PHẢN ỨNG XÚC TÁC ppsx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (122.72 KB, 18 trang )
Chương 11
PHẢN ỨNG XÚC TÁC
I. Đònh nghóa, phân loại, đặc tính
của p/ư xúc tác
II. Phản ứng xúc tác đồng thể
III. Phản ứng xúc tác dò thể
I. ĐỊNH NGHĨA
• Xúc tác là chất làm thay đổi vận tốc của
phảnứngbằngcáchlàmthaổinănglượng
hoạt hóa của phản ứng.
Xúc tác dương:
làm tăng tốc độ phản ứng
• Xúc tác âm:
làm giảm tốc độ phản ứng
• Phản ứng tự xúc tác:
sản phẩm của phản
ứng là chất xúc tác cho phản ứng.
• Chất xúc tác tham gia vào giai đoạn sơ cấp
của phản ứng, làm thay đổi cơ chế phản ứng.
• - Thành phần hóa học không đổi, được giữ
nguyên khi phản ứng kết thúc
• - Trạng thái vật lý có thể thay đổi.
•
PHÂN LOẠI
• Xúc tác đồng thể:
• chất xúc tác cùng pha với các chất phản ứng,
dung dòch axit, bazơ hay muối của chúng.
• Xúc tác dò thể:
• chất xúc tác không cùng pha với các chất
phản ứng: oxit kim loại, kim loại, zeolite, …
Tốc độ phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bề
mặt tiếp xúc pha.
ĐẶC ĐIỂM
1. Xúc tác không thể gây nên phản ứng, không
làm thay đổi tính chất nhiệt động
Ỉ Phản ứng có ΔG > 0 thì không bao giờ tìm
được chất xúc tác cho phản ứng xảy ra.
Ỉ Chất xúc tác cho phản ứng thuận cũng xúc
tác cho pứ nghòch
•Ta có: ΔG = const.
•Mà ΔG = - R.T.lnK
cb
→ K
cb
= const.
Phảnứngkhôngxúctác: A + B → AB
Phảnứngcóxúctác: A + K → AK
AK + B → AB + K
tổng A + B → AB
2. Xúc tác không làm chuyển dòch vò trí cân
bằng, chỉ có tác dụng làm thay đổi tốc độ
phản ứng để nhanh chóng đạt tới cân bằng.
• 3. Xúc tác làm thay đổi năng lượng hoạt hóa
của phản ứng
Phản ứng xúc tác đồng thể
Với ΔE = E – E
k
và k
ok
/k
o
= 1
/
E
RT
e
Δ
1,6.10
10
2822Pd
2,6.10
16
4515Pt602SO
2
+ O
2
→
2SO
3
1,3.10
13
3642Fe
1,6.10
14
3930W782NH
3
→ N
2
+ 3H
2
8,4.10
10
1925Pt
8,8.10
10
3014Au 442HI → I
2
+ H
2
ΔEE
k
Xúc
tác
E
Kcal/mol
Phản ứng
//
0
0
.
E
RT E RT
k
kk
ee
kk
ΔΔ
==
4. Xúc tác có tính chọn lọc
Mỗi chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ cho một
hoặc một vài phản ứng.
23 2
o
24
23
25 3 2
240 250
,
25 2 2 2
330-360
25 3 2 2 3
140
,
25 2 2 2 2
400 450
+
o
o
o
Cu
C
Al O ThO
C
HSO
C
ZnO Cr O
C
CHOH CHCHO H
C H OH CH CH H O
C H OH CH CH O CH CH
C H OH CH CH CH CH H O H
−
−
⎯⎯⎯⎯→+
⎯⎯⎯⎯→=+
⎯⎯⎯→−−
⎯
⎯⎯⎯→ = − = +
II. PHẢN ỨNG XÚC TÁC ĐỒNG THỂ
Xúc tác phân bố trong hệ dạng ion hay phân tử,
rất đồng đều.
Ví dụ:
- Phản ứng ester hóa
- Phản ứng thủy phân ester
- Polymer hóa các olephin,
- Phản ứng nghòch đảo đường
Quan điểm của lý thuyết xúc tác
đồng thể
• Chất xúc tác sẽ tương tác với chất tham gia
phản ứng, hình thành phức chất hoạt động kém
bền.
• Quá trình hình thành sản phẩm trung gian là
thuận nghòch, xảy ra nhanh.
• Phức hoạt động phân hủy, trả lại xúc tác.
• Tốc độ phản ứng tỉ lệ nồng độ phức hoạt động.
KBAKKA
3
1
2
k
*
k
k
+⎯→⎯⇔+
[
]
[][] [ ]
()
[]
[
]
[
]
[]
A.K1
K.A.K
*AK
*AKK.A
*AK
k
k
K
cb
0
cb
0
2
1
cb
+
=→
−
==
[]
[][]
[]
A.
k
k
1
K.A.
k
k
*AK
2
1
0
2
1
+
=
Xét phản ứng đơn giản: A → B.
Khi có xúc tác:
Ta có:
→
Tốc độ quá trình là sự
phân hủy [AK*], (giai
đoạn chậm nhất)
[]
[]
[][]
[]
A.
k
k
1
K.A.
k
k
.k*AK.k
dt
Ad
2
1
0
2
1
33
+
==−
[]
[]
0
K'.k
dt
Ad
=−
[]
[
]
[]
[] [][]
00
12
31
K.A'.kK.
A.kk
A.k.k
dt
Ad
=
+
=−
Nhận xét:
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào cả nồng độ tác
chất lẫn chất xúc tác.
Nếu k
1
.[A] >> k
2
: phản ứng theo chiều hình
thành nhiều chất trung gian.
Nếu k
2
>> k
1
.[A]
tốc độ phản ứng phụ thuộc cả nồng độ tác chất lẫn chất
xúc tác.
vận tốc phản ứng phụ thuộc chủ
yếu vào nồng độ chất xúc tác.
III. PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ
• Ví dụ: H
2
+ C
2
H
4
→ C
2
H
6
Các giai đoạn trong pứ xúc tác dò thể
•+ Khuếch tán tác chất đến bề
mặt xúc tác.
•+ Hấp phụ tác chất lên bề mặt
xúc tác.
•+ Phản ứng xảy ra trên bề mặt
xúc tác.
•+ Giải hấp sản phẩm khỏi bề
mặt xúc tác.
•+ Khuếch tán sản phẩm ra
khỏi vùng phản ứng.
1
9
PHA KHÍ
MAO
QUẢN
CHẤT
RẮN
XỐP
PHA LỎNG
2
3
45
6
7
8
Tác chất
Tốc độ chung của pứ xúc tác dò thể
• Năm giai đoạn có tốc độ khác nhau.
• Giai đoạn chậm nhất quyết đònh tốc độ.
• - Hấp phụ và giải hấp
thường nhanh đạt cân bằng, ít
ảnh hưởng đến tốc độ.
• - Giai đoạn phản ứng hóa học chậm
: phảnứngxảyra
trong vùng động học
• - Giai đoạn khuếch tán chậm
: phảnứngxảyratrong
vùng khuếch tán
RT/E
0
e.kk
−
=
RT
/
E
0
kt
e.DD
−
=
Thành phần của chất xúc tác rắn
–Trung tâm hoạt động
•Là nơi phản ứng xảy ra (hầu hết kim loại/ oxit kim
loại/ axit rắn)
•Là các phân tử nằm trên bề mặt pha rắn, thường ở
các vò trí đặc biệt: khuyết tật, lồi lõm…
–Chất mang
•Phân tán trung tâm hoạt động
•Tăng bề mặt riêng
•Tăng độ bền xúc tác
•Có thể đồng thời là trung tâm
•hoạt động
Đánh giá chất xúc tác rắn
• - Hoạt tính xúc tác
• Tăng tốc tốt cho phản ứng mong muốn
• - Độ chọn lọc
• Tăng tốc cho các pứ mong muốn, ức chế các pứ
không mong muốn
• Trong nhiều trường hợp, độ chọn lọc còn quan
trọng hơn hoạt tính xúc tác, khó khống chế hơn
• - Độ bền, độ ổn đònh
• Không bò giảm hoạt tính
xúc tác do : tạp chất
trong dòng nguyên liệu; trung tâm hoạt động bò
phân hủy nhiệt, bay hơi, phân ly; sốc áp suất …
