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催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识

催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识

催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识催化剂是指能够改变化学反应速率但本身不参与反应的物质。

催化作用是通过催化剂为反应提供新的反应路径,降低反应的活化能,从而加快反应速率。

催化剂与催化作用是化学领域中的重要概念,本文将介绍催化剂与催化作用的基本知识。

一、催化剂的作用机理催化剂通过提供新的反应路径,降低反应的活化能,促进化学反应的进行。

催化剂表面上的活性位点与反应物分子发生相互作用,进而改变反应物的键能和键角,使得反应物易于发生化学反应。

催化剂不会消耗掉,而是在反应结束后可以从体系中分离出来,因此催化剂可以在许多次反应中重复使用。

二、催化剂的分类催化剂可以根据其所参与的反应类型进行分类,常见的催化剂有酸性催化剂、碱性催化剂和金属催化剂等。

1.酸性催化剂:酸性催化剂在催化作用中起到质子供给的作用,常见的酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸等。

酸性催化剂一般用于酸催化反应,如酯的酸催化水解反应、糖类的酸催化裂解反应等。

2.碱性催化剂:碱性催化剂在催化作用中起到电子供给或接受的作用。

碱性催化剂常见的有氢氧化钠、氢氧化钾等。

碱性催化剂一般用于碱催化反应,如酮类的否明反应、酮类的甲酰化反应等。

3.金属催化剂:金属催化剂可以通过改变反应物的电子结构或提供新的电子通道来促进反应。

常见的金属催化剂有铂、铁、铂铁等。

金属催化剂一般用于氧化还原反应、加氢反应等。

三、催化作用的特点1.催化作用能够提高反应速率,有时甚至可以达到数个数量级的效果。

2.催化剂可以对多种不同的反应起到催化作用,具有广泛的适应性。

3.催化剂与反应物之间的相互作用是可逆的,催化剂可以在多次反应中重复使用。

4.催化剂对反应的选择性较高,可以选择性地促进特定的反应。

四、催化剂的选择和设计催化剂的选择和设计是催化反应的关键步骤。

合适的催化剂可以提高反应速率,降低反应条件,并且具有良好的选择性。

1.催化剂的选择要考虑反应类型和反应物的特性。

不同类型的反应需要使用不同的催化剂,如酸催化反应使用酸性催化剂,氧化反应使用氧化剂催化剂等。

催化剂与催化作用基本.ppt

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1.2.2 催化剂分类
• 1. 按元素周期律分类 • 主族元素:用做催化剂的主族元素多以化合物形式存
在。主族元素的氧化物、氢氧化物、卤化物等由于在 反应中容易形成离子键,主要用做酸碱型催化剂。
• 副族元素:无论是金属单质还是化合物,由于在反应 中容易得失电子,主要用做氧化还原型催化剂。特别 是第Ⅷ过渡族金属元素和它的化合物是最主要的金属 催化剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。
• 如:烯烃与质子酸作用: CH2=CH2 + HA = H3C-CH2+ +A-(质子转移的结果)

烯烃若与路易斯酸作用也可生成正碳离子,它是通过形成π键合物并进一步
异裂为正碳离子,反机理可认为是催化剂与反应物分子间通过单个电 子转移,形成活性中间物种进行催化反应。
2. 按反应类型进行分类
这种分类方法不是着眼于催化剂,而是着眼于化学反应。因 为同一类型的化学反应具有一定共性,催化剂的作用也具有 某些相似之处,这就有可能用一种反应的催化剂来催化同类 型的另一反应。
3. 按反应机理进行分类
• (1)酸碱型催化反应:其机理可认为是催化剂与反应物分子之间通过电子对的 授受而配位,后者发生强烈极化,形成离子型活性中间物种进行的催化反应。
• 如:SO2和O2在催化剂NO作用下氧化为SO3的催化反应。
• (2)非均相(又称多相)催化反应:指反应物和催化剂居于不同相态 的反应。(扩散的影响)
• 如:乙烯与氧在负载银的固体催化剂上氧化生成环氧乙烷的反应。
• (3)酶催化反应:其特点是催化剂酶本身是一种胶体,可以均匀地分 散在水溶液中,对液相反应物而言可认为是均相催化反应;但在反应时 反应物却需在酶催化剂表面上进行积聚,由此而言可认为是非均相催化 反应。因此,酶催化反应同时具有均相和非均相反应的性质。

《工业催化基础》课件(第2章 催化剂与催化作用的基础知识)2015-2

《工业催化基础》课件(第2章 催化剂与催化作用的基础知识)2015-2
催化反应分类
(1)按反应物相分:
多相催化: 指催化剂与反应物处于不同物相发生的催化反应。由气体反应物与固体催 化剂组成的反应体系称之为气固相催化反应,如乙炔和氢气在负载钯的固 体催化剂上加氢生成乙烯的反应。由气态反应物与液相催化剂组成的反应 体系称为气液相反应,如乙烯与氧气在PdCl2-CuCl2水溶液催化剂作用下氧 化生成乙醛的反应。由液态反应物与固体催化剂组成的反应体系称为液固 相催化反应,如由离子交换树脂等固体酸催化的醇醛缩合反应或醇的脱水 反应。由液态和气态两种反应物与固体催化剂组成的反应体系称为气液固 三相催化反应,如苯在雷尼镍催化剂上加氢生成环已烷的反应。 均相催化: 指催化剂与反应物处于相同物相发生的催化反应。如果催化剂和反应物均 为气相的催化反应称为气相均相催化反应,如SO2与O2在催化剂NO作用下 氧化为SO3的催化反应;如果反应物和催化剂均为液相的催化反应称为液相 均相催化反应,如乙酸和乙醇在硫酸水溶液催化作用下生成乙酸乙酯的反 应。 化工资源有效利用国家重点实验室 7
是催化剂与反应物分子间通过电子转移,形成活性中间物种进行的催化反 应。如在金属镍催化剂上的加氢反应,氢分子均裂与镍原子产生化学吸附, 在化学吸附过程中氢原子从镍原子中得到电子,以负氢金属键键合。负氢 金属键合物即为活性中间物种,它可进一步进行加氢反应,反应式如下:
H H H + M M M H M
这二种分类方法反映了催化剂与反应物分子作用的实质,但由于催化作用的复杂性 ,对有些反应难以将二者绝然分开,有些反应又同时兼备二种机理, 酸碱型及氧化 还原型催化反应比较如下表:
第一节 催化剂的特征
3、催化剂对反应具有选择性
催化剂具有选择性包合两个含义:其一是不同的反应,应该选择不同的催 化剂;其二是同样的反应选择不同的催化剂,可获得不同的产物。例如, 以合成气(CO+H2)为原料在热力学上可以沿着几个途径进行反应,但由 于使用不同催化剂进行反应,就得到下表给出的不同产物。

催化剂及其催化作用概述ppt课件

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➢ (2)负载型杂多酸固体酸催化剂。
此外,交联型固体酸催化剂(硅锆交联蒙 脱土)
精细化工
合成增塑剂
1邻苯二甲酸二酯(DOP)(由苯酐和 2-乙基己醇合成催化剂为SO2-4/TiO2Al2O3
酯化率可达99%
2己二酸二辛酯(DOA)(PVC优良耐 寒助剂(SO2-4/ZrO2-La2O3)
3蔗糖八乙酯(SO2-4/TiO2)
O
O Al O O C2H5
乙氧基
O Al O OH
高温
O
O
CH2 CH2+H2O+ HO Al O Al O
O-
O
O
HO AlH O Al
O
O
低温
O
C2H5OC2H5
C2H5 C2H5
异丙苯裂解
在B酸中心下进行
CH3 CH CH3 H + H+
HC CH3 + CH3
+ CH3CH CH3
酸性强弱与催化反应关系
➢金属氧化物表面的金属离子是L酸,氧负离 子是L碱。金属离子的电负性越大,则金属离 子的酸性越强。
➢金属氧化物的碱性也可以同电负性相关联, 但由于金属氧化物表面往往含有羟基这时的 酸碱性由M-OH中M-O的键本质决定.若M-O键强, 则解离出H+,显酸性,反之,若M-O键弱,则解离 出OH-,显碱性。
丙烯酸丁酯用于表面涂料,粘合剂,密 封剂,皮革处理剂( SO4 2- /TiO2)
甲基丙烯酸异丁酯是耐酸耐碱性涂料的 基料SO4 2- /ZrO2-TiO2
L-H模型与E-R模型
L-H(Langmuir-Hinshelwood)
A+B+ S-S

《催化剂课件》课件

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课件介绍
课件内容
课件制作
课件使用催化剂在化学反应中的作用 催化剂的分类及应用 催化剂的发展历史 催化剂在工业生产中的重要性
习时间
使用场景
化学实验教学:帮助学生理解 化学反应原理和过程
化学课程设计:为教师提供教 学资源和参考
化学研究:为科研人员提供实 验数据和理论支持
化学竞赛:为参赛者提供理论 知识和实践操作指导
使用建议
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多种形式
互动性强:设 有问答、实验、 模拟等互动环 节,增强学习
效果
易于理解:采 用通俗易懂的 语言和生动的 例子,便于学
生理解
课件内容
催化剂定义
催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质 催化剂本身在化学反应中不被消耗 催化剂可以加速化学反应的进行,提高反应效率 催化剂可以分为均相催化剂和非均相催化剂两种类型
提高公众对催化剂的认识和理 解
促进催化剂在工业、环保等领 域的应用和发展

催化作用与催化剂PPT课件

催化作用与催化剂PPT课件
• 载体有天然的和人工合成的,可划分为低比表 面和高比表面两大类。
• 载体关系到催化剂的活性、选择性、热稳定性、 机械强度,也关系到催化过程的传质特性。
载体的功能
1、提供有效的表面和合适的孔结构; 2、增强催化剂的机械强度; 3、改善催化剂的热稳定性; 4、减少活性组分的含量; 5、提供附加的活性中心; 6、与活性组分之间的溢流现象和强相互作
反应物
催化剂对反应具有选择性
-实例
催化剂及反应条件
产物
CO+H2
Rh/Pt/SiO2,573K,7×105Pa Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107~ 2.0266×107Pa
Rh络合物,473~573K, 5.0665×107~ 3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
合成氨的反应中,铁系催化剂可以单独作为主催化 剂,已成功工业化数十年,近年的研究证明,使用 Mo-Fe合金更好,合金中Mo含量在80%时其活性比 单独的Fe或Mo都高,这里Mo就是主催化剂,而Fe反 倒成了共催化剂
助催化剂(promoter)
• 助催化剂是加到催化剂中的少量物质 (<5~10%) ,是催化剂的辅助成分,本身没有 催化活性或活性很小。
本章主要内容
1
催化作用的定义
2
催化作用的特征
3
催化剂的组成
催化剂分类 4
催化剂的反应性性能及对工业催
5
化剂的要求
1
催化作用的定义
Catalysis: 1835~1836年,瑞典学者J.J.Berzelius提出,“cata” 意思是“down”,而“lysis”为动词,意思是分裂或者破坏,当时认 为:“一种催化剂是破坏阻碍化学反应进行的正常力。

催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识

催化剂与催化作用第一章催化剂与催化作用基本知识

表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应物 CO+H2
催化剂及反应条件 Rh/Pt/SiO2,573K,7×106 Pa Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107 ~2.0266×107 Pa Rh络合物,473~563K, 5.0665×107~3.0399×108 Pa Cu,Zn,493K,3×106 Pa Ni,473~573K,1.0133×105 Pa Co,Ni,473K,1.0133×105 Pa
反应举例
自旋饱和分子或固体物质
自旋不饱和的分子或固体物质
酸,碱,盐,氧化物,分子筛
过渡金属,过渡金属氧(硫)化物,过渡 金属盐,金属有机络合物
裂解,水合,酯化,烷基化,歧化, 加氢,脱氢,氧化,氨氧化 异构化
按反应机理进行分类的方法反映了催化剂与反应物分子作用的实质。但是,由于催化作用 的复杂性,对有些反应难以将二者截然分开,有些反应又同时兼备二种机理,如铂重整反应。
载体
——主催化剂和助催化剂的分散剂、粘合剂和支撑体。
➢ 分散作用 ➢ 稳定化作用 ➢ 支撑作用 ➢ 传热和稀释作用 ➢ 助催化作用
工业催化剂大多数采用固体催化剂,而固体催化剂通常是由多组元组成的,要严格区 别每个组元的单独作用是很困难的。
人们所观察到的催化性能,常常是这些组元间相互作用所表现的总效应。可认为是催化剂与反应物分子之间通过电子对的授受而配位,或者发生强烈极化, 形成离子型活性中间物种进行的催化反应。
如:烯烃与质子酸作用,烯烃双键发生非均裂,与质子配位形成-碳碳键,生成正碳离子:
C H 2 C H 2 + H AH 3 C C H 2 + + A -
例如,用Al2O3做载体时活性组分MoO3对载体Al2O3结构稳定性有不良影响,当加入适量 SiO2时可使载体Al2O3 结构稳定有时也可加入少量CaO,与活性组分MoO3形成CaMoO4,从 而减少活性组分MoO3对载体的影响。
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表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应类型 加氢 脱氢 氧化 羰基化 聚合 卤化 裂解 水合
烷基化,异构化
常用催化剂 Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(PPh3)3*,RhCl2(CO)PPh3 CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3 AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛,活性白土 H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛,离子交换树脂 H3PO4/硅藻土,AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛
❖ 工业催化 • -黄仲涛 主编 化学工业出版社
❖ 催化作用基础(第三版)
▪ 甑开吉等编
▪ 徐如人 等著 科学出版社2004年
❖ 固体催化剂研究方法(上、下册)
▪ 辛勤 主编 科学出版社2004年
1.1.1催化剂和催化作用 (Catalyst and Catalysis)
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度,却不改变化学 反应热力学平衡位置,本身在化学反应中不被明显地消耗的化学 物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
1.1.2 催化作用不能改变化学平衡
表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度
催化剂 SO2 SO2 SO2 ZnSO4 HCl 草酸 磷酸 平均
催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量
0.02
8.19
0.063
8.34
0.079
8.20
2.7
8.13
0.15
8.15
0.52
8.27
0.54
8.10
8.19
可逆反应
E
根据微观可逆原理,
假如一个催化反应是
可逆的,则一个加速
正反应速率的催化剂
也应加速逆反应速率,
以保持 K平不变(K平
R
= k正/k逆)。
TS1
TS2
T S1'
T S 2'
Int
P
也就是说:同样一个能加速正反应速率控制步骤的催化剂 也应该能加速逆反应速率。
问题1:实际工业上催化正反应、逆反应 时为什么往往选用不同的催化剂?
❖ 第一,对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操 作条件(温度、压力、进料组成)往往会有很大差别, 这对催化剂可能会产生一些影响。
催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多,甚 至常规条件下难以发生的反应,在催化剂参与下实现了工 业化生产。
问题2:请同学们举二个以上的实例?
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作用
反应物 催化剂及反应条件
Rh/Pt/SiO2,573K,7×105Pa
❖ 第二,对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也 是值得注意的,因为这些副反应会引起催化剂性能变 化。
1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度
使合成氨实现工业生产
催化剂改变反应历程意味着
❖ 1、催化剂参与反应物之间的化学反应 ❖ 2、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值
大大减少。 ❖ 结果:
H2C CH2 BF3
键 合
氧化还原型催化反应
氧化还原型催化反应机理可 认为是催化剂与反应物分子间通 过单个电子转移,形成活性中间 物种进行催化反应。
H H H H + M M M M
表1-4 酸碱型及氧化还原型催化反应比较
比较项目
酸碱型催化反应
氧化还原型催化反应
催化剂与反应物之间 作用
电子对的接受或电荷密度的分 布发生变化
催化技术
第一章 催化剂与催化作用基本知识
Basic Knowledge of catalyst and catalysis
主要内容
1 催化作用的特征 2 催化反应和催化剂的分类 3 固体催化剂的组成与结构
催化剂的反应性性能及对工业催 4 化剂的要求 5 多相催化反应体系的分析
催化技术课程主要参考书
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107~ 2.0266×107Pa
Rh络合物,473~573K, 5.0665×107~
CO+H2
3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
Ni, 473~573K, 1.0133×105Pa
Co,Ni, 473K, 1.0133×105Pa
1.2.1 催化反应分类
A. 按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相(又称多 相)催化反应
酶催化反应
均相催化反应 是指反应物和 催化剂居于同 一相态中的反 应。
非均相催化反 应是指反应物 和催化剂居于 不同相态的反 应。
酶催化反应同 时具有均相和 非均相反应的 性质。
B. 按反应类型进行分类
产物 乙醇 甲醇 乙二醇 二甲醚 甲烷 合成汽油
甲醇氧化反应的不 同能垒变化示意图
热反应时生成CO2比 生成甲醛的能垒小很

CH3OH+O2=CO2+2H2O
催化反应时,生成CO 和CO2的能垒明显高于
生成甲醛的能垒
CH3OH+O2=HCHO+2H2O
应产物具有选择性的主要原因 仍然是由于催化剂可以显著降 低主反应的活化能,而副反应 活化能的降低则不明显
催化剂选择性理解
❖ 1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性(机理 选择性)
❖ 2、催化剂因催化剂结构不同导致选择性(扩散选 择性)。
问题3:催化剂的选择性在工业上有何意义?
1 催化作用的特征
2 催化反应和催化剂的分类
3 固体催化剂的组成与结构 催化剂的反应性性能及对工业催
4 化剂的要求
5 多相催化反应体系的分析
单个电子转移
反应物化学变化
非均裂或极化
均裂
生成活性中间物种 催化剂 催化剂举例 反应举例
自旋饱和的物种(离子型物种)自基旋型不物饱种和)的物种(自由
D. 按反应机理进行分类
酸碱型催化反应
酸碱型催化反应的反应机理 可认为是催化剂与反应物分子之 间通过电子对的授受而配位,或 者发生强烈极化,形成离子型活 性中间物种进行的催化反应。
H 2 CC H 2+H A
H 3 CC H 2+A -
H 2C C H 2 + B F3
H 2C C H 2
BF3 键 合
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