Ảnh Hưởng Của Các Chất Xúc Tác đến V Phản ứng - Tài Liệu Text

Có thể bạn quan tâm

Trang chủ >
Giáo án - Bài giảng >
Hóa học >

Ảnh hưởng của các chất xúc tác đến v phản ứng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.08 MB, 146 trang )

57- Chất xúc tác có tính chọn lọc. một chất xúc tác thường chỉ có thể xúc tác cho mộtphản ứng hoặc một loại phản ứng nhất định. .Ví dụ:Từ C2H5-OH có thể điều chế C2H4 hoặc CH3CHO tuỳ theo chất xúc tác đem sử dụng.C2H4 + H2O (xt Al2O3; 3500C)C2H5OHCH3CHO + H2 (xt Cu, 2500C)* Chú ý:Khi sử dụng chất xúc tác ta còn gặp các chất sau:- Chất tăng hoạt: chất làm tăng hoạt tính của xúc tác.Ví dụ:Khi thêm một ít Na2SO4 vào V2O5 thì hoạt tính xúc tác của V2O5 tăng mạnh.- Chất độc xúc tác: là chất mà khi trộn nó vào chất xúc tác thì hoạt tính của chất xúctác mất đi.Ví dụ:HCN là chất độc của xúc tác As2S5.3.3. Cơ chế xúc tác3.3.1. Cơ chế xúc tác đồng thểVai trò của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học, khi cácphản ứng xúc tác xảy ra, các chất xúc tác tham gia tạo các hợp chất trung gian với các chấtphản ứng, sau đó các hợp chất trung gian sẽ phản ứng tiếp với các chất còn lại hoặc tự phânhuỷ để tạo nên sản phẩm. Mặc dù phản ứng có xúc tác đồng thể xảy ra theo nhiều giai đoạnhơn, nhưng mỗi giai đoạn lại có năng lượng hoạt hoá bé nên vận tốc chung của phản ứngtăng.Ví dụ:Xét phản ứng A + B → AB* Khi chưa có xúc tácA + B → [A … B] → AB;E1* (đường 1)* Khi có mặt xúc tác K, quá trình xảy ra qua nhiều giai đoạnA + K → [A ... K] → AKE2*AK + B → [AK ... B] → AB + K ,E3* (đường 2)Các đại lượng E2*, E3* đều rất nhỏ so với E1* nên các phản ứng này xảy ra nhanh hơndo đó tốc độ phản ứng tăng (sản phẩm cuối cùng vẫn là AB, còn chất xúc tác K được khôiphục như cũ).58E[ A...B]E*1E*3[A...K]E*2[ AK...B]A +BA +B+KABAB+Kđường phản ứngĐiều này được mô tả qua giản đồ năng lượng như trên3.3.2. Cơ chế xúc tác dị thểCơ chế xúc tác dị thể phức tạp hơn và có nhiều thuyết để giải thích, trong đó thuyếthấp phụ là dễ dàng nhận hơn cả. Ta biết bề mặt chất xúc tác có khả năng hấp phụ các chấtphản ứng, làm cho các chất phản ứng tiến lại gần nhau và dưới trường lực các tiểu phân ở bềmặt xúc tác, hoạt tính hoá học của các phân tử tăng lên, làm cho năng lượng hoạt hoá củaphản ứng giảm xuống. Kết quả là phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác với vận tốc lớnhơn rất nhiều so với khi không có xúc tác.Không phải tất cả các phần trên bề mặt chất xúc tác đều có khả năng làm cho các phântử chất phản ứng trở nên hoạt động mà chỉ có một số trung tâm hoạt động ở bề mặt xúc tác tạođược hợp chất trung gian hoạt động giữa chất xúc tác và chất phản ứng, các hợp chất này sẽphản ứng với các chất còn lại để tạo nên sản phẩm. Để tăng thêm số trung tâm hoạt động,người ta tăng diện tích bề mặt của chất xúc tác bằng cách nghiền nhỏ xúc tác, hoặc cho xúctác ở dạng xốp hoặc kéo sợi rất mảnh.Cơ chế xúc tác dị thể gồm các giai đoạn sau:- Các chất phản ứng khuyếch tán đến bề mặt chất xúc tác sẽ hấp phụ một trong cácchất phản ứng để tăng hoạt tính của chất phản ứng.59- Phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác.- Các sản phẩm phản ứng tạo thành và tách khỏi bề mặt chất xúc tác và đi vào tronghệ.3.4. Xúc tác enzim (xúc tác men)Các phản ứng hoá học xảy ra trong cơ thể sống thường có sự tham gia của các chấtxúc tác, đó là các men hay enzim gọi là xúc tác men.Enzim là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein. Trong xúc tác enzim các chấtphản ứng được gọi là cơ chất. Phản ứng giữa enzim và cơ chất được thực hiện ở các trung tâmhoạt động của chất xúc tác.Xúc tác enzim có một số đặc điểm sau:- Khả năng xúc tác của enzim không xảy ra trên toàn bộ phân tử mà xảy ra ở các trungtâm hoạt động đặc biệt. Những trung tâm có tính xúc tác thường chứa các hoạt động như:-SH, -OH, -NH2, -NH- ... hoặc các nguyên tố chuyển tiếp như Co, Mn, Mo, Fe ... số trung tâmhoạt động càng tăng thì khả năng xúc tác của enzim càng lớn.- Sự tồn tại và khả năng hoạt động của men phụ thuộc vào nhiệt độ, độ pH của môitrường, sự có mặt của các chất xạ ... ở 1000C hầu hết các men đều bị phân huỷ.- Một phản ứng xảy ra trong sinh học thường có một xúc tác men riêng nên việc tìm racác enzim đặc hiệu thúc đẩy các quá trình sinh học theo hướng có lợi là một trong những mụctiêu của công nghệ sinh học vì vậy xúc tác men có tính chọn lọc cao.Ví dụ:Men ureaza xúc tác cho phản ứng thuỷ phân ureCo(NH2)2 + H2O → CO2 + 2NH3- Xúc tác enzim xảy ra ở nhiệt độ và áp suất bình thường với hiệu suất phản ứng rấtcao. Nếu sử dụng chúng trong sản xuất thì hiệu quả kinh tế sẽ rất lớn.III. Phương trình động học của phản ứngPhương trình động học mô tả quan hệ định lượng giữa nồng độ của các chất phản ứngvà thời gian - Dựa vào phương trình này ta có thể xác định được một số thông số quan trọngcủa phản ứng như hằng số tốc độ, bậc phản ứng, chu kỳ bán huỷ của phản ứng …1. Phản ứng bậc mộtPhản ứng bậc một có dạng tổng quát: A → sản phẩmTheo định khối lượng ta có:d [ A]v= −= k t [ A]dtd [ A]= kdTừ đó ta có: −[ A] t tln[A]ln[A0]Giải phương trình vi phân này ta được- ln [A] + ln[Ao] = kt hay ln[A] = kt + ln[Ao]hay có thể viết dưới dạng:1 [ Ao]k t = ln[ A]Ttgα = -ktTrong đót60[A]: nồng độ chất A tại thời điểm t[Ao]: nồng độ chất A khi t = 0Đồ thị ln[A] = f(t) là một đường thẳng mà hệ số góc sẽ cho biết giá trị của hằng số tốcđộ k của phản ứng. Hằng số tốc độ của phản ứng tốc độ có thứ nguyên là 1/t. Phản ứng bậc 1thường là phản ứng phân huỷ các chất.Ví dụ:C2H6 → C2H4 + H223290Th →22888Ra + 4 He2Khi nghiên cứu các phản ứng bậc 1 người ta thường chú ý đến đại lượng chu kỳ bánhủy của phản ứng là thời gian mà một nửa lượng ban đầu của chất phản ứng đã bị tiêu thụ.Gọi t1/2 là thời gian để nồng độ ban đầu còn lại một nửa.[A] = 1/2[Ao] thay vào phương trình (III.1)ta có:[ Ao] = kt = lnln =1/ 221 / 2[ Ao]hayln 2 0,693=kkNghĩa là thời gian bán huỷ của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào nồng độ ban đầumà phụ thuộc vào bản chất phản ứng.2. Phản ứng bậc 2Phản ứng bậc 2 có các dạng:2A → sản phẩmA + B → sản phẩmt1 / 2 =* Dạng 2Av= −k2sản phẩmd [ A]d [ A]2= k 2 [ A] → −= k dtdt[ A] 2 2Giải phương trình vi phân trên ta được:11= k 2t +[ A][ Ao](III.2)1 11 k2 =  [ A] − [ Ao]  (III.3)thằng số tốc độ của phản ứng bậc 2 có thứ nguyên lít/mol -1/t-1khi t = t1/2 ta có:1t1/2 =(III.4)k 2 [ Ao]hayVậy thời gian bán huỷ của phản ứng bậc 2 phụ thuộc vào nồng độ đầu của chất phản ứng.Ví dụ về phản ứng bậc 2:

Xem Thêm