第2章催化剂与催化作用基本知识讲述.ppt

催化作用的特征 1 催化反应和催化剂的分类 2 固体催化剂的组成与结构 3 催化剂的反应性性能及对工业催化剂的要求 4 多相催化反应体系的分析 5 1.5.1多相催化反应过程的主要步骤 1.5.2多相催化反应中的物理过程 外扩散和内扩散 外扩散 内扩散 反应物分子从颗粒外表面扩散进入到颗粒孔隙内部，或者产物分子从孔隙内部扩散到颗粒外表面的过程，称为内扩散过程。 反应物分子从流体体相通过附在气、固边界层的静止气膜（或液膜）达到颗粒外表面，或者产物分子从颗粒外表面通过静止层进入流体体相的过程，称为外扩散过程。 1.5.2多相催化反应中的物理过程 外扩散 阻力：气固（或液固）边界的静止层 消除方法：提高空速 内扩散 阻力：催化剂颗粒空隙内经和长度 消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂空隙直径 为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响 1.5.3多相催化反应的化学过程 4 3 2 1 反应物化学吸附生成活性中间物 活性中间物进行化学反应生成产物 吸附的产物经过脱附得到产物 催化剂得以复原 1.5.3多相催化反应的化学过程 活性中间物种的形成 活性中间体 吸附作用 1.5.3多相催化反应的化学过程 催化循环的建立 4 3 2 1 反应物化学吸附生成活性中间物 活性中间物进行化学反应生成产物 吸附的产物经过脱附得到产物 催化剂得以复原 吸附不能太强 吸附不能太弱 催化剂始态终态不改变：存在催化循环 催化循环图 1.5.4多相催化反应的控制步骤 化学反应控制 催化反应若为动力学控制时，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。 扩散控制 当催化反应为扩散控制时，催化剂的活性无法充分显示出来，既使改变催化剂的组成和微观结构，也难以改变催化过程的效率。只有改变操作条件或改善催化剂的颗粒大小和微孔构造，才能提高催化效率。 控制步骤 * LOGO 第二章催化剂与催化作用 催化作用的特征 1 催化反应和催化剂的分类 2 固体催化剂的组成与结构 3 催化剂的反应性性能及对工业催化剂的要求 4 多相催化反应体系的分析 5 1.1.1催化剂和催化作用(Catalyst and Catalysis) 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。 催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。 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 催化剂 催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量 SO2 0.02 8.19 SO2 0.063 8.34 SO2 0.079 8.20 ZnSO4 2.7 8.13 HCl 0.15 8.15 草酸 0.52 8.27 磷酸 0.54 8.10 平均 8.19 表1-1 在不同催化剂存在下三聚乙醛解聚的平衡浓度 1.1.2催化作用不能改变化学平衡 关于可逆反应 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＝ K正/K逆）。 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。 1.1.2催化作用不能改变化学平衡 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。 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。 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？ 1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度 反应难以进行 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： 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。 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 产物 CO+H2 Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa 乙醇 Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa 甲醇 Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～ 3.0399×108Pa 乙二醇 Cu,Zn,493K, 3×106Pa 二甲醚 Ni, 473～573K, 1.0133×105Pa 甲烷 Co,Ni, 473K, 1.0133×105Pa 和成汽油 催化剂选