Lý thuyết tác dụng xúc tác

Trong tự nhiên luôn tồn tại các chất xúc tác (men, đất sét…) và các phản ứng xúc tácTrong tự nhiên luôn tồn tại các chất xúc tác (men, đất sét…) và các phản ứng xúc tácTrong tự nhiên luôn tồn tại các chất xúc tác (men, đất sét…) và các phản ứng xúc tácTrong tự nhiên luôn tồn tại các chất xúc tác (men, đất sét…) và các phản ứng xúc tác

Trang 1

Chương 1

Lý thuyết tác dụng xúc tác

Trang 3

Ví dụ xúc tác

Trang 4

Phân loại xúc tác

Trang 5

MoS2/Al2O3, WS2/Al2O3

SiO2.Al2O3: zeolites, natural clays

CaO, MgO, K2O

Dispersed Pt/Al2O3, Ni/Al2O3, Pd/Al2O3Porous: Raney Nickel

Bulk: Pt, Pd, Ag … Single: Al2O3, Cr2O3, V2O5Dual, complex: Al2O3- TiO2, LaCoO3, … Dispersed: NiO/Al2O3,MoO3/Al2O3

Phân loại xúc tác

Trang 6

Trang 7

Một số phản ứng xúc tác

Phản ứng ester-hóa xảy ra nhanh hơn nếu H2SO4

được thêm vào môi trường phản ứng:

(acid acetic) (rượu etylic)

Trang 8

Phản ứng cộng hidro (H2) vào alken, alkin xảy ra

nhanh hơn nếu có sự hiện diện của Ni (Pt)

Trang 9

Trang 10

Rượu etilic (ethanol)

Trang 11

Chất xúc tác âm: chất làm chậm vận tốc phản ứng Thực ra đây

là các chất ức chế phản ứng, có tác dụng khác cơ chế chất xúc tác

Urotropin: uramin, hexametilen tetramin, C6H12O4

làm chậm quá trình phản ứng, giữa acid HCl với

sắt (Fe)

Trang 12

Tetraetyl chì

Tetraetyl chì được thêm vào

xăng để hạn chế vận tốc phản

ứng cháy của hơi xăng, nâng

cao chỉ số octan, giảm hiện

tượng kích nổ của xăng Tetraethyl lead

Very effective, but now banned in many

countries for health reasons and because the lead "poisons" catalytic converters

Chất ức chế

Trang 14

2 Đặc điểm chung của tác dụng xúc tác

Trang 16

Định nghĩa xúc tác

Trang 17

Xúc tác dị thể cho phản ứng hydro hóa ethylene: C2H4 + H2 → C2H6

Chất xúc tác có thể làm tăng tốc độ phản ứng bằng cách giữ các tác

chất lại với nhau và giúp bẽ gãy liên kết

Trang 18

Quan điểm hiện đại:

CXT có thể biến đổi hoặc không biến đổi trong quá trình, nhưng

không biến đổi theo tỉ lệ hợp thức về lượng với các chất phản ứng

Định nghĩa xúc tác

Trang 19

Hoạt độ của xúc tác

khi hoạt tính của một đơn vị bề mặt tăng

Sự biến đổi lượng chất đầu tham gia phản ứng

trong một đơn vị thời gian và trên một đơn vị của lượng chất xúc tác

trong quá trình phản ứng –

độ ổn định, độ bền, tính chất hóa học, cấu trúc hình học của xúc tác.

Trang 20

Đặc trưng chung của tác dụng xúc tác

 Nhiệt động học

 Năng lượng hoạt hóa

 Tính chọn lọc

Trang 21

Đặc trưng chung của tác dụng xúc tác

Nhiệt động học

Phản ứng thuận nghịch: CXT

- không làm thay đổi mức độ cân bằng - làm cho phản ứng mau đạt tới trạng thái cân bằng

-làm tăng vận tốc phản ứng - tăng vận tốc phản ứng thuận bao nhiêu lần thì cũng làm tăng vận tốc phản ứng nghịch lên bấy nhiêu lần

tương ứng)

Xúc tác chỉ có tác dụng trong phạm vi nhiệt động học cho

phép

Không xúc tác

Có xúc tác

Trang 22

Tốc độ phản ứng tăng là do chất xác tác hướng phản ứng tiến hành theo con đường mới có năng lượng hoạt hóa nhỏ hơn

) (

C f k

Năng lượng hoạt hóa

RT E

e k

k = 0. − /

Trang 23

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

Trang 24

Trang 25

) (

C f k

W =

RT E

xt RT

E

RT

E xt

k

k e

e k

k k

/ 0

,

0 /

k= 0 − /

RT

E xt

xt k e xt

k = 0 , − /

Trang 26

Thực nghiệm cho thấy:

Trang 27

Chọn lọc sản phẩm:

 xúc tác khác nhau sẽ cho các sản phẩm chính khác nhau

Tính chọn lọc

Trang 29

Độ chọn lọc:

 tỉ số tốc độ tạo sản phẩm so với tổng

số tốc độ

chđ chđ

sp

sp k

dG

dG I

Gsp và Gchđ lượng sản phẩm và lượng chất đầu

Tính chọn lọc

 Độ chọn lựa tích phân: Ik = Gsp chính / (Gsp chính + Gsp phụ)

Trang 30

 Tính chất nhiều giai đoạn

 Hiện tượng đầu độc, xúc tiến, biến tính

 Hiệu ứng bù trừ

Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể

(rắn - khí, rắn - lỏng)

Trang 31

Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể

Tính chất nhiều giai đoạn

 Khuếch tán ngoài, khuếch tán trong (tác chất)

Trang 32

Trang 33

Giai đoạn chậm nhất sẽ quyết định quá trình

Trang 34

Hiện tượng đầu độc

 Làm mất hoàn toàn hay một phần hoạt tính xúc tác

dưới tác dụng của một lượng không lớn chất độc

 Phụ thuộc độ tinh khiết của xúc tác và chất phản ứng

 Đầu độc có tính chất chọn lọc

Trang 35

Hiện tượng đầu độc

Trang 36

Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Hiện tượng đầu độc

Trang 38

Hiện tượng xúc tiến

Chất xúc tiến làm tăng hoạt tính xúc tác với

Trang 41

Hiệu ứng bù trừ

 Là hiệu ứng thay đổi đồng thời k0xt và Ext nhưng diễn ra theo

hướng bù trừ nhau để đạt kết quả tốc độ phản ứng không đổi

 Khi đạt giá trị TS thì sẽ có sự bù trừ hoàn toàn, k=const dù k0xt và Ext có thay đổi

Trang 42

3 Phản ứng xúc tác đồng thể

 Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha khí

 Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha lỏng

 Động học phản ứng xúc tác đồng thể

 Thuyết hợp chất trung gian

Trang 43

Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha khí

NO là xúc tác trong công nghiệp cho phản ứng oxy hoá SO2

2 NO + O2 = 2NO2 NO2 + SO2 = NO + SO3

Trang 44

Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha khí

Hơi nước xúc tác cho phản ứng giữa CO và O2

CO + H2O  CO2 + H2 2H2 + O2  2H2O

Trang 45

Ứng dụng của xúc tác dị thể trong công

nghiệp lọc hoá dầu

Trang 46

Ứng dụng của xúc tác đồng thể trong công nghiệp

Trang 47

So sánh quá trình xúc tác đồng thể và dị thể

Trang 48

So sánh quá trình xúc tác đồng thể và dị thể

Trang 49

Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha lỏng

 Đa số xúc tác ở dạng ion

 Xác tác axit – bazơ (dạng Lewis ): phản

ứng ester hóa, xà phòng hóa

 Xác tác axit – bazơ (dạng Bronsted ):

Trang 50

Phản ứng xúc tác đồng thể trong pha lỏng

 các ion trong dung dịch (lực ion)

 bản chất của dung môi

 tương tác của dung môi với chất phản ứng

Các yếu tố ảnh hưởng

Trang 51

=

Trang 52

[ ][ ] ]

[ ]

1

2 3

k A K [AK

2

k3

k4

Trang 54

Thuyết hợp chất trung gian

1. CXT+ chất phản ứng hợp chất trung gian không bền (qúa trình thuận

Trang 55

nA + [K] M

M sản phẩm + [K]

HSCB

[ ] [ ] [ ] [ ]n ( )

M Kc

[ ]

n phhuû y

Trang 56

[ ] [ ] [ ]

[ ]

n phhuû y

M Kc

− =

Kc[A]n >> 1

1 Cân bằng chuyển về phía tạo chất trung gian

2 Phản ứng có bậc 0 đối với chất tham gia phản ứng

Trang 57

Thuyết hợp chất trung gian – sự phân hủy

H2O2

tự đọc

Trang 58

4 Xúc tác axit - bazơ

 Khái niệm axit, bazơ

 Xúc tác axit, bazơ đặc trưng

 Xúc tác axit và bazơ tổng quát

 Xúc tác axit – bazơ tổng quát

 Hiệu ứng muối

 Xúc tác electrofin và nucleofin

Trang 59

Khái niệm axit, bazơ

Trang 60

-Khái niệm axit, bazơ

 Bronsted-Lowry:

H2O + HCl  H3O+ +

Cl

Trang 61

-Khái niệm axit, bazơ

Trang 62

Khái niệm axit, bazơ

Trang 63

Khái niệm axit, bazơ

Dung môi

• dung môi thân

proton (dm nhận proton)

• dung môi không

chứa proton

Trang 64

Bronsted-Lowry

Trang 65

Axit, bazơ Lewis:

 Axit là chất có khả năng

dùng cặp điện tử tự do của phân tử khác để tạo lớp vỏ điện tử bền

 Bazô là chất có cặp điện

tử tự do có khả năng dùng để tạo phân tử bền.

Axit, bazô Lewis thuộc loại

aproton (không chứa

Trang 66

Axit Bazô Lewis:

H2O

Trang 67

• Xúc tác axit đặc trưng (hoạt hoá đối chất nhờ

H3O+)

• Xúc tác axit tổng quát (hoạt hoá đối chất nhờ chất

cho proton bất kỳ, trừ H3O+), (xúc tác axit

Bronsted)

• Xúc tác bazơ đặc trưng (hoạt hoá đối chất nhờ OH-)

• Xúc tác bazơ tổng quát (tác dụng bởi bazơ

Bronsted)

Phân loại xúc tác

Trang 68

 Xúc tác electrofin: chất xúc tác là axit Lewis

 Xúc tác nucleofin : chất xúc tác là bazơ Lewis

• Xúc tác axit-bazơ tổng quát: đồng thời có sự tham gia của xúc tác axit – bazơ kiểu Bronsted

• x

Trang 69

(hoạt hoá đối chất nhờ H3O+, OH-)

Trang 70

VD: thuỷ phân este bằng xúc tác H3O+

Ion hydrocacbony

giai đoạn trung

gian : kết hợp và tách proton

Trang 71

Thủy phân este dưới tác dụng của xúc tác

bazơ

Phức chất hoạt động

trung gian

có sự kết hợp với OH– và tạo ra OH– do việc

chuyển proton từ phân tử nước đến đối

chất

ngưng tụ aldol, thủy phân các aldehyt,

thủy phân các este.

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	3,28 MB