78325
КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ ГОМОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ
Реферат
Физика
Гетерогенный катализ позволяет интенсифицировать производственные процессы, использовать более доступные и дешёвые исходные материалы, получать новые вещества с нужными свойствами. В настоящее время гетерогенн-каталитические процессы используют в таких важнейших производствах, как получение серной кислоты
Русский
2015-02-07
93.87 KB
3 чел.
КИСЛОТНООСНОВНОЙ ГОМОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ
Общий |
Специфический |
Катализаторы это любые основания и кислоты Бренстеда. |
Н+(Н3О+),ОН- |
Н2О + СН3СООН → СН3СОО- + Н3О+
осн-е к-та осн-е к-та
Н2О + NН3 → NН4+ + ОН-
к-та осн-е к-та осн-е
К=К0 + К1Ск-ты + К2Сосн + К3СН3О+ + К4СОН- (1)
К0 константа скорости реакции без катализатора;
К1,К2,К3,К4 каталитические константы.
1. Кислотный катализ.
А + Н3О+ → АН ⃰ + Н2О
АН ⃰ + В + Н2О → АВ + Н3О+
Пример. Гидролиз сложных эфиров в присутствии минеральных кислот.
Исходя из уравнения (1), константа скорости данного процесса будет описываться уравнением:
К=К3СН3О+; lgK = lgK3 + lgСН3О+; т.к. lgСН3О+= - рН, то
2. Основной катализ.
А + ОН- → А' + H2O
А' + H2O + В → АВ +ОН-
А' ≡ А без Н.
К= К4СОН-. Прологарифмируем данное выражение, получим
lgK = lgK4 + lgС ОН- ; Кw = CH+*COH-
lgK = lgK4 + lgКw - lgCH+
lgK = lgK4 + lgКw + pH
В итоге получаем: lgK = lgK' + pH
При специфическом кислотно-основном катализе логарифм константы скорости реакции линейно от величины рН раствора.
ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ
Гетерогенный катализ позволяет интенсифицировать производственные процессы, использовать более доступные и дешёвые исходные материалы, получать новые вещества с нужными свойствами. В настоящее время гетерогенно каталитические процессы используют в таких важнейших производствах, как получение серной кислоты, синтез аммиака, метанола, получение синтетического топлива, искусственного каучука, пластических масс и т.д.
Гетерогенный катализ протекает на границе раздела фаз, в газовой фазе на твёрдой поверхности.
Стадии гетерогенного катализа:
1 Подход (диффузия);
2 Адсорбция;
3 Процесс;
4 Десорбция;
5 Отвод продуктов (диффузия).
Для гетерогенного катализа очень важна стадия адсорбции- эта адсорбция называется активированной, между катализатором и реагирующими веществами образуются определённые связи.
ОСОБЕННОСТИ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА
1.Катализатор и реагирующие вещества должны обладать определенным сродством друг к другу:
а) Окислительновосстановительные процессы (гидрирование, дегидрирование, окисление).
В эту группу входят различные металлы, которые различаются по каталитической активности.
Группа А: Ti, V, Cr, Mn, Zn, Nb, Mo, Hf, Ta, W. Они сильно хемосорбируют органические молекулы, N2 и СО. В чистом виде плохие катализаторы.
Группа В: Fe, Co, Ni, Tc, Ru, Re катализаторы реакции ФишераТропша (СО + Н2) и синтез аммиака.
Группа С: Сu, Rh, Pd, Os, Jr, Pt. Катализаторы скелетных реакций углеводородов и гидрогенизационных процессов.
Группа D: Ag, Au. Сереброкатализатор эпоксидирования этилена и окисления метанола в формальдегид. (Не катализирует реакции с разрывом связи С-С).
Сопутствующие вещества - оксиды металлов Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, ZnO и др.
Примеры.
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O ( кат. Pt/Rh,Pd)
Промышленный способ получения азотной кислоты.
CO + 3H2 = CH4 + H2O (кат. Ni/Cr2O3,Al2O3).
Конверсия метана с водяным паром при получении водорода:
CH4 + H2O = CO + 3H2 (кат. Ni/Al2O3).
б) Кислотноосновное взаимодействия (гидратация, изомеризация, полимеризация).
Твердые кислые катализаторы:
Пример: гидратация олефинов в присутствии Н3РО4.
С2Н4 + H2O → С2Н5ОН (кат. Н3РО4/ SiO2).
Твердые основные катализаторы:
неорганические основания м амиды (NaOH, KOH, KNH2);
неорганические соли и оксиды основного характера (ВаО, СаО, МgO, K2CO3, CaCO3 и т.д.).
К гетерогенным кислотно-основным катализатором относят иониты-сшитые полимеры с функциональными ионогенными группами.
Термически нестабильны.
Особое место занимают цеолитыалюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Формула цеолитов:
Ме катион металла (Na, K, Ca, Ba, Sr), n - его валентность. Цеолиты являются катализаторами крекинга и гидрокрекинга углеводородов и многих других кислотно-основных процессов (гидрирование бензола в циклогексан, окисление этилена, деалкилирование толуола).
Гидрокрекинг одновременно крекинг, гидроочистка и изомеризация).
2. Состояние поверхности катализатора.
а) адсорбция происходит по активным центрам;
б) каталитическую активность увеличивают промоторы за счет увеличения поверхности, избирательности и срока действия. Различают структурообразующие и модифицирующие промоторы. Структурообразующие промоторы препятствуют увеличению размеров кристаллов катализатора, стабилизируя его активную фазу. Модифицирующие промоторы влияют на строение и химической состав активной фазы катализатора.
в) уменьшают активность катализаторов каталитические яды вещества, которые даже в малых количествах необратимо сорбируются на поверхности катализатора и затрудняют к ней доступ реагирующих веществ.
Типичные яды: Н2S, CS2,тиофен, тиоспирты, НСN, CO, соединения фосфора, мышьяка и др. Каждый катализатор имеет свой набор ядов. Степень отравления катализатора.6
А отр.к. активность отравленного катализатора,
А0 активность катализатора до отравления,
α коэффициент отравления,
С концентрация яда.
г) Катализатор является наиболее активным в момент приготовления, когда он термодинамически неустойчив. "Старение" катализатора это переход его в термодинамически устойчивое состояние (перекристаллизация в поверхностном слое, изменение структуры химического состава носителей и т.д.).
д) Катализаторы наносят на высокопористой материалы (миликагель, алюмогель, пены, уголь и т.д.).
Активность катализатора это отношение скорости реакции (w) к массе или объему катализатора.
Удельная активность катализатора это скорость, отнесенная к единице поверхности катализатора.
Так как активность связана с удельной поверхностью (м2/г) катализатора, то она возрастает прямо пропорционально поверхности, с его измельчением.
ТЕОРИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО КАТАЛИЗА
Единой теории гетерогенного катализа пока не существует, вместо нее используют следующие:
МУЛЬТИПЛЕТНАЯ ТЕОРИЯ БАЛАНДИНА
Это теория основывается на двух соответствиях реагирующих веществ с катализатором:
1) структурное;
2) энергетическое.
Принцип структурного соответствия. Роль каталитически активного центра играют несколько атомов или ионов катализатора, расположенные на его поверхности в соответствии со степенью со строением кристаллической решетки. Они образуют так называемый мультиплет, который в зависимости от числа входящих в него частиц катализатора является дуплетом, триплетом и т.д. (Содержит соответственно две, три, и т.д. частиц). Отдельные атомы мультиплета являются центрами адсорбции, на которых адсорбируются индексные атомы реагирующих молекул. Индексные атомы реагирующего вещества, которые адсорбируются на одном активном центре, склонны к образованию связи, на разных активных центрах - к разрыву связи.
Принцип энергетического соответствия. Наибольшая активность катализатора достигается при определенных значениях энергии активированного мультиплетного комплекса, когда скорости его образования и распада близки друг к другу, т.е. энергия активации стадий образования комплекса и его распада должны быть приблизительно равны.
Обозначим:
где сумма энергий связей всех участников реакций.
где сумма энергий связей в комплексе.
Считаем, что Е1=Е2, тогда Е1 Е2=0.
Сумма энергий связей в комплексе должна быть равна полусумме энергий связи всех участников реакций.
ТЕОРИЯ АКТИВНЫХ АНСАМБЛЕЙ
По этой теории каталитическая активность определяется совокупностью свободных атомов на поверхности катализатора, не входящих в кристаллическую решетку и способных к миграции. Поверхность катализатора состоит из большого числа областей миграции, разделенных между собой геометрическими и энергетическими барьерами. Каталитическим действием обладают только активные ансамбли, состоящие из определенного числа атомов внутри области миграции.
ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ
Электронная теория объясняет каталитическую активность металлов и полупроводников наличием электронов проводимости, которые могут принимать участие в окислительновосстановительных превращениях на поверхности катализатора. Переход электронов из валентной зоны в зону проводимости приводит к образованию дырок. Свободная валентность в виде электронов и дырок в состоянии перемещаться по поверхности, способствуя возникновению связи между адсорбированными молекулами реагирующих веществ и катализатором.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
85533. | Рассказ В.А.Сухомлинского «Две матери». Урок внеклассного чтения | 5.07 MB | |
Развивать представление, воображение. Способствовать формированию собственной позиции ребенка. Воспитывать доброжелательность, чуткость, отзывчивость, стремление своими мыслями и словами выражать чувства любви и уважения к матери, критическое отношение к своим собственным поступкам. | |||
85534. | Дружба, товарищество, взаимовыручка. Пословицы по теме урока. Чтение рассказа Петра Федотовича Бондарчука «Горькая малина» | 117 KB | |
Задачи урока. Познакомить учащихся с творчеством П.Ф.Бондарчука и его рассказом «Горькая малина». Вырабатывать навыки выразительного и осознанного чтения, учить анализировать прочитанный текст, читать в лицах, составлять вопросы к прочитанному, обогащать словарный запас учащихся. | |||
85535. | Українське читання. Казка за початком | 104.5 KB | |
Вчити дітей складати казки закріплювати знання про особливості казки; розвивати звязне мовлення творчі здібності учнів уяву логічне мислення вміння точно яскраво повно висловити думку формувати позитивне ставлення до казки виховувати дбайливе ставлення до природи. | |||
85536. | Мандрівка містами України | 150 KB | |
Особливості проведення уроку: урок розроблений з використанням інтерактивних технологій, мультимедійної презентації, фотосюжетів. Обладнання: карта України, мультимедійний проектор, відеозаписи, мікрофон, ілюстрації, іграшковий літак, корабель, потяг, різнокольорові клубочки ниток, етимологічний словник. | |||
85537. | Життя тварин моря. Б.Коробейников “Дельфіни” | 166 KB | |
Мета. Ознайомити учнів з текстом. Поширити знання дітей про тварин моря – дільфінів. Продовжити роботу над формуванням навичок виразного читання, розвивати критичне мислення, збагачувати активний словниковий запас. Вчити працювати в групі. | |||
85538. | Закувала та сива зозуля (козацька пісня) | 92.5 KB | |
Як розумієте вираз сива давнина У які ігри любив гратися в дитинстві письменник Які співав пісні дід письменника Що вони викликали Прочитайте згадки автора про козацькі пісні. Козачі пісні думи. а Читання пісні вчителем. Проблемне питання: Про що мріяли невільники козаки б Словникова робота... | |||
85539. | Від усмішки йде до всіх тепло. В.О.Сухомлинський «Усмішка» | 66 KB | |
Актуалізувати і розширити знання дітей про життя і творчість видатного українського педагога і письменника; розвивати уміння аналізувати і структурувати текст (знаходити описи, міркування, зачин, основну частину, кінцівку). | |||