工業(yè)催化-第一章催化劑與催化作用-研(編輯修改稿)
2025-02-02 03:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 時合成氨的活化能 ? 對于 N2+3H2=2NH3反應，無 催化劑存在時， 在 500oC、 常壓條件下，反應活化能高， ~334 kJ/mol 。此條件下反應速度極慢，競不能覺察出氨的生成。 催化劑存在下合成氨的 反應途徑與活化能 ? 有催化劑存在下，在催化劑表面發(fā)生了如下所示的一系列表面作用過程，最后生成了氨分子。催化反應的速率控制步驟是氮解離步驟，該步的 活化能 ~70 kJ/mol 。 ? 催化劑為反應物分子提供了一條較易進行的反應途徑。不同的催化劑的催化反應 活化能可能不同。 N2+3H2=2NH3的催化反應途徑 催化作用的四個基本特征 催化作用的特征（ 1） ? 催化劑只能加速熱力學上可以進行的反應，而不能加速熱力學上無法進行的反應。 ? 在開發(fā)一種新的化學反應的催化劑時，首先要對該反應體系進行熱力學分析，看在給定的條件下是否屬于熱力學上可行的反應。 催化作用的特征（ 2） ? 催化劑只能加速反應趨于平衡 ， 不能改變平衡的位置 （ 平衡常數(shù) ） 。 ? 化學平衡是由熱力學決定的 ?G0＝ — RT1nKP ， 其中 KP為反應的平衡常數(shù) ， ?G0是產(chǎn)物與反應物的標準自由焓之差 ， 是狀態(tài)函數(shù) ， 只決定于過程的始終態(tài) ， 而與過程無關 ， 催化劑的存在不影響 ?G0值 ， 它只能加速達到平衡所需的時間 ，而不能移動平衡點 。 不能改變平衡的位置 的例子 乙苯脫氫制苯乙烯 催化劑不能改變平衡位置 實例 乙苯脫氫制苯乙烯，在 600℃ 常壓、乙苯與水蒸汽摩爾比為 1： 9時，按平衡常數(shù)計算，達到平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為％，這是平衡產(chǎn)率，是熱力學所預示的反應限度。為了盡可能實現(xiàn)此產(chǎn)率，可選擇良好催化劑以使反應加速。但在反應條件下，要想用催化劑使苯乙烯產(chǎn)率超過 ％是不可能的。 不能改變平衡的位置 的另一例子 烷烴異構化 不同異構 體的辛烷值不相同 6 2 R O N9 3 R O N3 1 R O N7 4 R O N 1 0 4 R O N7 5 R O N9 4 R O N辛烷值的定義 ? 辛烷值 ： 汽油在汽油機中燃燒時的抗震性指標 。 ? 汽油辛烷值大，抗震性好，質量也好。 ? 常以標準異辛烷值規(guī)定為 100，正庚烷的辛烷值規(guī)定為 0，這兩種標準燃料以不同的體積比混合起來，可得到各種不同的抗震性等級的混合液，在發(fā)動機工作相同條件下，與待測燃料進行對比?？拐鹦耘c樣品相等的混合液中所含異辛烷百分數(shù)，即為該樣品的辛烷值。 C C6正、 異構 體熱力學平衡組成 催化劑也同時加速逆反應速率 ? 根據(jù) Kp=K正 /K逆 ，既然不能改變平衡常數(shù)，它必然以相同的比例加速正、逆反應的速率常數(shù)。這個推論具有重要意義。 ? 對于可逆反應，能催化正方向反應的催化劑，就應該能催化逆方向的反應 。例如，脫氫反應的催化劑同時也是加氫反應的催化劑，水合反應的催化劑同時也是脫水反應的催化劑。 這條規(guī)則對選擇催化劑很有用 。 催化作用的特征（ 3） 催化劑對反應具有選擇性 ? 催化劑對反應具有選擇性 ? 根據(jù)熱力學計算，某一反應可能生成不只一種產(chǎn)物時，應用催化劑可加速某一目的產(chǎn)物的反應，即稱為催化劑對該反應的選擇性。 ? 工業(yè)上利用催化劑具有選擇性，使原料轉化為所需要的產(chǎn)品。 ? 例如，以合成氣 (CO＋ H2)為原料，使用不同的催化劑則沿不同的途徑進行反應。 催化劑對反應具有選擇性 實例 催化作用的特征（ 4） 催化劑的壽命 ? 催化劑能改變化學反應的速度 ， 其自身不進入反應的產(chǎn)物 ， 在理想的情況下不為反應所改變 。 ? 催化劑在參與反應過程中 ， 先與反應物生成某種不穩(wěn)定的活性中間絡合物 ， 再繼續(xù)反應生成產(chǎn)物 ， 催化劑恢復到原來的狀態(tài) 。 催化劑象這樣不斷循環(huán)起作用 。 一定量的催化劑可以使大量的反應物轉化為大量的產(chǎn)物 。 ? 實際反應過程中 ， 催化劑并不能無限期地使用 ，在長期的反應條件下和化學作用下 ， 會發(fā)生不可逆物理和化學變化 ， 如晶相變化 、 晶粒分散度的變化 、 組分的流失等 ， 導致催化劑的失活 。 催化劑幾個重要的性能指標 ? 根據(jù)催化作用、催化劑定義和特性分析知道催化劑有三個重要指標： 活性、選擇性 和 穩(wěn)定性 。 ? 工業(yè)生產(chǎn)更多強調的是原料和能源的充分利用。 ? 改進型的研究 ，一般是追求選擇性，其次是穩(wěn)定性，最后才是活性。 ? 新催化劑 及工藝的研究，則先追求高活性、高選擇性，最后才是穩(wěn)定性。 催化劑活性、選擇性和穩(wěn)定性的概念 ? 活性 — 是指催化劑影響反應進程變化的程度。 ? 選擇性 — 是指所消耗的原料中轉化成目的產(chǎn)物的分率。 ? 穩(wěn)定性 — 是指催化劑的活性和選擇性隨時間變化的情況。 活性的幾種表示方法 ? 轉化率 ? 時空產(chǎn)率 ? 轉換頻率 ? 反應速率 ? 比活性 轉化率表示法 工業(yè)上最為常用的活性表示方法 ? 對于 A→ B反應，給定溫度下所達到的轉化率可用下式表示： XA=（ 反應后已轉化的 A摩爾數(shù) NA /進料中 A的摩爾數(shù)N0
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