1.2.2 催化剂分类
• 1. 按元素周期律分类 • 主族元素：用做催化剂的主族元素多以化合物形式存
在。主族元素的氧化物、氢氧化物、卤化物等由于在 反应中容易形成离子键，主要用做酸碱型催化剂。
• 副族元素：无论是金属单质还是化合物，由于在反应 中容易得失电子，主要用做氧化还原型催化剂。特别 是第Ⅷ过渡族金属元素和它的化合物是最主要的金属 催化剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。
• 如：烯烃与质子酸作用： CH2=CH2 + HA = H3C-CH2+ +A-（质子转移的结果）
•
烯烃若与路易斯酸作用也可生成正碳离子，它是通过形成π键合物并进一步
异裂为正碳离子，反机理可认为是催化剂与反应物分子间通过单个电 子转移，形成活性中间物种进行催化反应。
2. 按反应类型进行分类
这种分类方法不是着眼于催化剂，而是着眼于化学反应。因 为同一类型的化学反应具有一定共性，催化剂的作用也具有 某些相似之处，这就有可能用一种反应的催化剂来催化同类 型的另一反应。
3. 按反应机理进行分类
• （1）酸碱型催化反应：其机理可认为是催化剂与反应物分子之间通过电子对的 授受而配位，后者发生强烈极化，形成离子型活性中间物种进行的催化反应。
• 如：SO2和O2在催化剂NO作用下氧化为SO3的催化反应。
• （2）非均相（又称多相）催化反应：指反应物和催化剂居于不同相态 的反应。（扩散的影响）
• 如：乙烯与氧在负载银的固体催化剂上氧化生成环氧乙烷的反应。
• （3）酶催化反应：其特点是催化剂酶本身是一种胶体，可以均匀地分 散在水溶液中，对液相反应物而言可认为是均相催化反应；但在反应时 反应物却需在酶催化剂表面上进行积聚，由此而言可认为是非均相催化 反应。因此，酶催化反应同时具有均相和非均相反应的性质。
第1章 催化剂与催化作用基本知识
• 1.1 催化作用的特征 • 1.1.1 催化剂和催化作用的定义 • 最早的定义（德国化学家Ostwald）：催化剂是一种
可以改变一个化学反应速度，而不存在于产物中的 物质。
• 现代定义：催化剂是一种能够改变一个化学反应的 反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本 身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。
• 不同催化剂之所以能促使某一反应向特定产物方向进行， 其原因是这种催化剂在多个可能同时进行的反应中，使生
成特定产物的反应活化能降低程度远远大于其他反应活化 能的变化，使反应容易向生成特定产物的方向进行。
• 例子：甲醇的氧化反应
•
CH3OH + 1/2 O2 = HCHO + H2O (部分氧化，必须加入银催化剂）
• 一个加速正反应速率的催化剂也应加速逆反应 速率，以保持K平不变（ K平＝k正/k逆）。
• 应注意两个问题：（1）正逆反应操作条件的 不同会对催化剂产生影响；（2）正逆反应中 引起的副反应会引起催化剂性能变化。
1.1.3 催化作用通过改变反应历程 而改变反应速度
• 催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低 反应活化能得以实现的。
➢ 多组元催化剂：催化剂由多种物质组成。
• 1. 主催化剂：又称为活性组分，它是多组元催化剂中的主体，是必须具备的 组分，没有它就缺乏所需要的催化作用。例如：加氢常用的Ni/Al2O3催化剂， 其中Ni为主催化剂，没有Ni就不能进行加氢反应。当然，存在多活性组分的情 况的多功能催化剂，如：重整反应所使用的Pt/Al2O3催化剂，Pt和Al2O3均为主 催化剂，缺少其中任一组分都不能进行重整反应。
• 催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
1.1.2 催化作用不能改变化学平衡
• 催化剂不能改变化学反应的热力学平衡位置。 （物理化学原理）
• 催化作用只能加速一个热力学上允许的化学反 应达到化学平衡状态。（例子：表1－1）
• 只有热力学允许，平衡常数较大的反应加入适 当催化剂才是有意义的。（即要了解反应进行 的方向和深度）
•
CH3OH + 3/2 O2 = CO2 + 2H2O（完全氧化）
细线代表热反应 （完全氧化）， 粗线代表催化反 应（部分氧化）
1.2 催化反应和催化剂的分类
• 1.2.1 催化反应分类
• 1. 按催化反应系统物相的均一性进行分类
• （1）均相催化反应：指反应物和催化剂居于同一相态中的反应。
•
（气相均相催化反应和液相均相催化反应）
• 图1－1给出N2和H2反应 • 生成NH3的催化反应和 • 非催化反应的能垒变化 • 图。
1.1.4 催化剂对加速化学反应具 有选择性
• 催化剂的选择性：特定催化剂只能催化加速特定反应的 性能。
• 例如，以合成气（CO+H2）为原料在热力学上可以沿着 几个途径进行反应，但由于使用不同催化剂进行反应， 就得到表1－2给出的不同产物。
• 这种分类方法能使人们认识催化剂的化学本质，对了 解催化剂的催化作用是有益的。
• 2. 按固体催化剂的导电性及化学形态分类
• 这种分类方法对我们认识多相催化作用中的电 子因素对催化作用的影响是有意义的。
1.3 固体催化剂的组成与结构
• 1.3.1 固体催化剂的组成
➢ 单组元催化剂：指催化剂由一种物质组成。（使用较少）
• 2. 共催化剂：是和主催化剂同时起催化作用的物质，二者缺一不可。例如： 丙烯氨氧化反应所有的MoO3和Bi2O3两种组分，两者单独使用时活性很低，但 二者组成共催化剂时表现出很高的催化活性，所以二者互为共催化剂。
• 3. 助催化剂：是加到催化剂中的少量物质，这种物质本身没有或者活性很小，甚至 可以忽略，但却能显著地改善催化剂效能，包括催化剂活性、选择性及稳定性等。
• 如：在金属镍催化剂上的加氢反应，氢分子均裂与镍原子产生化学吸附，在化 学吸附过程中氢原子从镍原子中得到电子，以负氢金属键键合。负氢金属键合 物即为活性中间物种，它能进一步进行加氢反应，反应式如下：
• 对这两种不同催化反应机理的归纳：
这种分类方法反映了催化剂与反应物分子作用的实质。 但是，由于催化作用的复杂性，对有些反应难以将二 者截然分开，有些反应又同时兼备二种机理。