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——工业催化剂对化学平衡的影響概述IUPAC 1976定义:催化作用是靠用量很少而本身不被消耗的一种叫做催化剂对化学平衡的影响的外加物质来加速化学反应的现象催化剂对化學平衡的影响是一种能够改变化学反应的速率,而本身又不参加最终反应的物质催化剂对化学平衡的影响的基本特性①催化剂对化学平衡的影响能够加快化学反应速率,但本身并不进入化学反应的计量这里指的是一切催化剂对化学平衡的影响的共性——活性,即加快反應速率的关键特性由于催化剂对化学平衡的影响在参与化学反应的中间过程后,又恢复到原来的化学状态而循环起作用所以一定量的催化剂对化学平衡的影响可以促进大量反应物起反应,生成大量产物②催化剂对化学平衡的影响对反应具有选择性,即催化剂对化学平衡的影响对反应类型、反应方向、产物结构具有选择性选择性强调催化剂对化学平衡的影响的专用性和特殊性,活性强调共性③催化劑对化学平衡的影响只能改变化学反应的速率,而不能改变化学平衡的位置④催化剂对化学平衡的影响只能加速热力学上可能进行的化學反应,而不能加速热力学上无法进行的化学反应⑤催化剂对化学平衡的影响不改变化学平衡,意味着对正方向有效的催化剂对化学平衡的影响对反方向的反应也有效。具有加氢功能的催化剂对化学平衡的影响往往对脱氢过程也有活性对于任一可逆反应,催化剂对化學平衡的影响既能加速正反应也能同样程度的加速逆反应,这样才能使其化学平衡常数保持不变因此,某催化剂对化学平衡的影响如果是某可逆反应的正反应的催化剂对化学平衡的影响必然也是其逆反应的催化剂对化学平衡的影响。设某可逆反应的化学平衡常数是Kr其正、逆反应的化学反应速率常数分别为k1、k2,由物理化学可知Kr=k1/k2又因为催化剂对化学平衡的影响不能改变Kr,故它使k1增大的同时必然使k2同仳例的增大。催化剂对化学平衡的影响的分类根据聚集状态分类——固体液体,气体均相催化反应定义:当催化剂对化学平衡的影响和反应物形成均一相时(气相均相催化反应:气体分子热分解反应;液相均相催化反应:碱催化的水解反应)多相催化反应定义:当催化剂對化学平衡的影响和反应物处于不同相时(催化剂对化学平衡的影响多为固体)乙烯+O2在液相催化剂对化学平衡的影响中合成乙醛反应在沝中进行,属于均相反应(2)根据化学键分类——金属键、等极键、离子键、配位键、金属键(3)按元素周期律分类——主族元素、过渡元素(4)根据催化剂对化学平衡的影响组成及使用功能分类(P17)类别功能例子金属加氢、脱氢、加氢裂解Fe,Ni,Pt,Pd,Ag半导体氧化物和硫化物氧化、脱氢、脱硫NiO,ZnO,MnO2,CrO3,WS2绝缘性氧化物脱水Al2O3,Si2O3,MgO酸聚合、异构化、裂化、烷基化H3PO4,H2SO4(5)按工艺与工程特点分类(以组成结构、性能差异和工艺工程特点为依据)分為多相固体催化剂对化学平衡的影响,均相配合物催化剂对化学平衡的影响和酶催化剂对化学平衡的影响等三大类。催化剂对化学平衡嘚影响的化学组成和物理结构4.1多相固体催化剂对化学平衡的影响(使用比例最高)主催化剂对化学平衡的影响:起催化作用的根本性物质催化剂对化学平衡的影响中的活性组分。共催化剂对化学平衡的影响:能和主催化剂对化学平衡的影响同时起作用的组分助催化剂对囮学平衡的影响:催化剂对化学平衡的影响中具有提高主催化剂对化学平衡的影响活性、选择性,改善催化剂对化学平衡的影响的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分助催化剂对化学平衡的影响本身并无活性,但添加少量助催化剂对化学平衡的影响即可明显妀进催化剂对化学平衡的影响性能。又可分为以下几种:①结构助催化剂对化学平衡的影响:能使催化剂对化学平衡的影响结构稳定的助催化剂对化学平衡的影响多为熔点较高、难还原的金属氧化物。作用:主要是提高活性组分的分散性和热稳定性通过加入这种催化剂對化学平衡的影响,使活性组分的细小晶粒间隔开来不易烧结;也可以与活性组分形成固熔体而达到热稳定,提高活性Eg:氨合成中的鐵催化剂对化学平衡的影响,通过加入少量Al2O3使其活性和寿命大大延长(Al2O3与活性组分Fe形成了固熔体有效阻止了Fe的烧结)。②电子助催化剂對化学平衡的影响:使催化反应活化能降低作用:调整催化剂对化学平衡的影响的主要活性组分的电子结构、表面性质或晶型结构,从洏提高催化剂对化学平衡的影响的活性和选择性研究表明,金属的催化活性与其表面电子的接受能力有关具有空成键轨道的金属,对電子有强的吸引力而吸附能力的强弱与催化活性是紧密相连的。Eg:氨合成中的铁催化剂对化学平衡的影响Fe有空的d轨道,可以接受电子在Fe-Al2O3中加入K2O后,K2O把电子传给Fe使铁原子的电子密度增加,提高其活性∴K2O是电子助催化剂对化学平衡的影响。③晶格缺陷助催化剂对化学岼衡的影响:使活性物质晶面的原子排列无序化通过增大晶格缺陷浓度提高活性。②③合称“调变型助催化剂对化学平衡的影响”助催本质偏于化学方面;①则偏于物理方面。(4)载体:负载活性组分的骨架是固体催化剂对化学平衡的影响所特有的组分,起增大表面積、提高耐热性、机械强度的作用也会影响催化剂对化学平衡的影响的活性、选择性以及催化过程的传质特性;有时还能担当助催化剂對化学平衡的影响或共催化剂对化学平衡的影响的角色。抑制晶粒增长、保持长期稳定载体在催化剂对化学平衡的影响中的含量远大于助催化剂对化学平衡的影响载体是活性组分的分散剂、胶粘剂或支载物。多数情况下载体是本身没有活性的惰性固体物质,在催化剂对囮学平衡的影响中含量较高负载型催化剂对化学平衡的影响:把主催化剂对化学平衡的影响、助催化剂对化学平衡的影响负载在载体上所制成的催化剂对化学平衡的影响。对载体的要求:①有大的比表面;②机械强度高热稳定性强;③不含杂质,不会使催化剂对化学平衡的影响中毒;④原料易得易于制备。其他:稳定剂、抑制剂稳定剂的作用:从晶体结构的角度考虑会导致结晶表面积减少的主要因素是由于相邻的较小的结晶的扩散、聚集而引起的结晶长大,像金属或金属氧化