文档介绍：第十章《工业催化》补充材料及课程总结
IUPAC于1981年提出,催化剂是一种物质,它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化;催化剂又称触媒。
过去中学课本中提到,“在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂。”这种定义是不完整的,实际上经过催化反应后,绝大多数固体催化剂的物理性质会改变(如金属催化剂的延展性、导电性);化学性质也会改变(如分子筛催化剂的固体酸的酸性)。
催化剂在化学反应所起的作用叫催化作用。在催化反应中,催化剂与反应物发生化学作用,改变了反应途径,从而降低了反应的活化能,这是催化剂得以提高反应速率的原因。
目前,对催化剂的作用还没有完全弄清楚。在大多数情况下,人们认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应,降低了反应所需要的活化能。有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”,分解时催化剂恢复了原来的化学组成,原反应物就变成了生成物;有些催化反应是由于吸附作用,吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行。活性中心数越多,催化剂的活性就越高。
催化剂只能加速热力学上可以进行的反应、只能加速到达反应平衡的时间、不能改变化学平衡位置.
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;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。
催化剂改变催化反应速率的原理是:通过催化剂的催化作用,改变了化学反应的历程;催化剂通过参与反应物之间的化学反应而改变了化学反应历程;
催化剂可以改变催化反应的动力学特性,但不能改变热力学特性(如催化剂不能改变反应平衡常数)。
催化反应产物具有选择性的主要原因仍然是:由于催化剂可以显著降低主反应的活化能,而副反应活化能的降低则不明显。
催化剂在使用过程中,因某些物理和化学作用破坏了催化剂原有的组织和构造,催化剂会降低或丧失活性,这种现象称为催化剂衰退或催化剂失活。有些催化剂失活后可以用特定的方法处理,使催化剂再生,重新恢复催化活性;有些催化剂失活后不能再生。但所有的催化剂都有一定的使用期限,称催化剂寿命。
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。
固体催化剂一般由活性组分、载体和助催化剂组分组成。
溢流现象:是指固体催化剂表面的活性中心(原有的活性中心)经吸附产生出一种离子的或者自由基的活性物种,它们迁移到别的活性中心处(次级活性中心)的现象。
活性组分金属(如Pt,Pd)与载体(如TiO2)可互相作用,载体将电子传递给金属,导致金属对反应物(如H2)的吸附能力下降,这种现象叫金属-载体间的强相互作用。
对催化理论贡献最大两位科学家是德国物理化学家奥斯特瓦尔德(Wilhelm Ostwald)和美国物理化学家兰格缪尔(Irving Langmuir)。
在我国化学史上,值得尊敬和纪念的三位科学家是:吴蕴初是我国民族化学工业的奠基人(发明天厨味精并获得专利);候德榜是我国近代化学史上的第一颗明星(发明候德榜工艺,于1926年获美国费城“万国博览会金质奖章”);闵恩泽是我国当代炼油催化应用科学奠基人。
多相催化反应的5步学说;内扩散