催化剂和催化动力学基础共61页文档
多相催化与催化动力学课件
产物脱附
反应产物从催化剂表面脱附， 完成一个催化循环。
催化剂失活
在多相催化过程中，催化剂表 面会逐渐被堵塞或中毒，导致 催化剂失活。需要定期再生或
更换催化剂。
02
催化动力学基础
动力学方程与速率
动力学方程
描述反应速率与反应物浓度的 关系，通常采用速率方程的形 式，如速率 = k[C]^m[D]^n
01
纳米科技在多相催化中的应用
随着纳米科技的发展，多相催化材料的研究和应用将更加深入和广泛，
包括新型催化剂的设计、制备和应用等。
02 03
计算机模拟和理论计算的应用
随着计算机技术和计算化学的进步，计算机模拟和理论计算在多相催化 中的应用将更加广泛和深入，有助于揭示催化反应的机制和优化催化剂 的性能。
径和反应机理有关。
活化熵
反应发生所需的熵变，通常 由实验测定，与反应途径和 反应机理有关。
活化焓
反应发生所需的焓变，通常 由实验测定，与反应途径和 反应机理有关。
催化剂活性与选择性
选择性
催化剂对特定反应的催化能力 ，通常用目标产物的收率来表 示。
催化剂寿命
催化剂在使用过程中保持其活 性和选择性的时间。
未来发展方向与展望
基础研究和应用研究的深度融合
未来，多相催化和催化动力学的研究将更加注重基础研究和应用研究的深度融合，以推动科学技术的发展和应用。
新材料和新技术的开发和应用
未来，新材料和新技术的开发和应用将成为多相催化和催化动力学研究的重要方向，包括新型纳米材料、复合材料、 生物材料等。
绿色化学和可持续发展的推进
反应条件优化
通过模拟计算，可以研究反应温度 、压力、浓度等因素对反应过程的 影响规律，为优化反应条件提供依 据。
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助催化剂： 金属、非金属等 主要功能： 对活性组分/载体改性
➢ Bulk catalyst ➢ Supported catalyst
• 主催化剂（活性组分，Active components ）
– 催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质
表面反应
脱附
NH* + H* NH2* + H*
NH3*
NH2* + * NH3* + * NH3 + *
通过改变反应历程，使反应沿 一条新的途径进行，此途径是 几个基元反应组成，而基元反 应活化能都很小，因此反应所 需克服的能垒值大大减少
1/2N2+3/2H2 Na+3Ha
(NH3)a
反应历程
E2 NH3
• 催化剂的基本特性
– 改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度（催化剂的
共性 — 活性）
N2 + 2*
2N* Key
1/2N2 ＋ 3/2H2
NH3
H2 + 2* N* + H*
2H* NH* + *
E非 能 量
E1
Fe催化反应速率＝ 3×1013 非催化反应速率 （ 500℃ 常压 ） 吸附
催化剂能做什么？
➢ 只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应
➢ 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
• 其他基本概念
– 催化作用的体现：给定温度下 提高速率；降低达到给定转化 率所需温度
– 催化是一个循环过程（催化循 环）
– 催化剂用量很少且不消耗 – 化学计量方程式与催化剂量无
物理化学PPT化学动力学(催化作用基础)
三、催化作用的共同特征
2、催化剂通过改变反应途径而显著地改变其活 、 化能，从而改变反应速率。 化能，从而改变反应速率。
尽管催化剂本身在反应终了时其化学组成和数 量不变，但它是反应的积极参与者： 量不变，但它是反应的积极参与者：即在反应中催 某种不稳定的中间物或中间络合物， 化剂参与形成某种不稳定的中间物或中间络合物 化剂参与形成某种不稳定的中间物或中间络合物， 从而使反应可能沿着能量上择优的途径进行， 从而使反应可能沿着能量上择优的途径进行，而后 又在反应中再生。 又在反应中再生。许多溶液中的催化反应可以与非 催化反应形象地表示为： 催化反应形象地表示为：
四、酸碱催化作用
可见，在任一情况下， 可见，在任一情况下， logkapp 与 pH 值之间均存 在线性关系， 在线性关系，其斜率分别为 0,-1 与 +l。由其截距可 。 分别求得 k0、kH+ 及 kOH- 值。当 k0、kH+ 及 kOH- 值 均不为零时得三段直线构成的折线 。当 k0、kH+ 及 kOH- 之一为零时，则得二段直线构成的折线。若仅 之一为零时，则得二段直线构成的折线。 kH+ 或 kOH- 之一不等于零时，则得直线。 之一不等于零时，则得直线。 例如，乙酸乙酯的水解反应， 例如，乙酸乙酯的水解反应，可以通过改变溶液的 pH 值，分别测出其相应的速率常数为： 分别测出其相应的速率常数为：
四、酸碱催化作用
丙酮碘化反应为此类酸碱催化的典型实例： 丙酮碘化反应为此类酸碱催化的典型实例：
在水溶液中此反应的速率随丙酮及各种广义酸的浓度 变化均为一级的，但与碘浓度无关。可以证明， 变化均为一级的，但与碘浓度无关。可以证明，丙酮 烯醇化是速率决定步骤，由之此酸催化反应为： 烯醇化是速率决定步骤，由之此酸催化反应为： 值得指出，酸碱催化反应机理的研究， 值得指出，酸碱催化反应机理的研究，对提供酶催 化模型是有重要价值的。在酶催化中经常假定氨基 化模型是有重要价值的。 酸侧链是作为广义的酸或碱的。 酸侧链是作为广义的酸或碱的。
催化反应的反应机理及动力学
催化反应的反应机理及动力学催化反应是一种重要的化学反应，它能够在较温和的条件下加速反应速率，提高反应产率，减少反应能量的消耗。
催化反应的本质是通过催化剂的作用，调整反应体系的能级状态，实现化学反应的顺利进行。
在催化反应中，了解反应机理和反应动力学是至关重要的。
在本文中，我们将深入探讨催化反应的反应机理及动力学。
一、催化反应的反应机理催化反应的反应机理指的是反应过程中各种化学物质之间的转化和能量的变化情况。
催化反应常用的反应机理理论主要有伦敦方程、中心场理论、绝缘化学理论、表面化学理论等。
其中，表面化学理论已被广泛应用于各种催化反应研究中。
对于表面化学理论，它是指催化剂上的活性位点与反应体系中的分子发生相互作用。
而这种相互作用包括物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附指的是催化剂上的活性位点对分子进行的简单物理吸附或凝集作用，而化学吸附指的是分子在与活性位点结合后，发生了共价或离子键的化学反应。
在催化反应过程中，一些常用的反应机理包括”裂解-再组合”机理、”表面化学”机理、”酸碱中心”机理、”氧化还原”机理等。
其中，最常用的是“裂解-再组合”机理。
该反应机理通常发生在分子有较高的生长势能时，此时分子内部认为存在能量分区，使得分子的某些键在反应过程中会裂开，产生具有高能较大的物种，然后再重新组合形成低势能物种，从而产生反应。
二、反应动力学催化反应的反应动力学是指反应速率与反应条件之间的关系。
反应动力学表征了化学反应的基本特征，包括反应速率常数、反应级数、反应速率控制步骤等。
在反应动力学中，重要的参数之一是反应速率常数，它是催化反应速率与反应物浓度之间的比值。
催化反应速率常数的大小受到多种因素的影响，如温度、催化剂浓度、反应物浓度、反应物分子大小、反应物形态等。
例如在液相催化反应中，反应速率常数随着温度的升高而增加，原因是温度上升可以促进反应物分子的运动，加快反应速率。
反应级数是指反应速率与反应物浓度之间的指数关系，包括零级、一级、二级、三级等反应级数。