PHẢN ỨNG XÚC TÁC ppsx

ĐỊNH NGHĨA • Xúc tác là chất làm thay đổi vận tốc của phản ứng bằng cách làm thay đổi năng lượng hoạt hóa của phản ứng.. Xúc tác dương: làm tăng tốc độ phản ứng • Xúc tác âm: làm giảm tố

Chương 11

PHẢN ỨNG XÚC TÁC

I Định nghĩa, phân loại, đặc tính

của p/ư xúc tác

II Phản ứng xúc tác đồng thể

III Phản ứng xúc tác dị thể

I ĐỊNH NGHĨA

• Xúc tác là chất làm thay đổi vận tốc của

phản ứng bằng cách làm thay đổi năng lượng

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 dịch axit, bazơ hay muối của chúng

• Xúc tác dị 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 nghịch

• Ta có: ΔG = const.

• Mà ΔG = - R.T.lnKcb → K cb = const.

Phản ứng không xúc tác: A + B → AB

Phản ứng có xúc tác: A + K → AK

AK + B → AB + K

2 Xúc tác không làm chuyển dịch vị 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

eΔ

1,6.10 10 28

22

Pd

2,6.10 16 45

15

Pt

60

2SO 3

1,3.10 13 36

42

Fe

1,6.10 14 39

30

W

78 2NH 3 → N 2 + 3H 2

8,4.10 10 19

25

Pt

8,8.10 10 30

14

Au

44 2HI → I 2 + H 2

ΔE

E k

Xúc tác

E

Kcal/mol

Phản ứng

0 0

. E RT E RT k

4 Xúc tác có tính chọn lọc

Mỗi chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ cho một

hoặc một vài phản ứng

2 3 2

o

2 4

2 3

,

,

o

o

o

Cu

C

Al O ThO

C

H SO

C ZnO Cr O

C

−

−

⎯⎯⎯⎯→ = +

⎯⎯⎯→ − −

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 nghịch 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 nghịch, xảy ra nhanh

• Phức hoạt động phân hủy, trả lại xúc tác

• Tốc độ phản ứng tỉ lệ nồng độ phức hoạt động

K B

AK K

2

k

*

k

⇔

+

[ ] [ ] [ ] [ ( ] ) [ ] [ ][ ] [ ]

A K 1

K A

K

*

AK

* AK K

A

*

AK k

k

K

cb

0 cb

0 2

1

[ ]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

[ ]A

k

k 1

K A

k

k k

* AK

k dt

A d

2 1

0 2

1 3

3

+

=

=

−

[ ] [ ]

0

K '.

k dt

A

−

[ ] [ ]0 [ ][ ]0 1

2

3

A k k

A k

k dt

A

+

=

−

Nhận xét:

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào cả nồng độ tác chất lẫn chất xúc tác

Nếu k1.[A] >> k2: phản ứng theo chiều hình thành nhiều chất trung gian

Nếu k2 >> k1.[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

Các giai đoạn trong pứ xúc tác dị 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

78

Tác chất

Tốc độ chung của pứ xúc tác dị thể

• Năm giai đoạn có tốc độ khác nhau

• Giai đoạn chậm nhất quyết định 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: phản ứng xảy ra trong vùng động học

• - Giai đoạn khuếch tán chậm: phản ứng xảy ra trong

vùng khuếch tán

RT /

E

0 e k

RT /

E

0 e kt D

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 vị 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 định

• Không bị giảm hoạt tính xúc tác do : tạp chất trong dòng nguyên liệu; trung tâm hoạt động bị phân hủy nhiệt, bay hơi, phân ly; sốc áp suất …