Катализаторы и каталитические системы

Фазовое равновесие

Из этого принципа следует, что

- при увеличении давления равновесие смещается в сторону той реакции, которая сопровождается уменьшением числа молей газообразных веществ, а при уменьшении давления - в сторону реакции, сопровождающейся увеличением числа молей газообразных веществ;

- при увеличении температуры равновесие смещается в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты (эндотермической), при уменьшении температуры – в сторону реакции, идущей с выделением теплоты (экзотермической).

Под фазой понимают однородную часть системы, обладающую одинаковым составом, физическими и химическими свойствами и отделенную от других частей системы поверхностью раздела. Системы, состоящие из нескольких фаз, называют гетерогенными, из одной фазы – гомогенной.. Переходы, при которых вещества без изменения химического состава переходят от одного агрегатного состояния к другому, называются фазовыми переходами.

Между фазами гетерогенной системы может устанавливаться равновесие, которое называется фазовым равновесием. Например, в насыщенном растворе соли в равновесии находятся 2 составляющие ее фазы - жидкий раствор и кристаллы, скорость растворения которых равна скорости их кристаллизации. Фазовое равновесие – сосуществование термодинамически равновесных фаз, образующих равновесную систему.

Катализаторы – веществ, изменяющие скорость или возбуждающие химические реакции. Системы, в которых работает катализатор, относятся к каталитическим системам. Как правило, катализаторы не смещают химическое равновесие, а в одинаковой степени изменяют скорость прямой и обратной реакции. Катализаторы могут ускорять или замедлять наступление равновесия, но не изменяют константу равновесия.

Основные характеристики катализатора – каталитическая активность и селективность.

Каталитическая активность характеризует изменение скорости данной реакции при введении в реакционную систему катализатора, ее мера – константа скорости реакции.

Селективность – избирательное действие катализатора на определенный вид реакции. Так, при пропускании паров этанола над медным или никелевым катализатором образуется этаналь (альдегид); если катализатор – оксид алюминия, образуется этилен.

Иногда катализатор образуется в ходе реакций, которые получили название автокаталитическими.

Катализаторы могут не только ускорять, но и замедлять скорость реакции. Такие катализаторы называют ингибиторами. Ингибиторы, тормозящие процесс окисления, называют антиокислителями или антиоксидантами. Их применяют для стабилизации бензинов и смазочных масел, предохранения от старения полимерных материалов, предотвращения процессов окисления продуктов питания и увеличения сроков их хранения (например, витамин Е). Некоторые смеси антиоксидантов оказываются более активными, чем каждый антиокислитель в отдельности. Такое явление называется синергизмом. Синергетическим действием обладают и некоторые вещества, не относящиеся к антиокислителям. Например, лимонная и аскарбиновая кислоты в значительной степени повышают активность антиоксидантов, т.е. являются синергистами.

Химические системы, в процессах которых участвуют катализаторы, называют каталитическими.

Катализаторы, находящиеся в системе в том же фазовом состоянии, что и реагенты, называются гомогенными. Механизм гомогенного катализа объясняют на основе теории промежуточных соединений.

Если катализаторы и реагенты находятся в разных фазах и имеют границы раздела, то катализ называется гетерогенным. Механизм гетерогенного катализа сложен. Предполагается, что реакция идет не на всей поверхности, а на активных центрах. Поэтому большое значение имеет способ приготовления катализатора и обработка его поверхности.

Тренировочные задания

Вопрос

Ответ

1.Вычислите тепловой эффект реакции. Экзотермическая или эндотермическая эта реакция? СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г) 2.Возможно ли самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях? СН4(г) + СО2(г) = 2СО(г) + 2Н2(г) 3.Во сколько раз изменится скорость прямой реакции в системе 2SO2 + O2 «2SO3 если объем системы уменьшить в 3 раза? 4.Во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры с30^0С до 70^0С, если температурный коэффициент равен 2? 5.Равновесие системы устанавливается N2 + 3H2 «2NH3 при: (моль/л) [N2]= 0,01, [H2] = 3,00, [NH3] = 0,40. Вычислите Кр 6.Как надо изменить а)температуру, б)давление, в)концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции? PCl5 (г «PCl3(г) + Cl2(г) DH^0 298=+ 92,59 кДж

Дата добавления: 2014-12-27