催化作用与催化剂ppt课件.ppt

《催化作用与催化剂ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章催化作用与催化剂学习重点催化作用的概念与特征催化剂的组成与载体的功能工业催化剂的要求均相催化剂的特征提高反应速度的方法工业上的一个化学反应，要能以一定的速度进行，即在单位时间内能够获得足够数量的产品。提高反应速度的手段：加热的方法光化学方法电化学方法催化方法既能提高反应速度，又能控制反应方向什么是催化剂——能够加速反应的速度而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。催化剂§2-1催化作用的定义与概念——将反应物转变为产物，在循环的最终步骤催化剂再回到其原始状态。更简单地说，催化剂是一种加速化学反

2、应，而在其过程中自身不被消耗掉的物质。催化作用催化反应——涉及到催化剂的反应称为催化反应。——催化剂所起的这种作用称为催化作用。什么是催化作用活性中心催化剂并非所有的部分都参与反应物到产物的转化，因此那些参与的部分被称为活性中心。大多数工业催化剂使用的形式是多孔小球，每一个小球一般包含1018个催化中心。转换频率转换频率是指每个催化中心上单位时间内产生的给定产物的分子数。催化剂是如何加速反应速率的？——无催化剂时合成氨的活化能对于N2+3H2=2NH3反应，无催化剂存在时，在500oC及常压条件下，反

3、应活化能为334.6kJ/mol。此条件下反应速度极慢，竞不能觉察出氨的生成。催化剂是如何加速反应速率的？——有催化剂时合成氨的活化能有催化剂存在下，在催化剂表面发生了如下所示的一系列表面作用过程，最后生成了氨分子。催化反应的速率控制步骤是氮解离步骤，该步的活化能~70kJ/mol。催化剂为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。不同的催化剂的催化反应活化能可能不同。N2+3H2=2NH3的催化反应途径催化作用的特征（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。在开发一

4、种新的化学反应的催化剂时，首先要对该反应体系进行热力学分析，看在给定的条件下是否属于热力学上可行的反应。催化作用的特征（2）催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡的位置（平衡常数）。化学平衡是由热力学决定的G0＝—RT1nKP，其中KP为反应的平衡常数，G0是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响G0值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点。不能改变平衡的位置的例子乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯，在600℃常压、乙苯与水蒸汽

5、摩尔比为1：9时，按平衡常数计算，达到平衡后苯乙烯的最大产率为72.8％，这是平衡产率，是热力学所预示的反应限度。为了尽可能实现此产率，可选择良好催化剂以使反应加速。但在反应条件下，要想用催化剂使苯乙烯产率超过72.8％是不可能的。根据Kp=K正/K逆，既然不能改变平衡常数，它必然以相同的比例加速正、逆反应的速率常数。这个推论具有重要意义。对于可逆反应，能催化正方向反应的催化剂，就应该能催化逆方向的反应。例如，脱氢反应的催化剂同时也是加氢反应的催化剂，水合反应的催化剂同时也是脱水反应的催化剂。这条规则

6、对选择催化剂很有用。催化剂也同时加速逆反应速率催化作用的特征（3）-催化剂对反应具有选择性催化剂对反应具有选择性根据热力学计算，某一反应可能生成不止一种产物时，应用催化剂可加速某一目的产物的反应，即称为催化剂对该反应的选择性。工业上利用催化剂具有选择性，使原料转化为所需要的产品。例如，以合成气(CO＋H2)为原料，使用不同的催化剂则沿不同的途径进行反应。催化剂对反应具有选择性-实例催化作用的特征（4）-催化剂的寿命催化剂能改变化学反应的速度，其自身不进入反应的产物，在理想的情况下不为反应所改变。催化剂

7、在参与反应过程中，先与反应物生成某种不稳定的活性中间络合物，再继续反应生成产物，催化剂恢复到原来的状态。催化剂象这样不断循环起作用。一定量的催化剂可以使大量的反应物转化为大量的产物。实际反应过程中，催化剂并不能无限期地使用，在长期的反应条件下和化学作用下，会发生不可逆物理和化学变化，如晶相变化、晶粒分散度的变化、组分的流失等，导致催化剂的失活。催化剂几个重要的性能指标根据催化作用、催化剂定义和特性分析知道催化剂有三个重要指标：活性、选择性和稳定性。工业生产更多强调的是原料和能源的充分利用。催化剂改进型

8、的研究，一般是追求选择性，其次是稳定性，最后才是活性。新催化剂及工艺的研究，则先追求高活性、高选择性，最后才是稳定性。催化剂活性、选择性和稳定性的概念活性—是指催化剂影响反应进程变化的程度。选择性—是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。稳定性—是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。活性的几种表示方法转化率时空产率反应速率比活性转换频率转化率-工业上最为常用的活性表示方法对于A→B反应，给定温度下所达到的转化率可用下式表示：XA=（反应后已转化的A摩