催化劑作用
催化劑的作用的特征有哪些?催化劑能否改變化學(xué)平衡??
(1)?催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng),而不能加速熱力學(xué)上無法進(jìn)行的反應(yīng)?
(2)?催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡,而不能改變平衡的位置(平衡常數(shù))
(3)?催化劑對反應(yīng)具有選擇性?
(4)?催化劑的壽命。催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率,其自身并不進(jìn)入反應(yīng)的產(chǎn)物,在理想的情況下不為反應(yīng)所改變。但在實(shí)際過程中不能無限制的使用,催化劑經(jīng)過多次使用后會失活。
中文名 | 催化劑 | 解 ???釋 | 提高反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率? |
外文名 | Catalyst | 提出時間 | 1836年 |
催化劑如何加快化學(xué)反應(yīng)速度??
催化劑加快反應(yīng)速率的原因與溫度對反應(yīng)速率的影響是根本不同的。催化劑可以改變反應(yīng)的路線,降低反應(yīng)的活化能,使反應(yīng)物分子中活化分子的百分?jǐn)?shù)增大,反應(yīng)速率加快。?
催化作用可分為均相催化和非均相催化兩種。如果催化劑和反應(yīng)物同處于氣態(tài)或液態(tài),即為均相催化。若催化劑為固態(tài)物質(zhì),反應(yīng)物是氣態(tài)或液態(tài)時,即稱為非均相催化。?
在均相催化中,催化劑跟反應(yīng)物分子或離子通常結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間物即活化絡(luò)合物。這一過程的活化能通常比較低,因此反應(yīng)速率快,然后中間物又跟另一反應(yīng)物迅速作用(活化能也較低)生成終產(chǎn)物,并再生出催化劑。該過程可表示為:
????????????A+B=AB(慢)A+C=AC(快)AC+B=AB+C(快)?
????????????式中A、B為反應(yīng)物,AB為產(chǎn)物,C為催化劑。
由于反應(yīng)的途徑發(fā)生了改變,將一步進(jìn)行的反應(yīng)分為兩步進(jìn)行,兩步反應(yīng)的活化能之和也遠(yuǎn)比一步反應(yīng)的低。該理論被稱為“中間產(chǎn)物理論”。?
??????在非均相催化過程中,催化劑是固體物質(zhì),固體催化劑的表面存在一些能吸附反應(yīng)物分子的特別活躍中心,稱為活化中心。反應(yīng)物在催化劑表面的活性中心形成不穩(wěn)定的中間化合物,從而降低了原反應(yīng)的活化能,使反應(yīng)能迅速進(jìn)行。催化劑表面積越大,其催化活性越高。因此催化劑通常被做成細(xì)顆粒狀或?qū)⑵涓捷d在多孔載體上。許多工業(yè)生產(chǎn)中都使用了這種非均相催化劑,如石油裂化,合成氨等,使用大量的金屬氧化物固體催化劑。該理論稱為“活化中心理論”。
??? ?催化劑可以同樣程度地加快正、逆反應(yīng)的速率,不能使化學(xué)平衡移動,不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。請注意加快逆反應(yīng)也就是減慢反應(yīng)速率,這種催化劑也叫負(fù)催化劑!?
催化劑的活性、選擇性的含義?
????催化劑的活性,又稱催化活性,是指催化劑對反應(yīng)加速的程度,可以作為衡量催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)。催化劑的選擇性是使反應(yīng)向生成某一特定產(chǎn)物的方向進(jìn)行。轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物所消耗的某反應(yīng)物量/某反應(yīng)轉(zhuǎn)化的總量。
催化反應(yīng)的活化能是否與非催化反應(yīng)的相同?為什么??
(1)不改變反應(yīng)熱:因?yàn)榇呋瘎┲皇峭ㄟ^改變化學(xué)反應(yīng)歷程來降低活化能,而化學(xué)反應(yīng)前后的能量變化是由反應(yīng)物和產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的相對能位來決定,反應(yīng)物與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確定了它們的相對能位,即不改變反應(yīng)物與生成物的摩爾焓,因此加入催化劑不改變反應(yīng)熱。?
(2)降低活化能:因?yàn)榇呋瘎┩ㄟ^改變反應(yīng)歷程,使反應(yīng)沿著一條更容易進(jìn)行的途徑進(jìn)行。?
催化劑為什么具有壽命?影響催化劑的壽命的因素有哪些?
指催化劑的有效使用期限,是催化劑的重要性質(zhì)之一。催化劑在使用過程中,效率會逐漸下降,影響催化過程的進(jìn)行。例如因催化活性或催化劑選擇性下降,以及因催化劑粉碎而引起床層壓力降增加等,均導(dǎo)致生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益降低,甚至無法正常運(yùn)行。
?①化學(xué)穩(wěn)定性:化學(xué)組成與化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定,活性組分與助劑不反應(yīng)與流失;
?②耐熱穩(wěn)定性:不燒結(jié)、微晶長大和晶相變化;
?③抗毒穩(wěn)定性:抗吸附活性毒物失活;
?④機(jī)械穩(wěn)定性:抗磨損率、壓碎強(qiáng)度、抗熱沖擊。決定催化劑使用過程中的破碎和磨損?
舉例說明催化循環(huán)?
?非締合活化催化循環(huán)定義:在催化反應(yīng)過程中催化劑以兩種明顯的價態(tài)存在,反應(yīng)物的活化經(jīng)由催化劑與反應(yīng)物分子間明顯的電子轉(zhuǎn)移過程,催化中心的兩種價態(tài)對于反應(yīng)物的活化是獨(dú)立的,這種催化循環(huán)稱之為非締合活化催化循環(huán)。?舉例:氧化亞氮在鎳催化劑上的分解反應(yīng)。?締合活化催化循環(huán)定義:在催化反應(yīng)過程中催化劑沒有價態(tài)的變化,反應(yīng)物分子活化經(jīng)由催化劑與反?應(yīng)物配位,形成絡(luò)合物,再由絡(luò)合物或其衍生出的活性中間物種進(jìn)一步反應(yīng),生成?產(chǎn)物,并使催化劑復(fù)原。反應(yīng)物分子活化是在絡(luò)合物配位層中發(fā)生的。?舉例:固體酸催化劑作用下的乙烯水合反應(yīng)。?