Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Катализ




 

Одним из наиболее распространенных в химической практике методов ускорения химических реакций является катализ.Катализатор - вещество, которое многократно участвует в промежуточных стадиях реакции, но выходит из нее химически неизменным.

Например, для реакции А2 + В2 = 2АВ

участие катализатора К можно выразить уравнением

 

А2 + К + В2 ® А2....К + В2 ® А2...К...В2 ® 2АВ + К .

 

Эти уравнения можно представить кривыми потенциальной энергии (рис. 6.1.).

Из рисунка 6.1 видно, что:

1) катализатор уменьшает энергию активации, изменяя механизм реакции, – она протекает через новые стадии, каждая из которых характеризуется невысокой энергией активации;

2) катализатор не изменяет DН реакции (а также DG, DU и DS);

3) если катализируемая реакция обратимая, катализатор не влияет на равновесие, не изменяет константу равновесия и равновесные концентрации компонентов системы. Он в равной степени ускоряет и прямую, и обратную реакции, тем самым ускоряя время достижения равновесия.

 

 

Рис. 6.1. Энергетическая схема хода реакции

с катализатором и без катализатора

 

Очевидно, в присутствии катализатора энергия активации реакции снижается на величину DЕк . Поскольку в выражении для константы скорости реакции (уравнение 6.7) энергия активации входит в отрицательный показатель степени, то даже небольшое уменьшение Еа вызывает очень большое увеличение скорости реакции: .

 

Пример 6.Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 75,24 кДж/моль, а с катализатором - 50,14 кДж/моль. Во сколько раз возрастает скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 250 С, а предэкспоненциальный множитель в присутствии катализатора уменьшается в 10 раз.

Решение.Обозначим энергию активации реакции без катализатора через Еа , а в присутствии катализатора - через Еа1; соответствующие константы скоростей реакций обозначим через k и k1. Используя уравнение Аррениуса (6.7) и принимая k01/k0 = 10, находим:

Отсюда

 

 

Окончательно находим:

 

Таким образом, снижение энергии активации катализатором на 25,1 кДж привело к увеличению скорости реакции в 2500 раз, несмотря на 10-кратное уменьшение предэкспоненциального множителя.

 

Каталитические реакции классифицируются по типу катализаторов и по типу реакций. Так, например, по агрегатному состоянию катализаторов и реагентов катализ подразделяется на гомогенный (катализатор и реагент образуют одну фазу) и гетерогенный(катализатор и реагенты – в разных фазах, имеется граница раздела фаз между катализатором и реагентами).



Примером гомогенного катализа может быть окисление СО до СО2 кислородом в присутствии NO2 (катализатор). Механизм катализа можно изобразить следующими реакциями:

 

CO(г) + NO2(г) ® CO2(г) + NO(г) ,

2NO(г) + O2(г) ® 2NO2(г) ;

 

и катализатор (NO2) снова участвует в первой реакции.

Аналогично этому может быть катализирована реакция окисления SO2 в SO3; подобная реакция применяется в производстве серной кислоты "нитрозным" способом.

Примером гетерогенного катализа является получение SO3 из SO2 в присутствии Pt или V2O5 :

SO2(г) + O2(г) ® SO3(г) .

 

Эта реакция также применяется в производстве серной кислоты ("контактный" метод).

Гетерогенный катализатор (железо) применяется также в производстве аммиака из азота и водорода и во многих других процессах.

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.005 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал