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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 催化剂的主要特征: 能显著改变反应速率(因为改变了反应的活化能) 只能改变达到平衡的时间而不能改变平衡的状态,不改变 有特殊的选择性 对某些杂质特别敏感 催化剂类型: 均相催化剂:与反应物同处一相,常作为溶质存在于液体混合物。如: I? 催化H2O2分解的反应。 多均相催化剂:自成一相,常是固体物质催化气相或溶液中的反应。如:工业上合成氨NH3 的反应。 助催化剂:在催化剂中加入另一些物质,其本身不具活性或活性很小,但能改变催化剂的部分性质,如化学组成、离子价态、酸碱性、表面结构、晶粒大小等,从而使催化剂的活性、选择性、抗毒性或稳定性得以改善。这样的物质叫助催化剂。 如:合成氨的铁催化剂α-Fe — Al2O3 — K2O中α- Fe是主催化剂, Al2O3 、K2O等是助催化剂。 常用的助催化剂是掺入到金属氧化物催化剂中的金属离子,还原性或氧化性气体或液体,以及在反应过程中或在使用前加入到催化剂中的酸或碱。 例如:合成氨的鉄触媒里,加入少量铝和钾的氧化物,可使鉄的催化活性增大10倍,延长寿命。 催化剂毒物:使催化剂丧失催化作用的物质,称为催化剂的毒物。如:CO可使合成氨铁催化剂中毒。中毒现象的本质是微量杂质和催化剂活性中心的某种化学作用,形成没有活性的物种。 一些催化剂在一些反应中的毒物,其中有些是暂时性毒物,有些是永久性毒物。例如合成氨中用的铁系催化剂,水和氧是毒物,当这种中毒现象发生时,可以用还原或加热的方法,使催化剂重新活化,这种中毒是暂时性中毒,或称可逆中毒;而硫或磷的化合物对于这个催化剂和这个反应也是毒物,当由它们引起中毒时,催化剂就很难重新活化,这是永久性中毒,或称不可逆中毒.后面一种中毒,是可以防止的。 中毒不仅影响催化剂的活性,造成催化剂的活性下降,也影响催化剂的选择性。中毒是在化工生产中使用催化剂时经常遇到的实际问题,但我们了解得还不十分清楚.至于怎样防止中毒和解毒,要通过实践来加以解决. * 催化剂改变化学反应速率的原因:降低了反应的活化能。 对于均相催化,一般形成用形成“中间活化络合物”来说明。催化剂与反应物之间形成一种能量较低的活化配合物,改变了反应的历程,降低了反应的活化能。 无催化活化配合物 Ea无催化 反应历程 能量 催化活化配合物 Ea催化 反应物 生成物 图 催化剂改变反应 历程示意图 O 对于均相催化 * 例如:反应 2 H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) 无催化剂时,反应的活化能为 75. 3 kJ?mol?1; 用 I? 做催化剂时,反应的活化能为 56. 5 kJ?mol?1; 若使用过氧化氢酶,更能把反应速率提高到 1023 倍以上。 对于多相催化,催化剂之所以能降低反应的活化能,一般用“吸附作用”来说明。吸附分化学吸附与物理吸附 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) N2(g) N??? N 2N ///////// ///// H2(g) H??? H 2H ///////// ////// 化学吸附导致键的削弱或离解 NH3 NH3(g) //////// 产物的解吸附和催化剂的再生 N + H NH //// ///// ////// NH + H NH2 ////// ///// /////// NH2 + H NH3 ////// ///// ////// 表面物种之间的反应 物理吸附: 被吸附物与催化剂表面之间的作用力为范德华力的吸附。 化学吸附: 被吸附物与催化剂表面之间的作用力达到化学键的数量级的吸附 对于多相催化 * 增加反应速率的具体措施可有以下几种: (1) 增大浓度 (2) 升高温度 (3) 采用催化剂来降低反应的活化能 总结: 作业52:反应: N2 + 3H2 → 2N H3 ,在温度为773 K 、不使用催化剂时反应的活化能为 326. 4 kJ·mol–1,相同温度下使用Fe作催化剂,反应的活化能为 176kJ·mol–1,试计算此温度下两种反应速率之比。 解: * * * * * * * * * * * * * * * * *
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