[应用]第三章 酸性催化剂及其催化作用

[应用]第三章酸性催化剂及其催化作用第三章酸性催化剂及其催化作用

本章重点内容

固体表面的酸性质及其测定方法;

酸中心的形成与结构;

二元氧化物酸中心判定经验规则

固体酸的催化作用

概述

酸性催化剂是石油炼制与化学工业中使用较多的一类催化剂，如烃类的裂化、烃类的异构化、芳烃和烯烃的烷基化、烯烃的水合制醇、醇的脱水等反应都使用酸性催化剂。

(烃类裂化异构化烷基化水合脱水相应方程式)(img)

早期用硫酸、氢氟酸、磷酸、等液体酸或三氯化铝等路易斯酸作为催化剂。这些酸都具

能低即提供较少的有确定的酸强度、酸类型，而且在较低温度下有相当高的催化活性(活化势能就可以让反应继续进行,说明活性高)。

从产品分离、设备腐蚀，尤其从环保方面考虑，使用固体酸催化剂替代HSO、HF和lCl 243等液体酸催化剂的工艺十分重要。

本章主要探讨固体酸催化剂及其催化作用。B(Br?nsted)酸和L(Lewis)酸的概念

凡是能给出质子的物质称为B酸

，，NH十HO( B酸),NH十HO 3 342

凡是能接受电子对的物质称为L酸

BF ( L酸)十 :NH , FB:NH 3333

固体酸:凡能化学吸附碱性物质的固体。

按Br?nsted和Lewis的定义:

能给出质子或者接受电子对的固体称之为固体酸。固体酸的类型

1 、天然粘土类:高岭土、膨润土、蒙脱土、天然沸石等，主要组分为氧化硅和氧化铝;

2、浸润类:液体酸(HSO 、HPO)负载在相应的载体(氧化硅和氧化铝)上;2434

3、阳离子交换树脂

4、金属氧化物或复合氧化物:如ZrO, WO MoO, WO-ZrO, MoO-ZrO, 杂多酸、合成分2333232

子筛等

5、金属盐:NiSO, lPOlCl ，44 3

固体表面酸性测定方法

固体表面的酸性质

固体表面的酸性质包括如下几方面

表面酸中心类型:有2种类型酸中心，即Br?nsted酸中心和Lewis酸中心

酸强度及强度分布

酸量

固体表面的酸性质表征方法

非水溶液的指试剂法(Non-queous indictor methods)

红外光谱法(Infrred spectroscopic method)(用KBr压片制成分析样品,之前要对KBr中微量水小心处理)

微量热法(Microclorimetric methods)

碱性气体吸附法(dsorption of gs bses)

程序脱附法(Temperture-progrmmed-desorption, TPD)

模型反应法(Model rections for determintion of surfce cidity) 指试剂法 ++固体表面的酸强度定义为将吸附的中性的碱转变为其共轭酸的能力:B+H=BH +如果碱性指示剂B与其共轭酸BH式有不同的颜色，可以选择具有不同解离常数的指示

+剂B ，看能否与转变为其共轭酸BH式

该方法的缺点:

无法区分B酸中心和L酸中心;

如果固体酸本身有颜色，该方法不能用。红外光谱法(Infrred spectroscopic method)-固体表面酸中心类型鉴定方法

碱性分子在固体表面上吸附的红外光谱法是一种表征固体表面酸中心特征的方法，该方法非常灵敏，提供的证据直接可靠;

碱性探针分子在固体表面上吸附，碱性分子在B酸中心吸附形成离子键; 在L 酸中心吸附形成配位键。红外光谱可以灵敏、可靠的区分由于吸附形成的离子键和配位键。

碱性探针分子通常选择NH或吡啶分子。 3

由于NH、吡啶分子的碱性较强，可以在很弱的酸中心产生吸附，对于强酸中心具有更3

好的选择性。

吡啶探针分子的红外光谱法(IR spectr of pyridine dsorbed)

-1吡啶吸附在ZSM-5上的B酸中心上形成吡啶离子，其红外特征吸收峰之一在1540 cm 附近处。 -1吡啶吸附在ZSM-5上的L酸中心上形成配位键，其红外特征吸收峰在1440~1465 cm 处区间。

例子:HZSM-5沸石上B、L酸位(img)

吡啶吸附红外光谱法(Py-IR)测定催化剂表面酸类型的例子(img)

吸附吡啶后的红外光谱 1H NMR 技术

分子筛的酸性中心可分为B酸和L酸中心

1H NMR 技术可直接检测与骨架铝相连的B酸

1分子筛的B酸的H核的

酸中心的强度及其测定

酸强度是指给出质子的能力(B酸强度)或者接受电子对的能力(L酸强度)。

通常用酸强度函数H表示固体酸强度，H越小酸强度越强， H越大酸越弱。ooo

通常固体酸强度测定方法:用指示剂指示的胺滴定法和气态碱分子吸附-脱附法。

气态碱吸附法

碱分子吸附在固体酸中心上，强酸中心吸附的碱比在弱酸中心吸附的更牢固，使之脱附也更困难。当升温脱附时，吸附弱的碱先排出，故根据不同温度下排出的碱量，可以得出酸强度和酸量。

将固体样品置于石英天平上，经抽空后再引进有机碱蒸气使之吸附。如长时间抽空样品重量不变，那么留在样品上的碱量就可作为化学吸附量。

常用的气态碱有NH、吡啶、正丁胺等。 3

程序升温脱附法(Temperture-progrmmed-desorption, TPD) 由气态碱吸附法发展而来。

该法将预先吸附了某种碱的固体在等速升温并通入稳定流速的惰性载气(N 或He)条件下，2表面吸附的碱在一定温度范围便脱附出来，用检测器(TCD, MS)记录碱脱附速度随温度的变化，即得TPD曲线。

这种曲线的形状、大小及出现最高峰时的温度T值，均与固体酸的表面性质有关。 m

各种阳离子交换的ZSM-5上吸附氨的TPD结果(img) 酸量的测定

固体酸表面上的酸量，通常表示为单位重量或者单位表面积上酸位的毫摩尔数，即

2mmol/wt或mmol/m。酸量也称酸度，指酸的浓度。

TPD法用碱性气体的脱附温度表示酸的强度时，该温度下的脱附峰面积可以表示该强度的酸量。

脱附峰面积表示该强度的酸量(img)

用于固体表面酸性表征方法比较

, 方法

吸附指试剂正丁胺滴定法酸量,酸强度

吸附微量量热法酸量，酸强度热分析(TG )方法(气态碱吸附法 ) 酸量，酸强度程序升温热脱附酸量，酸强度探针分子红外光谱 B酸，L酸 1H MS NMR B 酸量，B酸强度

固体碱强度与碱量

固体碱强度:表面给出电子对给吸附酸的能力。

固体碱表面上的碱量，通常表示为单位重量或者单位表面积上碱位的毫摩尔数，即2mmol/wt或mmol/m。碱量也称为碱度，指碱中心的浓度。

测定方法:气态酸吸附质的吸附法，常用苯酚蒸汽。酸碱中心对协同作用

对于一些反应，虽然由催化剂表面上的酸中心所催化，但碱中心也或多或少地起一定的协同作用。

这种酸-碱中心协同作用的双功能催化剂有时显示很高的活性。具有酸-碱中心的双功能催化剂的酸中心、碱中心强度比单个酸中心或碱中心的强度更低。(如ZrO是一种弱酸弱碱，对分裂C-H键具有酸位和碱位的协同作用。)2 酸、碱中心对协同作用的例子--ZrO 2

ZrO上酸中心和碱中心的强度都很弱、但它却具有很强的C-H键断裂活性，比SiO-1O和2223MgO的活性都高。

这种酸中心和碱中心的协同作用，对于某些特定的反应是很有利的，具有更高活性和选择性。

这类催化剂叫酸碱双功能催化剂。

酸碱中心对的表征(img)

用吸附苯酚程序升温脱附(TPD)法表征;

苯酚可在酸性SiO-1O上、碱性MgO上吸附，也可在ZrO上吸附。其脱附温度高于在2232

MgO或SiO-1O 上的脱附温度。表明苯酚在ZrO 上吸附最强，在SiO-1O 上最弱，在2232223MgO上吸附中等。这是ZrO 酸碱双功能催化中心协调作用的结果。2

固体表面酸中心的形成与结构

氧化物固体表面的酸性来源

-+氧化物固体(SiO,lO)表面的OH 能解离给出质子: ,-O +H(B酸)223

当合适的第二种氧化物BO掺入后，可增强氧化物表面酸性解离常数,通常会增强好几倍，如SiO-lO, SiO,-ZrO, lO-BO等 223222323

在高温下处理氧化物固体，表面羟基(OH)脱水形成不完全配位的金属构成

1O表面酸碱中心 23

, lO是广泛使用的吸附剂和催化剂，更多场合用作催化剂载体。23

, lO有多种不同的变体(-，,-等)，其中重要的,-lO表面既有酸中心，也有碱中心。 2323

1O表面的B 、L酸中心形成与结构(img重要) 23

L-酸中心由表面羟基脱水形成的不完全配位的铝构成; L酸中心吸附水后形成B酸中心， B酸中心的酸强度太弱，通常认为lO不具有B酸性。23 SiO-lO复合氧化物表面的L酸中心的结构(img重要) 223

SiO-lO复合氧化物表面的B酸中心的结构(img重要) 223

二元复合氧化物的酸性起源

Tnbe将氧化物的电价模型与氧化物的酸性进行关联，提出如下观点:

(1)对于二元复合氧化物，凡是电荷出现不平衡就会有酸性产生。

(2)电荷为正过剩则显L酸性，电荷为负过剩则显B酸性。判定二元复合氧化物酸性的经验规则(两个基本假定)

(1)两种氧化物形成复合物时，两种正电荷元素的配位数保持不变;

(2)主要成分(量多)的氧化物的氧原子配位电荷数(氧的键合数)决定了所有氧原

子配位电荷数。

TiO-SiO二元复合氧化物酸性的判断 22

TiO-SiO二元复合氧化物， TiO是主要成分， SiO是次要成分。Ti的价态和配位数分2222别是+4和6;Si的价态和配位数分别是+4和4。

+4TiO上氧的配位电荷数为 -4/6=(-2/3)(6个氧原子与1个Ti配位);2

SiO上氧的配位电荷数也是(-2/3)，1个Si 与4个O相配位，每个Si-O键上电荷净值2

为(4/4)-(2/3)=+1/3

整个SiO上的电荷净值为:4*( +1/3)=+4/3 (正电荷过剩) 2

TiO-SiO混合物表面呈L酸性。 22

SiO -TiO二元复合氧化物酸性的判断(img) 22

, SiO-TiO二元复合氧化物， SiO是主要成分， TiO是次要成分; Si的价态和配位2222

数分别是+4和4， Ti的价态和配位数分别是+4和6;。

, SiO上氧的配位电荷数为-4/4=-1; 2

, TiO上氧的配位电荷数也为-1， 2

, Ti-O键上的电荷净值为:(+4/6)-1=-1/3;

, 整个TiO上的电荷净值为:6*( -1/3)=-2(负电荷过剩) 2

, SiO -TiO混合物表面呈B酸性。22

ZnO -ZrO二元复合氧化物酸性的判断(必考) 2

ZnO -ZrO二元复合氧化物， ZnO是主要成分， ZrO是次要成分;Zn的价态和配位数分别22

是+2和4;Zr的价态和配位数分别是+4和8。

ZnO上氧的配位电荷数为 -2/4=-1/2; ZrO上氧的配位电荷数也为 -1/2; 2 Zr-O键上的电荷净值为:(+4/8)-1/2=0; 整个ZrO上的净电荷值为:0; 2

ZnO -ZrO混合物表面无酸性。 2

影响二元氧化物酸位产生的因素二元氧化物的组成

TiO-SiO二元复合氧化物， TiO是主要成分， SiO是次要成分，复合氧化物表面呈L酸性。2222

SiO是主要成分， TiO是次要成分，复合氧化物表面呈B酸性。 22

制备方法;(机械混合与复合物结果不同) 预处理温度等。

固体酸的催化作用

研究固体酸的催化作用通常需了解如下几点关系: 1.酸性质与催化作用的关系

2.酸强度与催化活性和选择性的关系

3.酸量(酸浓度)与催化活性的关系

酸位性质与催化作用关系

酸催化反应，与酸性质密切相关，不同类型的酸活性中心会有不同的催化效果，不同类型的反应，要求酸催化剂的酸位性质也不相同。

有的反应需要B酸催化,有的反应需要L酸催化,有的反应可同时被两种酸催化。

B-酸位催化作用

大多数的催化反应是在B-酸位上进行的。异丙苯裂解是典型的B酸催化的反应，常用的催化剂是SiO-lO 。 SiO-lO上既有B-酸中心，又既有L-酸中心，用醋酸钠处理后其裂223223

解异丙苯的活性便降低了，这是因为钠离子置换了SiO-lO上的质子，失去了B 酸中心之故，223

单独L-酸位是不显活性的。该催化反应的速率与B-酸位的浓度之间存在良好的关联。

CHCHCHHC3333 CHCHH+ +H++CH-CH-CH+33

++L -酸位催化的反应 =+CH-CHCHHCH-CH-CH3233

各种有机物的乙酰化反应，要用L 酸位催化，通常的SiO-lO固体酸对乙酰化反应几223

乎无催化活性，但高温处理的SiO-lO固体酸对乙酰化反应具有一定的催化活性;常用lCl、2233FeCl等典型的L 酸催化剂; 3

乙醇脱水制乙烯也是在L 酸催化下进行，常用,-lO催化剂。 23

B-酸位和L-酸位同时催化的反应

链烷烃催化裂解，既可被B酸活化，又可被L酸活化，最大裂解速率与总酸量( B酸+

L酸)相对应。

重油加氢裂化的主催化剂为Co-MoO/lO 或Ni-MoO/lO，在lO上原来只有L酸位，32332323

引入MoO形成了B 酸位， Co或Ni的引入是阻止强L酸位的形成，中等强度

的L酸位在B 3

酸位共存下有利于加氢脱硫的活性， L酸位和B 酸位的共存具有协调效应。

有些反应虽不为酸所催化，但酸的存在会影响反应的选择性;

如:过渡金属氧化物上烃的氧化，氧化物的酸碱性能影响反应产物的选择性。

酸强度与活性和选择性的关系

固体酸催化剂表面，不同酸强度的部位有一定分布。不同酸强度的部位可能有

不同的催化活性。

一般涉及C-C键断裂的反应如催化裂化、骨架异构化、烷基转移和歧化等反

应，要求强酸中心;

涉及C-H键断裂的反应如氢转移、水合、环化、烷基化等反应，要求弱酸中心;

通常，顺反异构<双键异构<聚合<烷基化<裂化<歧化

同一反应，不同的酸强度对其活性的影响不一样，酸强度大的反应活性也高。

酸量与催化活性的关系

固体酸催化剂表面上的酸量与其催化活性有明显的关系。

在合适的酸类型与酸强度下，通常催化剂的活性随酸量的增加而增加，或呈线

性关系，或呈非线性关系

三聚甲醛在酸性催化剂上的解聚，在催化剂酸强度H ?–3的条件下，催化活

性(一0

级速率常数)与酸量呈线性关系;

苯胺在ZSM-5催化剂上与甲醇的烷基化反应，苯胺的转化率与ZSM-5的酸量呈

非线性关系。

固体超强酸及其催化作用

, 固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度，称之为超强酸。因为100%硫酸的

酸强度

用酸强度函数H0 表示为–11.9，因此，H0 <–11.9的固体酸就称为固体超强酸。( H0

越小酸强度越强，H0越大酸越弱。)

, 固体超强酸可分为含卤素和不含卤素两大类含卤素的固体超强酸

, 主要是负载型的

, 典型代表有SbF, 、lCl、 SbF-HF 、SbF-CFSOH等负载在SiO-lO， SiO-TiO, lO5355332232223

等载体上

, 优点:活性高

, 问题:原料价格高、稳定性差、卤素对设备有腐蚀性。不含卤素的固体超强

酸

, 主要是负载型的

2-2-2-, 典型代表有含SO促进类的锆系(SO/ZrO )、钛系(SO/TiO )、铁系442422-(SO/FeO ); 434

, 以及WO、 MoO 和BO负载的WO/ZrO、 WO/SnO、 WO/TiO、 MoO/ZrO、332332323232

和 BO/ZrO等复合氧化物; 23 2

, 可作为酸催化剂替代传统的HSO和氟磺酸等，用于异构化、烷基化、酯化、醚化、24

氯化等反应，活性高、无腐蚀和分离问题，被认为是绿色催化剂。

不含卤素的固体超强酸的制备方法

, 主要有浸渍法

2-2-2-, 含SO促进类的SO/ZrO、SO/FeO的制备:用HSO或(NH)SO浸渍

Zr(OH)、 442434244244oFe(OH)，后经一定温度(500~600C)焙烧制得。 3 , WO/ZrO、 WO/SnO、 MoO/ZrO、的制备:用钨酸氨或钼酸氨水溶液浸渍

Zr(OH)、 3232324oSn (OH)，后经一定温度(600~800C)焙烧制得。 4 固体超强碱:

, 由于超强酸被定义为酸强度超过H <–11.9 (100%硫酸的酸强度)，强度较0 中性物质H0 =7低了19个单位，因而提出强度较中性物质(H0 =7)高出19 个单位的碱性物质就称为固体超强碱。

, 固体表面的碱强度用碱强度函数H表示高于+26时就称为固体超强碱。- , 固体超强碱有经特殊处理的碱金属与氧化物形成的(1)氧化物固体超强碱，

(2)分子筛型固体超强碱。

固体超强碱类型

, 氧化物固体超强碱

, N/MgO, K(NH)/lO, KOH/lO, KF/lO, KF/ZrO; 32323232

, 分子筛型固体超强碱

o, 例子:KNO/KL经600C处理后，得H-=27.0的固体超强碱;KF/lPO-534

, 固体超强碱常用于烯烃的转化

其它类型酸性催化剂及其催化作用

杂多化合物催化剂及其催化作用

离子交换树脂催化剂及其催化作用

杂多化合物催化剂及其催化作用

杂多化合物催化剂:杂多酸及其盐类

杂多酸是由杂原子(P、Si、Fe、Co等)和配位原子(Mo、W、V、Nb、T等)按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，常用HP表示。

同时具有酸性和氧化性

杂多化合物催化剂的特点

杂多化合物催化剂作为固体酸有以下的特点

可通过组成原子的改变来调变其酸性和氧化还原性;

一些杂多化合物表现出准液相行为;

结构确定

环境友好

用于醚化和水合反应

具有挑战性的研究课题

, 还有许多酸催化工艺，迄今仍不得不使用 HSO、HPO、HF、lCl 等为催化剂。24343

, 最突出的例子是低碳异构烷烃 (主要是异丁烷 )和烯烃 (C -C)的烷基化反应。35

开发可以取代HSO、HF的固体酸催化剂体系的主要障碍 24

, 这主要是由这些反应自身的特殊性决定的，

, 以烷基化反应为例，这个反应主要有以下特点 :

, (1 )需要有像硫酸 (H = - 1 0 . 2 )、氢氟酸 (H =- 1 2 . 0 )那样酸强度极高的酸00

作为催化剂 ;

, (2 )由于反应是放热的，反应需要在相对低的温度下才能进行 (HSO,8- 1 24

2?，HF 30 - 40? ) ;

, (3)需要在相对低的温度下才能抑制不可避免的副反应-烯烃聚合的发生。

, 可取代 HSO、HF等的新催化体系至少要满足以下几个条件，即 :24

, (1 )针对不同反应要有酸强度合适的催化剂;

, (2 )新催化体系要有较高的低温活性;

, (3)要满足反应物质在反应中传质上的要求，避免催化剂因积炭失活缩短使用

寿命。

(完整版)催化剂与催化作用试题副本

名词解释（10~15分，4~6题）填空（10~15分，5~10题）简要回答问题（45~55分，6~8题）论述题（25~35，2~3题） 第1、2章复习思考题 1、催化剂是如何定义的？ 催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。 2、催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些？ 1）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。 2）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原料。 3）原来无法生产的过程，可以实现生产。 4）原来需要多步完成的，变为一步完成。 5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低，质量高 6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染减少 3、载体具有哪些功能和作用？8 ①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性； ⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。 4、代表催化剂性能的重要指标是什么？ 催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标，它主要包括催化剂的活性、选择性和稳定性。（1）催化剂的活性：指催化剂能加快化学反应的反应速度的程度 （2）催化剂的选择性：使反应向生成某一特定产物的方向进行。 （3）催化剂的稳定性：是指在使用条件下，催化剂具有稳定活性的周期 5、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步？实质上可分为几步？ （1）外扩散—内扩散—化学吸附—表面反应—脱附—内扩散—外扩散 （2）物理过程—化学过程—物理过程 6、吸附是如何定义的？ 气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。 7、物理吸附与化学吸附的本质不同是什么？ 本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力，后者为化学键力，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同。 不同的表现形式为：（后面） 8、为何说Langmuir吸附为理想吸附？基本假设是什么？ 模型假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。 9、催化剂的比表面测定有哪些实验方法？ （1）BET法测比表面积 1）测定原理和计算方法 依据BET提出的多层吸附理论以及BET吸附等温曲线进行测定和计算的。利用BET方程进行作图，采用试验采集数据并利用图解法进行计算。 2）实验方法 测定表面积的实验方法通常有，低温氮吸附容量法、重量法和色谱法等，当表面积比较小时，采用氮吸附法。 （2）色谱法测定比表面积 色谱法测定比表面积时载气一般采用He或H2,用N2做吸附质，吸附在液氮温度下进行。 10、何为扩散？催化剂颗粒内部存在几种扩散形式？ （1）扩散：分子通过随机运动，从高浓度向低浓度进行传播的现象。 （2）1）普通扩散（分子扩散）：分子扩散的阻力来自分子间的碰撞，通常在大孔（孔径大于100nm）

第六章金属催化剂催化作用讲解

第六章金属催化剂催化作用 章节分配 一、金属催化剂重要类型及重要催化反应示例 二、乙烯环氧化催化作用 1. 乙烯环氧化工业催化剂 2. 乙烯环氧化反应机理 3. 乙烯环氧化中助催剂、促进剂的作用及新型催化剂 三、氨合成催化剂催化作用 1. 合成氨催化剂简况 2. 熔铁催化剂的结构 3. 各种助剂的作用及含量的最佳值范围 4. 氨合成铁催化剂活性中心模型及其作用机理 四、烃类催化重整催化剂作用原理 1. 催化重整反应及重整催化剂 2. 烃类在过渡金属上的吸附态及烃类脱氢 3. 催化重整作用机理 五、其他重要类型金属催化剂简介 1. 镍系催化剂 2. 裂解气中炔烃选择加氢催化剂 六、金属催化剂的电子迁移、d空穴与催化活性 七、多位理论的几何因素与能量因素 八、对多位理论及电子理论的评价 金属催化剂是固体催化剂中研究得最早、最深入，同时也是获得最广泛应用的一类催化剂，例如，氨的合成(Fe)和氧化(Pt)，有机化合物的加氢(Ni，Pd，Pt，等)、氢解(Os, Ru，Ni，等)和异构(Ir，Pt，等)，乙烯的氧化(Ag)，CO的加氢(Fe，

Co，Ni，Ru，等)以及汽车尾气的净化(Pt，Pd，等)等等。其主要特点是具有很高的催化活性和可以使多种键发生开裂。 (1) 自从上世纪P．Sabatier发现金属镍可催化苯加氢生成环己烷以来，迄今除金属催化剂以外，尚未发现过能催化这一反应的其它类型催化剂．又如，乙烷氢解对金属催化剂来说并非难事．然而除金属催化剂之外，也末发现可使乙烷加氢分解的别种催化剂，另外，如众所周知，F—T合成也只有在金属催化剂上才能进行等等．那么，金属催化剂之所以具有这种高的活性，其内在因素是什么? (2)所有金属催化剂几乎都是过渡金属，而且，金属催化剂的功能又都和d 轨道有关，这是为什么? (3)当过渡金属催化剂按其活性排列时，对每个反应都有自己独有的序列，即使对每类反应，至今也未发现它们有相同的序列，什么是决定这种序列的内在因素? (4)对一个反应来说，为什么同类金属又常常有明显不同的选择性? (5)对某些反应来说，单位表面积的催化活性决定于金属的晶面、金属晶粒的大小(如果金属是负载着的)，载体以及制法，为什么对活性有这种差别?又怎样和反应相联系? (6)由两种金属制成的合金催化剂，其催化功能随组分有强大变化，而且又明显地取决于所研究的反应，产生这些效果的原因是什么? 表6-1 金属催化剂类型(按制备方法划分)

杂多酸

液体催化剂制备技术及应用 赵毓璋

1. 研发杂多酸催化剂的意义 催化剂的应用历史很长，特别在石油化工、精细化工、有机化工和生物化工中，可以说催化技术已成为化学工业最关键的核心技术之一。据统计，到目前为止，人类所掌握的化学反应80%以上必须在催化剂存在下才能实现。在化学工业生产中，最常用的催化剂是无机酸和无机碱，一般是液体溶液，用于均相或非均相反应。酸碱催化剂适用于水合反应、分解反应、酯化反应、芳烃烷基化反应、脱水反应、胺化反应、加氢反应、不饱和化合物的双键转移反应、氧化还原反应等。但是由于传统的酸碱催化剂过于注重生产的实效性和经济性，而忽略环境效应和生态效应，以至于目前所使用的催化剂绝大多数都对环境造成或多或少的污染。如今有害化学物质的处理和环境保护受到特别关注，世界各国都在积极进行绿色化学研究与开发，提倡清洁生产，特别是化学化工中的清洁生产更为世人瞩目，它已成为主要的研究方向。绿色化学是更高层次的化学，它的主要特点是原子经济，即在获取新物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，既可充分利用资源，又不产生污染，实现清洁生产。而催化技术是清洁生产的重要技术，因此，研究和开发新的环境友好型催化剂是摆在科学工作者面前的一个比较迫切的课题。目前，这方面的研究有固体超强碱催化剂、杂多酸催化剂、夹层式催化剂等的开发。 杂多酸（Heteropoly Acid，简称HPA ）是由杂原子（如P、Si、Fe、Co等）和多原子（如Mo、W、V、Nb、Ta等）按一定的结构

通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性，它不但具有强酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂。杂多酸稳定性好，可作均相及非均相反应，甚至可作相转移催化剂，对环境无污染，是一类大有前途的绿色催化剂，它可用作以芳烃烷基化和脱烷基反应、酯化反应、脱水/化合反应、氧化还原反应以及开环、缩合、加成和醚化反应等。因杂多酸独特的酸性、“准液相”行为、多功能等优点在催化反应领域已有许多出色的应用实例。如丙烯液相水合制异丙醇、甲基丙烯醛氧化制甲基丙烯酸、四氢呋哺（THF）开环聚合加水合制聚氧四甲撑二醇（PTMG）它是合成聚氨酯的主要原料。杂多酸在均相、多相酸催化反应、氧化还原反应中都有许多别于其它催化材料的特性，概括有如下几点： （1）杂多酸结构组成简单、性能稳定，其催化性能容易用杂多酸阴离子的分子水平表征。 （2）杂多酸的表面结构和体相结构差别很小，具有所谓“准液相”的特征。催化反应不仅在表面上进行，同时在体相内进行。 （3）杂多酸不仅同时具有多元酸如多电子还原能力，而且它的酸性和氧化还原性还可以在较大的范围内调变。因此，杂多酸即可作为酸性催化剂又可作为氧化还原催化剂，是一种双功能催化剂。 （4）杂多酸具有较好的热稳定性和可溶性，因此它既可作为多相催化剂，也可作为均相催化剂。 （5）杂多酸的酸强度远远高于通常的无机酸，但是由于质子不游离出来，腐蚀性很小。

催化剂与催化作用_参考答案剖析

1、催化剂定义 催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。 2、催化剂活性、表示方法 (1)活性定义：一般,指定条件下（压力、温度）一定量催化剂上的反应速率(来衡量)。 (2)表示方法:对于反应, ，速率 3、催化剂选择性、表示方法 (1)定义:当反应可以按照热力学上几个可能的方向进行时，催化剂可以选择性地加速其中的某一反应。 4、载体具有哪些功能和作用？8 ①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性；⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。 5、催化剂选择考虑因素：选择性＞寿命＞活性＞价格 工业催化剂： 6、催化剂一般组成 1）活性组份或称主催化剂2)载体或基质3)助催化剂 7.催化剂分类 按物相均一性：均相催化、多相催化、酶催化 按作用机理：氧化还原催化，酸碱催化（离子型机理，生成正碳离子或负碳离子）配位催化：催化剂与反应物分子发生配位作用而使反应物活化。 按反应类型分类：加氢、脱氢、部分氧化、完全氧化、水煤气、合成气、酸催化、氯氧化、羰基化、聚合8、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步？实质上可分为几步？ （1）外扩散—内扩散—化学吸附—表面反应—脱附—内扩散—外扩散 （2）物理过程—化学过程—物理过程 9、吸附是如何定义的？物理吸附与化学吸附的本质不同是什么？ 吸附：气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。 固体表面吸附：物理吸附： 作用力：van der Waals力 静电力：具有永久偶极矩的分子间的静电吸引力

杂多酸催化剂

题目杂多酸催化剂 姓名与学号张凌烽 1108010236 指导教师孟锦宏 年级与专业2011级化学工程与工艺 所在学院环境与化学工程学院

摘要 杂多酸是固体酸的一种,具有着独特的氧化还原性,酸性以及双功能性,在许多化学反应中能够表现出很强的催化活性。杂多酸这种绿色、无毒、无腐蚀性的环保型催化剂己在多种有机反应中实现了成功应用,如:酯化醚化、缩合反应、酰基化、烷基化、水合脱水和聚合反应等,反应中呈现出反应活性高、腐蚀性小、污染率低等诸多优点,但由于杂多酸比表面积小、热稳定性低、回收困难等问题使得杂多酸在催化领域的应用受到了一定的限制。 关键词：

1 绪论 1.1前言 绿色化学是近十年来在化学领域内提出的新名词,绿色化学又被称为“环境友好化学“、“清洁化学”、“环境无害化学”。这种发展趋势已涉及到分子合成、生物技术、化学分析等许多领域,内容丰富,应用广泛。绿色化学的最大优势在于通过科学的手段在化学反应的起始与末端进行有效的防控干预,使反应中无副产物,真正实现零排放,彻底无污染,化学绿色化是新时代里化学发展的主要研究方向。 无机酸是许多化工产品生产中必不可少的、非常重要的常规催化剂,传统无机酸类催化剂主要有浓硫酸、三氯化招、浓憐酸等。这类酸催化剂在反应中有许多优势,如工艺成熟、催化效率高、价格低廉,但此类催化剂最大的缺陷在于:副反应多、腐烛性强、设备要求高、后处理繁杂,无法满足环保技术的要求,为了克服诸多缺点,人们开发、研制了许多新型催化剂,如固体酸、杂多酸和离子交换树脂等。 杂多酸是一类含有氧桥的多核高分子化合物,无论是均相反应体系,还是非匀相反应体系,杂多酸均可作为酸催化剂,氧化还原型催化剂及双功能型催化剂,广泛应用于各类有机反应催化当中,如:酯化酸化、缩合反应、酰基化、烧基化、水合脱水、聚合反应等,反应中呈现出腐烛性小,活性高,污染率低等诸多优点。二十世纪七十年代,憐鹤酸催化丙稀水合制备异丙醇在R本成功投入工业生产。目前,以杂多酸为催化媒介并实现工业化生产的的重要有机合成反应已达十几种随着科学研究的不断开拓深入,杂多酸类化合物在工业催化领域的开发将越来越深入。 1.2多酸化学简介 时至今日,多酸化学的发展己有200年的历史,进入新世纪后,多酸化学走进了一个薪新的发展时代“?”。多酸分子中的金属离子通常具有d"电子构型,最具代表性的是鹤原子和销原子,也是构成多酸的主要元素。多酸的立体结构中,八面体

第28天催化剂和催化作用

第28天催化剂和催化作用 [学习要点] 1.知道催化剂和催化作用的概念 2.理解催化剂和催化作用之间的关系。 [家教点窍] 1.催化剂：能改变其他物质的化学反应速度，而本身的化学性质和质量在反应前后都不 变的物质。 2.催化作用：催化剂所起的作用。 3.对催化剂的说明： (1)催化剂能改变其他物质的化学反应速度，而不是加快反应速度。 (2)催化剂在化学反应前后质量和化学性质均不改变，而不是性质不变。 (3)催化剂具有选择性。 [典型例题] 例下列关于催化剂的各种不同说法：①催化剂有催化作用；②催化剂可加快自身的反应速度；③催化剂在反应前后的性质和质量都不改变；④催化剂也称为触媒；⑤催化剂的作用是改变其他物质的反应速度；⑥在反应过程中，催化剂自智周万物并不参与反应，正确的是 ( ) (A)①②③ (B)①④⑤ (C)只有①④ (D)②③⑥ 解析初中化学中，常常将有氧化作用的物质称为氧化剂，有催化作用的物质称为催化剂，还有还原剂、腐鉵剂、致冷剂、干燥剂、指示剂和溶剂等。所以正确。催化剂的作用“能改变其他物质的反应速度”，而且反应速度包括加快和减慢两种情况，而不单纯指“加快反 应速度”所以错误，而正确。催化剂的概念中所说“在化学反应前后质量和化学性质不意味 着催化剂本身“不参加反应”，事实上，在化学反应中的催化剂通常是参与反应的，如：催 化剂A在B和C反应生成BC时的作用可表示为B+A BA，BA+C BC+A，这一整个过程也 可表示为B+C A BC。因为催化剂往往参与反应，根据上面的示意和质量守恒定律，“反 应前后质量和化学性质不变”，而物理性质却可能有所改变，所以，③、⑥错误，催化剂在 生产和科研领域中也称为触媒，有时还叫做接触剂，所以题中说法正确。 答案 (B) [强化训练] 一、选择题 1.下列关于催化剂的叙述中，正确的是 ( ) (A)在反应中使用催化剂，反应速度一定加快 (B)不使用催化剂反应不能进行 (C)催化剂可以改变物质的化学反应速度 (D)催化剂在反应前后，一切性质都不改变 2.下列说法中，正确的是 ( ) (A)加热含氧化合物都能得到氧气 (B)氯酸钾里如不加入二氧化锰，加热后不能得到氧气 (C)氯酸钾里如不加入二氧化锰，加热后，生成的氧气较少 (D)单独加热氯酸钾也能得到氧气 3.下列说法中，正确的是 ( ) (A)二氧化锰是催化剂，它能对化学反应比较缓慢的物质起催化作用 (B)实验室也可用高锰酸钾加入二氧化锰作催化剂来迅速制氧气

杂多酸的研究进展1108010224李轶凡

摘要 杂多酸（Heteropoly Acid，简写为HPA ）是由杂原子（如P、Si、Fe、Co等）和多原子（如Mo、W、V、Nb、Ta等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性，它不但具有酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂，杂多酸稳定性好，可作均相及非均相反应，甚至可作相转移催化剂，对环境无污染，是一类大有前途的绿色催化剂，它可用作以芳烃烷基化和脱烷基反应、酯化反应、脱水/化合反应、氧化还原反应以及开环、缩合、加成和醚化反应等。因杂多酸独特的酸性、“准夜相”行为、多功能（酸、氧化、光电催化）等优点在催化研究领域中受到研究者们的广泛重视。 关键词：杂多酸催化多功能

目录 杂多酸催化剂 (3) 一、定义 (3) 二、制备 (4) 2.1Dawson杂多酸制备 (4) 2.1.1 Dawson型磷钼钒杂多酸的合成 (4) 2 .2 Keggin型杂多酸的合成 (4) 2.2.1 Keggin型Ni—Mo—Zr杂多酸盐的合成 (4) 2.3 负载型 P—no—W 杂多酸催化剂的制备 (5) 2.3.1直接负载法 (5) 2.3.2接枝法 (5) 2.3.3密封法 (5) 三.应用 (6) 3.1铈钼锆杂多酸盐的制备及超声降解性能 (6) 3.2二氧化硅负载杂多酸铵催化苯液相硝化反应的研究 (6) 四.负载型杂多酸催化剂的研究进展 (7) 4.1活性炭负载杂多酸催化合成没食子酸甲酯的研究 (7) 4.2介孔材料负载杂多酸催化剂催化乙醇脱水制乙烯 (8) 4.3磷钨杂多酸季铵盐催化脂肪酸甲酯环氧化 (8) 4.4纳米复合杂多酸催化合成草莓酯 (9) 4.5杂多酸(盐) 掺杂TiO2 制备新型复合光催化剂的研究进展 (9) 4.6杂多酸催化合成磷酸单双辛酯的研究 (10) 参考文献 (11)

催化剂与催化作用复习资料(很有用的)

第1、2章复习思考题 1、催化剂是如何定义的？ 催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。 2、催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些？ 1）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。 2）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原料。 3）原来无法生产的过程，可以实现生产。 4）原来需要多步完成的，变为一步完成。 5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低，质量高 6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染减少 3、载体具有哪些功能和作用？ ①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性；⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。 4、代表催化剂性能的重要指标是什么？ 催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标，它主要包括催化剂的活性、选择性和稳定性。 （1）催化剂的活性：指催化剂能加快化学反应的反应速度的程度 （2）催化剂的选择性：使反应向生成某一特定产物的方向进行。 （3）催化剂的稳定性：是指在使用条件下，催化剂具有稳定活性的周期 5、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步？实质上可分为几步？ （1）外扩散—内扩散—化学吸附—表面反应—脱附—内扩散—外扩散 （2）物理过程—化学过程—物理过程 6、吸附是如何定义的？ 气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。 7、物理吸附与化学吸附的本质不同是什么？ 本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力，后者为化学键力，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同。 不同的表现形式为：（后面） 8、为何说Langmuir吸附为理想吸附？基本假设是什么？ 模型假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。 9、催化剂的比表面测定有哪些实验方法？ （1）BET法测比表面积 1）测定原理和计算方法 依据BET提出的多层吸附理论以及BET吸附等温曲线进行测定和计算的。利用BET方程进行作图，采用试验采集数据并利用图解法进行计算。 2）实验方法 测定表面积的实验方法通常有，低温氮吸附容量法、重量法和色谱法等，当表面积比较小时，采用氮吸附法。 （2）色谱法测定比表面积 色谱法测定比表面积时载气一般采用He或H2,用N2做吸附质，吸附在液氮温度下进行。 10、何为扩散？催化剂颗粒内部存在几种扩散形式？ （1）扩散：分子通过随机运动，从高浓度向低浓度进行传播的现象。 （2）1）普通扩散（分子扩散）：分子扩散的阻力来自分子间的碰撞，通常在大孔（孔径大于100nm）或者压力较高的条件下发生的扩散多为分子扩散。 2）微孔扩散（努森扩散Kundsen）：微孔扩散的阻力重要来自分子与孔壁的碰撞 3）过渡区扩散：指介于分子扩散与微孔扩散之间的过渡区。 4）构型扩散：在同一孔隙中扩散，由于分子构型不同，而扩散系数相差很大的扩散，称为构型扩散。 5）表面扩散：由于表面上分子的运动而产生的传质过程

杂多酸催化剂

Heteropoly acids:a green and e?cient heterogeneous Br ?nsted acidic catalyst for the intermolecular hydroamination of ole?ns Lei Yang a ,Li-Wen Xu a,b,*,Chun-Gu Xia a,* a State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences, and Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,PR China b Department of Chemistry,National University of Singapore,3Science Drive 3,Singapore 117543,Republic of Singapore Received 8February 2008;revised 5March 2008;accepted 6March 2008 Available online 10March 2008 Abstract Intermolecular hydroamination of non-activated ole?ns with amides and benzyl carbamate proceeds e?ciently in the presence of environmentally benign silicotungstic acid (HSiW)catalyst under mild conditions in air to a?ord addition products in good to excellent yields. ó2008Elsevier Ltd.All rights reserved. Keywords:Heteropoly acids;Intermolecular hydroamination;Amides;Ole?ns In recent years,Keggin type heteropoly acids (HPAs)catalysts have received much attentions in both academic and industrial applications due to their unique properties,which o?ers several advantages in terms of catalytic perfor-mance,strong acidic,and redox site and selectivity to par-ticular reaction product by selective stabilization of reaction intermediate.1HPAs are non-corrosive,environ-mentally benign,and economically feasible solid acid cata-lysts compared to conventional homogeneous acids,such as H 2SO 4or TfOH.Furthermore,they can be reused and recycled easily in most cases after the reaction and hence they are regarded as green catalysts.As a consequence,a variety of synthetically useful transformations have been developed using HPAs as catalysts,such as oxidation of alcohols,2esteri?cation,3Friedel–Crafts reactions,4Man-nich reactions,5cyanosilylation,6ring-opening of epox-ides,7and dehydration.8 Hydroamination,the simple addition of an N–H bond across C–C unsaturated organic fragment,has attracted much attention in the past decades.Intermolecular hydro-amination of ole?ns is one of the most important and chal-lenging topics in this area.9Despite signi?cant e?orts that have been devoted into the intermolecular hydroamination of ole?ns with alkylamines and arylamines,only a few reports of the intermolecular hydroamination of non-acti-vated alkenes with weakly basic amine nucleophiles such as sulfonamides,carbamates,and carboxamides are known (Scheme 1). Recently,e?cient platinum(II),10gold(I),11Cu(II),12Fe(III),13and other metal salts 14catalyzed hydroamina-tions of amides and carbamates were reported.Along with the metal catalysts,there also have been examples using metal-free catalysts for the hydroaminations of ole?ns and amides.15Although some notable progress has been made on the hydroamination reactions of alkenes with 0040-4039/$-see front matter ó2008Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/j.tetlet.2008.03.034 * Corresponding authors.Tel.:+8609314968056;fax:+8609318277088(L.-W.X.). E-mail addresses:licpxulw@https://www.wendangku.net/doc/dd11653661.html, (L.-W.Xu),cgxia@https://www.wendangku.net/doc/dd11653661.html, (C.-G. Xia). Available online at https://www.wendangku.net/doc/dd11653661.html, Tetrahedron Letters 49(2008)2882–2885

初三化学催化剂和催化作用

催化剂和催化作用 一、选择题 1.下列关于催化剂的叙述中，正确的是 ( ) (A)在反应中使用催化剂，反应速度一定加快 (B)不使用催化剂反应不能进行 (C)催化剂可以改变物质的化学反应速度 (D)催化剂在反应前后，一切性质都不改变 2.下列说法中，正确的是 ( ) (A)加热含氧化合物都能得到氧气 (B)氯酸钾里如不加入二氧化锰，加热后不能得到氧气 (C)氯酸钾里如不加入二氧化锰，加热后，生成的氧气较少 (D)单独加热氯酸钾也能得到氧气 3.下列说法中，正确的是 ( ) (A)二氧化锰是催化剂，它能对化学反应比较缓慢的物质起催化作用 (B)实验室也可用高锰酸钾加入二氧化锰作催化剂来迅速制氧气 (C)高锰酸钾和氯酸钾共热，也能很快放出氧气 (D)二氧化锰只能作催化剂 4.对于催化剂来说在化学反应前后不变的是 ( ) (A)质量与物理性质 (B)质量与化学性质 (C)物理性质与化学性质 (D)质量、物理性质、化学性质 6.二氧化锰在氯酸钾分解反应中所起的作用是 ( ) (A)干燥生成的氧气 (B)使氧气的生成量增加 (C)提高氧气的纯度 (D)使氯酸钾在较低温度下迅速放出氧气 8.下列说法中，正确的是 ( ) (A)加热氯酸钾固体不能得到氧气 (B)用氯酸钾制氧气时，加入少量二氧化锰能增加氧气的生成量 (C)和氯酸钾混合受热后的二氧化锰，仍具有催化作用 (D)起过催化作用的二氧化锰质量明显减少 二、填空题 1.催化剂在化学反应中的作用是，在化学反应前后催化剂的和都不改变。在氯酸钾制取氧气的反应中加入二氧化锰，这是为了，写出化学反应方程式

化学科学探究专题复习 一、探究催化剂、粒子的作用。 (2011广东)、学习了MnO 2 对过氧化氢分解有催化作用的 知识后，某同学想：CuO能否起到类似MnO 2 的催化剂作用呢？于是进行了以下探究。 【猜想】Ⅰ、CuO不是催化剂、也不参与反应，反应前后质量和化学性质不变； Ⅱ、CuO参与反应产生O 2， 反应前后质量好化学性质发生了改变； Ⅲ、CuO是反应的催化剂，反应前后。 【实验】用天平称量0.2gCuO，取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，进行如下实验： （1）填写下表： （2）步骤①的目的是。 （4）过氧化氢能被CuO催化分解放出O 2 的化学方程式为。 （2012·安徽）实验室常用加热氯酸钾与二氧化锰混合物的方法制取氧气，写出反应的化学方程：。 小芳发现，氯酸钾与氧化铜混合加热，也能较快产生氧气，于是进行如下探究： 【提出猜想】除MnO 2、CuO外，Fe 2 O 3 也可以作KClO 3 分解的催化剂。 【完成实验】按下表进行实验，并测定分解温度（分解温度越低，催化效果越好）。

催化剂与催化作用复习总结

催化剂的作用的特征有哪些？催化剂能否改变化学平衡？ （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 （2）催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置（平衡常数） （3）催化剂对反应具有选择性 （4）催化剂的寿命。催化剂能改变化学反应的速率，其自身并不进入反应的产物，在理想的情况下不为反应所改变。但在实际过程中不能无限制的使用，催化剂经过多次使用后会失活。 催化剂如何加快化学反应速度？ 催化剂加快反应速率的原因与温度对反应速率的影响是根本不同的。催化剂可以改变反应的路线，降低反应的活化能，使反应物分子中活化分子的百分数增大，反应速率加快。 催化作用可分为均相催化和非均相催化两种。如果催化剂和反应物同处于气态或液态，即为均相催化。若催化剂为固态物质，反应物是气态或液态时，即称为非均相催化。 在均相催化中，催化剂跟反应物分子或离子通常结合形成不稳定的中间物即活化络合物。这一过程的活化能通常比较低，因此反应速率快，然后中间物又跟另一反应物迅速作用(活化能也较低)生成最终产物，并再生出催化剂。该过程可表示为： A＋B=AB(慢)A＋C=AC(快)AC＋B=AB＋C(快) 式中A、B为反应物，AB为产物，C为催化剂。 由于反应的途径发生了改变，将一步进行的反应分为两步进行，两步反应的活化能之和也远比一步反应的低。该理论被称为“中间产物理论”。 在非均相催化过程中，催化剂是固体物质，固体催化剂的表面存在一些能吸附反应物分子的特别活跃中心，称为活化中心。反应物在催化剂表面的活性中心形成不稳定的中间化合物，从而降低了原反应的活化能，使反应能迅速进行。催化剂表面积越大，其催化活性越高。因此催化剂通常被做成细颗粒状或将其附载在多孔载体上。许多工业生产中都使用了这种非均相催化剂，如石油裂化，合成氨等，使用大量的金属氧化物固体催化剂。该理论称为“活化中心理论”。 催化剂可以同样程度地加快正、逆反应的速率，不能使化学平衡移动，不能改变反应物的转化率。请注意加快逆反应也就是减慢反应速率，这种催化剂也叫负催化剂！ 催化剂的活性、选择性的含义？ 催化剂的活性，又称催化活性，是指催化剂对反应加速的程度，可以作为衡量催化剂效能大小的标准。催化剂的选择性是使反应向生成某一特定产物的方向进行。转化为目的产物所消耗的某反应物量/某反应转化的总量。 催化反应的活化能是否与非催化反应的相同？为什么？ （1）不改变反应热：因为催化剂只是通过改变化学反应历程来降低活化能，而化学反应前后的能量变化是由反应物和产物在反应体系中的相对能位来决定，反应物与产物的结构确定了它们的相对能位，即不改变反应物与生成物的摩尔焓，因此加入催化剂不改变反应热。 （2）降低活化能：因为催化剂通过改变反应历程，使反应沿着一条更容易进行的途径进行。 催化剂为什么具有寿命？影响催化剂的寿命的因素有哪些？ 指催化剂的有效使用期限，是催化剂的重要性质之一。催化剂在使用过程中，效率会逐渐下降，影响催化过程的进行。例如因催化活性或催化剂选择性下降，以及因催化剂粉碎而引起床层压力降增加等，均导致生产过程的经济效益降低，甚至无法正常运行。 ①化学稳定性:化学组成与化学状态稳定，活性组分与助剂不反应与流失； ②耐热稳定性:不烧结、微晶长大和晶相变化； ③抗毒稳定性:抗吸附活性毒物失活； ④机械稳定性:抗磨损率、压碎强度、抗热冲击。决定催化剂使用过程中的破碎和磨损 举例说明催化循环？ 非缔合活化催化循环定义：在催化反应过程中催化剂以两种明显的价态存在，反应物的活化经由催化剂与

催化剂与催化作用复习资料(很有用的)教学内容

催化剂与催化作用复习资料(很有用的)

第1、2章复习思考题 1、催化剂是如何定义的？ 催化剂是一种能够改变化学反应速度而不能改变反应的热力学平衡位置，且自身不被明显消耗的物质。 2、催化剂在工业上的作用功能或者效果有哪些？ 1）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现。 2）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原料。 3）原来无法生产的过程，可以实现生产。 4）原来需要多步完成的，变为一步完成。 5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低，质量高 6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染减少 3、载体具有哪些功能和作用？ ①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性； ⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用。 4、代表催化剂性能的重要指标是什么？ 催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标，它主要包括催化剂的活性、选择性和稳定性。（1）催化剂的活性：指催化剂能加快化学反应的反应速度的程度 （2）催化剂的选择性：使反应向生成某一特定产物的方向进行。 （3）催化剂的稳定性：是指在使用条件下，催化剂具有稳定活性的周期 5、多相催化反应的过程步骤可分为哪几步？实质上可分为几步？ （1）外扩散—内扩散—化学吸附—表面反应—脱附—内扩散—外扩散 （2）物理过程—化学过程—物理过程 6、吸附是如何定义的？ 气体与固体表面接触时，固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象。

7、物理吸附与化学吸附的本质不同是什么？ 本质：二者不同在于其作用力不同，前者为范德华力，后者为化学键力，因此吸附形成的吸附物种也不同，而且吸附过程也不同等诸多不同。 不同的表现形式为：（后面） 8、为何说Langmuir吸附为理想吸附？基本假设是什么？ 模型假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。 9、催化剂的比表面测定有哪些实验方法？ （1） BET法测比表面积 1）测定原理和计算方法 依据BET提出的多层吸附理论以及BET吸附等温曲线进行测定和计算的。利用BET方程进行作图，采用试验采集数据并利用图解法进行计算。 2）实验方法 测定表面积的实验方法通常有，低温氮吸附容量法、重量法和色谱法等，当表面积比较小时，采用氮吸附法。 （2）色谱法测定比表面积 色谱法测定比表面积时载气一般采用He或H2,用N2做吸附质，吸附在液氮温度下进行。 10、何为扩散？催化剂颗粒内部存在几种扩散形式？ （1）扩散：分子通过随机运动，从高浓度向低浓度进行传播的现象。 （2）1）普通扩散（分子扩散）：分子扩散的阻力来自分子间的碰撞，通常在大孔（孔径大于 100nm）或者压力较高的条件下发生的扩散多为分子扩散。 2）微孔扩散（努森扩散Kundsen）：微孔扩散的阻力重要来自分子与孔壁的碰撞 3）过渡区扩散：指介于分子扩散与微孔扩散之间的过渡区。