第04章各种催化剂及其催化作用

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1、第四章各种催化剂及其催化作用第四章各种催化剂及其催化作用在学习了催化作用和吸附作用的基础上，本章重点介绍各类催化剂的组成、结构及其催化作用规律与催化机理。主要包括五大类催化剂：固体酸碱催化剂，分子筛催化剂，金属催化剂，金属氧化物和金属硫化物催化剂，络合催化剂。重点掌握各类催化剂的基础知识、基本概念，典型代表、工业应用及最新进展。2021/7/824-1酸碱催化剂及其催化作用石油炼制和石油化工是催化剂最大的应用领域，在国民经济中占有重要地位。在石油炼制和石油化工中，酸催化剂占有重要的地位。烃类的催化裂化，芳烃和烯烃的烷基化，烯烃和二烯烃的齐聚、共聚和高聚，烯烃的水合制醇和醇的催化脱水等反应，都

2、是在酸催化剂的作用下进行的。工业上用的酸催化剂，多数是固体。20世纪60年代以来，又发现一些新型的固体酸催化剂，其中最有影响的是分子筛型催化剂，其次是硫酸盐型酸性催化剂。2021/7/834-1酸碱催化剂及其催化作用固体酸：一般认为是能够化学吸附碱的固体，也可以理解为能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。固体酸又分为布朗斯特(Brönsted)酸和路易斯(Lewis)酸。前者简称为B酸，后者简称为L酸。B酸B碱的定义为：能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，所以B酸B碱又叫质子酸碱。L酸L碱的定义为：能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以L酸L碱又叫非质子酸碱。固体碱：

3、能够接收质子或给出电子对的固体。1.固体酸碱的定义和分类2021/7/844-1酸碱催化剂及其催化作用酸碱定义（三种）S.AArrhenius(阿累尼乌斯)酸碱(1)能在水溶液中给予出质子(H+)的物质称为酸，(2)能在水溶液中给出羟基离子(OH-)的物质称为碱。J.N.Brönsted对酸碱定义（B酸碱）(1)凡是能给出质子的物质称为酸;(2)凡是能接受质子的物质称为碱;G.N.Lewis定义（L酸碱）(1)所谓酸，乃是电子对的受体，如BF3(2)所谓碱，则是电子对的供体，如NH31.固体酸碱的定义和分类2021/7/854-1酸碱催化剂及其催化作用1.固体酸碱的定义和分类HCl→H+＋C

4、l-H2SO4H+＋HSO4-酸碱酸碱2021/7/864-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定固体表面酸碱性质的完备表述，包括酸、碱中心的类型，酸、碱强度和酸、碱量。酸位的类型及其鉴定研究NH3和吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱可以区分B酸中心和L酸中心。研究表明，NH3在SiO2-Al2O3上可以是物理吸附也可以发生配位键合，还可以是NH4+型吸附。每种吸附模式可以用它们的吸收谱带鉴别。分析表明L酸位比B酸位为4﹕1。以吡啶为吸附质的方法与此类似。2021/7/874-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定酸位的类型及其鉴定酸型（L，B）鉴定：吡啶吸附后

5、红外光谱会出现特征峰在红外光谱～1550cm-1处有一特征峰，B型酸。2021/7/884-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定酸位的类型及其鉴定相反，如和L－酸配位，将得到一种配位化合物这时在～1450cm-1处有一特征峰也可以利用紫外-可见光谱来测酸型。2021/7/894-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定固体酸碱的强度和酸碱量B酸强度，是指给出质子的能力；L酸强度是指接受电子对的能力。酸强度通常用Hammeett函数H0表示。若一固体酸表面能够吸附一未解离的碱，并且将它转变为相应的共轭酸，且转变是借助于质子自固体酸表面传递于吸附碱，即[HA]H+

6、+[B]a[A-]s+[BH+]a2021/7/8104-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定固体酸碱的强度和酸碱量函数H0表示为：式中[B]a和[BH+]a分别为未解离的碱（碱指示剂）和共轭酸的浓度。pKa是共轭酸BH+解离平衡常数的负对数，类似pH。[HA]H++[B]a[A-]s+[BH+]a2021/7/8114-1酸碱催化剂及其催化作用2.固体表面的酸碱性质及其测定固体酸碱的强度和酸碱量若转变是借助于吸附碱的电子对移向固体酸表面，即：式中[A:B]是吸附碱B与电子对受体A形成的络合物AB的浓度。H0越小酸度越强。2021/7/8124-1酸碱催化剂及其催化作用2.

7、固体表面的酸碱性质及其测定固体酸碱的强度和酸碱量酸量：固体表面上的酸量，通常表示为单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数，即mmol/wt或mmol/m2。酸量也叫酸度，指酸的浓度。固体碱的强度：定义为表面吸附的酸转变为共轭碱的能力，也定义为表面给出电子对于吸附酸的能力。碱量的表示，用单位重量或者单位表面积碱的毫摩尔数，即mmol/wt或mmol/m2。碱量也叫碱度，指碱中心的浓度。2021/7/8134-1酸