1、第一章催化作用基础 第一节催化剂与催化作用 一 催化剂的定义 能够增加化学反应达平衡的速度 而在反应过程中不被消耗和产生的物质叫做催化剂 由于催化剂的作用而发生的现象叫做催化作用 注意 催化剂不改变反应的平衡位置 不引发一个热力学上不可行的反应 催化剂参与反应过程 只是最后又被还原出来 二 催化作用的化学本质 改变反应途径 降低了反应的活化能 三 催化剂的特点 选择性用量少有严格的操作条件 催化剂的特点 选择性 相同原料在不同催化剂上可按不同机理反应 得不同产物 相同原料在不同催化剂上 虽反应机理相似 但产物不同 原料 产物都相同时 催化剂不同 反应条件可相差很大 对连续反应 选择合适的催化剂
2、可使反应停留在中间产物阶段 四 催化反应过程及其分类 催化反应过程的共同特征 e g 对A BAB 非催化过程 A KAKAK BAB K 催化过程 催化反应的分类 根据体系中催化剂和反应物的相不同 均相 多相之间 1 均相催化反应 指 催化剂和反应物同处一相的反应 均相催化的特点 1 催化剂在反应介质中呈分子 离子 状态分散 反应是分子水平的 每个催化剂分子是等同的 有相同的活性 2 催化过程一般只有两步 不存在传质步骤 2 多相催化反应 指 催化剂和反应物处于不同相的反应 催化剂一般为固体 工业催化体系大多为多相体系 多相催化的特点 1 催化剂以原子 分子 聚集体的形式存在于体系中 反应物
3、只与催化剂的表面作用 由于表面是不均匀的 表面上的反应活性也是不均匀的 2 表面上只有部分原子或原子簇有催化作用 即 活性中心 活性位 表面上的活性中心可能不止一种 每一种的催化活性 密度分布等各不相同 3 催化过程一般由5步组成 扩散 表面吸附 表面反应 脱附 扩散 4 多相催化的优点 无腐蚀 易分离 可再生 多功能 3 酶催化反应 酶本身呈胶体均匀分散在水溶液中 均相 但反应却从反应物在其表面上积聚开始 多相 故同时具有均相和多相的性质 五 催化剂的分类 按反应类型分类 六 多相催化剂的评价指标 活性选择性稳定性和寿命其它 1 活性 活性 指催化剂影响反应速度的程度 或是催化剂转化反应物至
4、产物的能力 可有几种表示方法 1 反应速率 2 转化率 3 收率 1 反应速率 转换数 单位时间单位活性中心上转换A B的次数 次数 活性中心数 对反应A B mol cm2 h mol mL h mol g h s 1 A的转化率 这是工业上常用的方法 但要说明反应条件 T 空速 2 反应物的转化率 对反应 aAbB 3 产物的收率 时空收率 100 Y 某产物的实际生成量 该产物的理论产量 NB b aNA0 100 2 选择性 指催化剂将反应物转化为目的产物的能力 a b 3 稳定性和寿命 稳定性 指催化剂的活性随时间变化乃至消失的速度 速度慢 稳定性高 寿命 指在工业生产条件下 催化剂
5、的活性能达到装置生产能力和允许的原料消耗定额的使用时间 或者活性下降后经再生恢复的累计使用时间 4 机械强度5 导热性能和比热6 形貌和粒度7 再生性 七 工业上常用的反应器 八 工业催化剂的组成 主催化剂 起催化作用的根本性物质 e g 合成NH3中Fe Al2O3 K2O Fe是主催化剂共催化剂 能和主催化剂同时起催化作用的组分 e g 脱氢催化剂MoO3 Al2O3石油裂解催化剂SiO2 Al2O3 助催化剂 添加到催化剂中可明显改进催化剂的性能 活性 选择性 强度 寿命等 的组分 e g 合成NH3中Fe Al2O3 K2O载体 固体催化剂中所特有的 担载催化剂组分的单体 e g 异构化催化剂 Pt Al2O3脱氢催化剂 Pd Al2O3
