K4比K1要大的多。
所以，催化剂实际上参加了化学反应，虽然其质量和化学性质并没有改变，但常有物理状态上的改变。
如实验室制O2用MnO2来催化KClO3的分解，反应后MnO2会由原来的颗粒状变为粉末状。
工业上NH3的催化氧化用的是铂网，使用一段时间后表面就会变得很粗糙。
三、催化剂的特点1、能够强烈的改变化学反应的速率。
某些催化剂具有很高的活性，能够大大加快化学反应速率。
例如，HI在500K分解时，加入某种Au的化合物作催化剂时，化学反应速率会增大约一千万倍。
2、参加化学反应，但其质量和化学性质在反应前后不变，仅仅有物理状态上的变化。
3、对可逆反应而言，若某物质对正反应是催化剂，则对逆反应也是催化剂，且催化效果相同，即该催化剂能同等程度地改变正逆反应的速率。
氨合成铁系催化剂
氨合成熔铁催化剂氨合成熔铁催化剂，目前合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
1、组成1.1组成主要成分是Fe3O4，含量在90%左右。
助催化剂为K2O、Al2O3、CaO、MgO等，含量小于催化剂总质量的9%，低压催化剂还增加了CoO(A201等)。
其按作用不同分为两类，一类是结构型助剂，如Al2O3、Cr2O3、ZrO2、TiO2、MgO、CaO、SiO2等难熔氧化物。
另一类是电子型助剂，如K20。
每种类型助剂都有各自的最佳添加量，一般均在0.6%~1.0%范围。
1.2 物理结构氧化态催化剂主体是磁铁矿，其化学计量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。
晶体结构类似于尖晶石（MgAl2O4）的结构(90%以上是具有反尖晶石结构、不均匀复杂体系的磁铁矿)。
是四面体和八面体结构的堆积结果。
其中形成两种间隙：四面体间隙和八面体间隙。
三价的金属离子占据四面体间隙的一半和八面体间隙的一半，二价的铁离子占据八面体间隙（Fe3+（Fe2+，Fe3+））。
磁铁矿的一个单胞（晶体的最小结构单元）由32个氧离子和24个铁离子所组成，即8（Fe3O4）。
按结晶学原理，32个氧原子按照面心立方堆积的每一单胞，有64个四面体间隙和32个八面体间隙。
如上所述，除了24个被铁离子占据以外，其余大部分是空的，因此可加入助催化剂占据这些空隙形成间隙固溶体。
而且化学式相近的物质，结构类型相同且质点（离子、原子或分子）半径近于相等的物质，可以发生同晶取代，生成置换固溶体，例如三价铝即可置换部分三价铁，形成置换固溶体。
（含量小于4%时主要生成置换固溶体。
若三氧化二铝全部取代氧化铁则生成FeOAl2O3）1.3 化学特点铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。
但是，即使是在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只为26.4%，即转化率仍不够大。
氨合成铁系催化剂
氨合成熔铁催化剂氨合成熔铁催化剂，目前合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
1、组成1.1组成主要成分是Fe3O4，含量在90%左右。
助催化剂为K2O、Al2O3、CaO、MgO等，含量小于催化剂总质量的9%，低压催化剂还增加了CoO（A201等）。
其按作用不同分为两类，一类是结构型助剂，如Al2O3、Cr2O3、ZrO2、TiO2、MgO、CaO、SiO2等难熔氧化物。
另一类是电子型助剂，如K20。
每种类型助剂都有各自的最佳添加量，一般均在0.6%〜1.0%范围。
1.2物理结构氧化态催化剂主体是磁铁矿，其化学计量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。
晶体结构类似于尖晶石（MgAl2O4）的结构（90%以上是具有反尖晶石结构、不均匀复杂体系的磁铁矿）。
是四面体和八面体结构的堆积结果。
其中形成两种间隙：四面体间隙和八面体间隙。
三价的金属离子占据四面体间隙的一半和八面体间隙的一半，二价的铁离子占据八面体间隙（Fe3+（Fe2+，Fe3+））。
磁铁矿的一个单胞（晶体的最小结构单元）由32个氧离子和24个铁离子所组成，即8（Fe3O4）。
按结晶学原理，32个氧原子按照面心立方堆积的每一单胞，有64个四面体间隙和32个八面体间隙。
如上所述，除了24个被铁离子占据以外，其余大部分是空的，因此可加入助催化剂占据这些空隙形成间隙固溶体。
而且化学式相近的物质，结构类型相同且质点（离子、原子或分子）半径近于相等的物质，可以发生同晶取代，生成置换固溶体，例如三价铝即可置换部分三价铁，形成置换固溶体。
（含量小于4%时主要生成置换固溶体。
若三氧化二铝全部取代氧化铁则生成FeOAl2O3）1.3化学特点铁触媒在500 °C左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 °C左右进行的重要原因之一。
但是，即使是在500 C和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只为26.4%，即转化率仍不够大。
2024届高考一轮复习化学教案(人教版)：化学反应的方向与调控
第49讲化学反应的方向与调控[复习目标] 1.了解熵、熵变的含义，会用复合判据判断反应进行的方向。
2.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
考点一化学反应的方向1．自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义(1)熵的含义度量体系混乱程度的物理量，符号为S。
熵值越大，体系混乱度越大。
同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
(2)熵变的含义ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
3．判断化学反应方向的判据ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0时，反应能自发进行；ΔG＝0时，反应处于平衡状态；ΔG>0时，反应不能自发进行。
1．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向() 2．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据()3．过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率()答案 1.× 2.× 3.×1．下列说法正确的是()A．非自发反应一定不能实现B．同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0D．恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行答案 C解析反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，非自发反应在改变条件时可以发生，选项A错误；熵是指体系的混乱度，同种物质熵值：气态>液态>固态，选项B错误；反应能自发进行说明：ΔH－TΔS＜0，由化学方程式NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)可知该反应的ΔS＜0，要使ΔH－TΔS＜0，必须满足ΔH＜0，选项C正确；恒温恒压下，ΔH＜0且ΔS ＞0的反应的ΔH－TΔS＜0，反应一定可以自发进行，选项D错误。
合成氨生产工艺技术王大永
合成氨生产工艺技术王大永发布时间：2021-09-08T02:01:32.901Z 来源：《防护工程》2021年16期作者：王大永[导读] 在高温高压环境中，氢和氮可能与催化剂发生化学反应，产生相应的产物，即合成氨。
经过多年的探索，我国合成氨的催化技术有了一定的发展农业生产实践中广泛使用了这种技术的产品，其中大部分是以肥料的形式出现的。
中国自古以来就是一个农业大国，对合成氨生产需求旺盛，因此要求中国积极探索合成氨的催化工艺本文件将讨论其技术发展的未来趋势。
王大永达州玖源新材料有限公司四川达州 635000摘要：在高温高压环境中，氢和氮可能与催化剂发生化学反应，产生相应的产物，即合成氨。
经过多年的探索，我国合成氨的催化技术有了一定的发展农业生产实践中广泛使用了这种技术的产品，其中大部分是以肥料的形式出现的。
中国自古以来就是一个农业大国，对合成氨生产需求旺盛，因此要求中国积极探索合成氨的催化工艺本文件将讨论其技术发展的未来趋势。
关键词：合成氨；催化技术；工艺发展；前言随着科技经济的不断发展和进步，中国在化工生产建设方面取得了显着成就。
随着人民生活水平和生活质量的提高，对化学品的需求增加，能源短缺也越来越严重。
氨工业不仅满足了人们日益增长的需求，而且还促进了一些基本技术的发展，特别是合成氨的催化技术。
合成氨工业的可持续发展与合成氨催化技术密不可分，而合成氨催化技术和工艺的发展和创新正越来越多地得到相关研究人员的研究。
由于化学生产的特点和特点，传统生产技术不再适合现代化的需要，大量新的设备和生产工艺得到广泛使用，从而提高了生产效率。
在此基础上，从不同角度和不同层次对合成氨的技术发展和催化工艺进行了深入分析。
一、合成氨催化技术概述随着我国社会经济、科学技术的不断进步和完善，对农产品的需求不断增加。
合成氨是支撑农业生产的关键技术。
作为最大的农业生产国，中国目前在农业企业迅速发展的社会中生产大量的水和废水，对人类健康和智力产生一定影响，严重破坏自然生态平衡。
铁触媒的主要成分和作用
铁触媒的主要成分和作用铁触媒是一种常用的催化剂，广泛应用于化学、制药、冶金、石油等领域。
它的主要成分是铁及其氧化物、氢氧化物、氧化氢化物等。
铁触媒具有很多作用，包括有选择性的氧化、加氢、脱氢、重排、裂解等，下面将从成分和作用两个方面进行阐述。
一、铁触媒的主要成分1、铁及其氧化物铁是铁触媒最重要的成分之一，主要利用其原子序数、电子构型和化学价等性质来催化反应。
在化学反应过程中，铁可以在催化剂表面形成氧化物，如亚铁酸盐（Fe3O4）、氧化铁（FeO）、三氧化铁（Fe2O3）等。
这些氧化物常常具有众多的活化连接反应、表面移动和重排反应的特性。
2、氢氧化物及氢氧化铁在某些铁触媒反应过程中，水或其他氧化剂可以通过铁的表面触媒形成氢氧化物或氢氧化铁。
氢氧化物和氢氧化铁具有良好的催化活性，并能够促进气体分子固定和分子分解以及水和氢的重要反应。
3、氧化氢化物氧化氢化物（FeOOH）也是铁触媒的一种主要成分。
它在氧化和还原反应中都有很高的催化活性，可以促使甲烷催化裂解、氧化和加氢反应等。
因此，氧化氢化物常常被用作多种工业催化反应的催化剂。
二、铁触媒的主要作用1、选择性的氧化作用铁触媒可以促进氧化反应，这是铁触媒特别受欢迎的原因之一。
铁触媒可以使对氧化物的选择性更高，因此在生产过程中可以控制具有特定化学活性的锰、铜和钴等元素的氧化和氧化的程度。
2、脱氢和加氢作用铁触媒可以发挥脱氢或加氢反应作用，这也是铁触媒被广泛应用的另一种原因。
铁触媒可以通过钎接或化学吸附的方法，持续扩散褪色颜色。
通过这种方法，它可以加快脱氢或加氢反应，使反应产物的形成更快。
3、重排作用重排反应是铁触媒的另一个重要应用范围。
铁触媒可以使烷基、烯丙基、烷基和烯基反应发生共轭重排过程。
重排反应是一种比较困难的反应过程，但是铁触媒可以促进这些反应，促使反应物质发生碳碳键的重新排列。
4、裂解和分子分解作用铁触媒还可以促进裂解和分子分解反应。
它可以在高温和高压条件下，使石蜡、石油和其他聚酯类分子分解，从而产生小分子化合物。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.4.1 目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁 为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在 500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一 般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。
2.4.2 主催化剂为Fe3O4 （Fe2O3和FeO），达 90%以上，助催化剂有K2O,Al2O3等，还加入 MgO、BaO及其它微量组份的多相催化剂。平常 的氧化铁没有催化的性能，使用前需将其还原为 极大比表面的活性金属铁α-Fe。
MgAl2O4 的结构
3. 合成氨的催化机理
热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应 是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很 高，反应几乎不发生。目前认为，合成氨反 应的一种可能机理 ： xFe + N2→FexN FexN +［H］吸→FexNH FexNH +［H］吸→FexNH2 FexNH2 ＋［H］吸FexNH3xFe+NH3
脱碳
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2 外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以 CO2含量最多。 CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造 尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此 变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的 要求。
物理吸收法
低温甲醇洗法(Rectisol) 聚乙二醇二甲醚法(Selexol) 碳酸丙烯酯法
解决方法
工业上为了防止催化剂中毒： 研究新方法把反应物原料加以净化 研制具有较强抗毒能力的新型催化剂
谢谢！
将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原 料气； 对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的 方法制取合成气； 渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合 成气； 对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸 汽转化法制取合成气。
2.2 净化
2.2.1一氧化碳变换过程 在合成氨生产中，各种方法制取的原料 气都含有CO，其体积分数一般为 12%~40%。除去合成气中的CO变换反应 如下： CO+H2O→H2+CO2 ΔH=-41.2kJ/mol CO变换反应既是原料气制造的继续， 又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条 件。
2.3 氨合成
将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在铁触 媒催化剂的作用下合成氨。氨的合成是整个 合成氨生产过程的核心部分。由于反应后气 体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故 采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应 式如下：
N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol
2.4 铁触媒催化剂
4.铁触媒催化剂中毒
一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质 占据而引起中毒。 暂时性中毒：如O2、CO、CO2和水蒸气等都 能使铁触媒催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮 混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性 又能恢复， 永久性中毒：如含P、S、As的化合物则可使铁 催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全 失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气 体处理，活性也很难恢复。
2.4.3 铁比值Fe2+/Fe3+,其大小影响催化剂 还原后的若干性能，如还原的难易程度、 还原后的机械强度和低温活性等。主要服 从于合成塔的要求，操作压力、温度和内 件结构，在催化剂制造阶段调节，一般为 0.5～0.7。 2.4.4 晶体结构类似于尖晶石（MgAl2O4） 的结构(90%以上是具有反尖晶石结构、不 均匀复杂体系的磁铁矿)。
热钾碱法 低热耗本菲尔法 活化MDEA法
化学吸收法
2.2.3 气体精制过程
深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且 也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含 有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气。 甲烷化H2O的一种净化工艺，要 求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一 般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧 化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下， 但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气 体CH4的含量。
在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很 高，大约335 kJ/mol。加入铁催化剂后，反 应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。 第一阶段的反应活化能为126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol。由于反应途径的改变（生成不稳定 的中间化合物），降低了反应的活化能， 因而反应速率加快了。
铁触媒催化剂
1.氨简介
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化 剂存在下直接合成的氨。 英文名：synthetic ammonia。世界上的氨 除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合 成的氨。其中约有80%的氨用来生产化学 肥料，20%作为其它化工产品的原料。
2.合成氨工艺流程
原料气制备
净化
氨合成
2.1原料气制备
2.2.2 脱硫脱碳过程 以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工 序是脱硫，用以保护转化催化剂， 以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一 氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定 脱硫的位置。 工业脱硫方法种类很多，常用的有 低温甲醇洗法(Rectisol) 聚乙二醇二甲醚法(Selexol)