i cương về xúc tác ppsx

1.1 Định nghĩa về xúc tác, phân loại xúc tác a.Định nghĩa:  Sự xúc tác: là hiện tượng gia tăng tốc độ phản ứng dưới tác dụng của một chất xúc tác  Chất xúc tác: là những chất biến đổi

A.Đại cương về xúc tác

GV Hướng dẫn:

-TS.Trần Vân Anh

Họ và tên sinh viên: Lớp : Khóa

- Nghiêm Xuân Hùng Hóa Dược 53

- Hoàng Đình Thành Hóa Dầu 53

-Lê Văn Viên Giấy 53

… và ứng dụng

Thuyết trình bài xúc tác

Nội dung bài xúc tác

I Đại cương vê xúc tác

1 Định nghĩa xúc tác

2 Các đặc điểm cơ bản của xúc tác

3 Các quá trình xúc tác công nghiệp quan trọng

1.1 Định nghĩa về xúc tác, phân loại

xúc tác

a.Định nghĩa:

 Sự xúc tác: là hiện tượng gia tăng tốc độ phản ứng dưới tác dụng của một chất xúc tác

 Chất xúc tác: là những chất biến đổi tốc độ phản ứng bằng cách tham gia vào các gia đoạn của

phản ứng, và sau thời gian ,sau phản ứng lượng và bản chất hóa học của chất xúc tác không bị thay đổi

-II.Đặc điểm cơ bản của xúc tác

2.Chất xúc tác không làm dịch chuyển trạng thái cân bằng của phản ứng

 Trong phản ứng thuận nghịch khi có mặt chất xúc tác sẽ làm tăng tốc độ phản ứng thuận đồng

thời cũng làm tăng tốc độ phản ứng nghịch làm cho phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng

3.Chất xúc tác không thể gây ra phản ứng:

 Động lực của một phản ứng hóa học, ở điều kiện áp suất không đổi là ∆G Nếu entanpy tự do

âm phản ưng xảy ra ∆G là hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của phản ứng không phụ thuộc vào các quá trình trung gian, mà chất xúc tác tác động vào phản ứng ở các giai đoạn trung gian vì vậy nó không gây ra sự thay đổi entanpy tự do của phản ứng

4.Khả năng hoạt hóa của chất xúc tác phụ thuộc :

 Lượng chất xúc tác cho vào khi cho xúc tác nhiều hơn hay ít hơn ,thì tốc độ phản ứng giảm

 Trạng thái vật lí của chất xúc tác

 VD: phản ứng đè hydro hóa xúc tác Pt dạng lưới Nếu Pt ở dạng bột thì phản ứng không xảy

ra

 Sự có mặt của chất khác : sự có mặt của chất khác có thể gây ra sự vô hiệu khả năng xúc tác

 VD: PƯ đề hydro hóa bằng xúc tác Pt, sự có mặt của 1 lượng nhỏ As(asen) làm phản ứng không

xảy ra

III Các quá trình xúc tác trong công nghiệp quan trọng : Chất xúc tác có vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa học, sản xuất điều chế các hợp chất hóa học,nhờ các đặc tính xúc tác ưu việt của nó.

1875 Sản xuất axit sunfuric SO2+1/2O2 SO3 Pt, V2O5

1913 Tổng hợp ammoniac : N2 + 3H2 -> 2NH3 Fe, Al2O3, K2O

1903 Sản xuất axit nitric: 2NH3+5/2O2-> 2NO+3H2O Lưới Pt

1923 Tổng hợp methanol:CO+2H2 ->CH3OH Cu,ZnO

1937 OXY hóa etylen thành etylen oxit:C2H4+ O2 -> C 2H4O Ag, AL2O3

1960 Tổng hợp wacker : C2H4+ H2O-> CH3COOH PdCl2

1936-1942 Cracking xúc tác:C20-C36 Thành C8-C16 SiO2, AL2O3

1964-1968 Cracking xúc tác hydro cracking Zeolit X, Y

1976-1981 Điều khiển khí thải động cơ Oxy hóa CO và hydrocacbon , khử NO Pt,Pd,Al2O3

1980-1995 Xúc tác chọn lọc cho phản ứng giảm thiểu NO:

6NO +4NH3-> 5N2+6H2O

VOX , TiO2,Zeolit

→

B.Xúc tác đồng thể

I Khái niệm

 Xúc tác đồng thể là chất xúc tác cùng pha với các chất tham gia phản ứng

 Phản ứng xúc tác đồng thể chỉ xảy ra trong pha khí và pha lỏng; không có xúc tác đồng thể trong pha rắn

II Cơ chế phản ứng và xúc tác trung gian trong phản ứng đồng thể:

 Xét phản ứng

1 2 3 4

+ + →

→ + +

ˆ ˆ ˆ†

‡ ˆ ˆˆ

Ta sử dụng phương pháp nồng độ ổn định cho trường hợp này

d

k dt

=

=

Từ hệ phương trình trên ta suy ra

4 2 3

* 1 3 4

=

?

 Theo phương pháp nồng độ ổn định

' 3

[NO ]

[ ]- [ ][ ]-k [ ][ ]=0 [NO]

d

NO NO k N O dt

k N O NO

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

[ ][ ] [( ) ]+[ ][( ) ] [ ][ ] [( ) ](1 [ ] )

* 0

( )

[( ) ] [( ) ]

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

Ta thấy tốc độ phản ứng phụ thuộc nồng độ ban đầu của chất xúc tác

[( ) ] [ ]

[ ] [ ][B]

E0 năng lượng của hỗn hợp A+B, E1 năng lượng của sản phẩm C Đường (1) phăn ứng không xúc tác (2) phản ứng có xúc tác

EI năng lượng hoạt hóa cho phản ứng không xúc tác

-EII năng lượng hoạt hóa cho phản ứng xúc tác

-EII=-EI (nếu –E1>-E2)

-E2( nếu –E2>-E1)

c Xúc tác axit – bazơ

 Ion H+ và OH- có thể xúc tác cho nhiều phản ứng,đặc biệt là cho nhiều phản ứng thủy phân

xúc tác axit-bazơ là một trong các dạng xúc tác phổ biến trong dung dịch

trong dung dịch luôn tồn tại cân bằng:

B + HA BH+ + A- (a)

BH+ : các axit liên hợp của bazơ B

A- : bazơ liên hợp của HA

Trong một phản ứng xúc tác axit-bazơ ,giữa chất xúc tác và chất phản ứng luôn xảy ra phản ứng proton hóa

⇔

Cơ chế phản ứng xúc tác axit-bazơ:

 Khi chất xúc tác là axit,Proton được chuyển từ chất xúc tác axit đến các chất phản ứng Proton là tác

nhân mạnh nhận cặp electron nên có thể làm phân bố lại và làm yếu năng lượng liên kết của các chất phản ứng ,do đó làm tăng khả năng phản ứng

 Trong phản ứng (a),nếu xem HA là chất xúc tác thì chất phản ứng là một bazơ được xem như hợp chất trung gian và sẽ được chuyển hóa tiếp tục thành các sản phẩm phản ứng

+

BH

Xúc tác axit – bazơ

 Tốc độ phản ứng xúc tác axit-bazơ phụ thuộc rất lớn vào pH của môi trường.Cụ thể:

 Trong môi trường axit mạnh:

 Trong dung dịch kiềm mạnh:

 k: hằng số tốc độ phản ứng

pH k

k = lg H+ −

lg

pH K

k

lg

Xúc tác axit – bazơ

Xúc tác phức của các kim loại chuyển tiếp

 Phức chất là loại hợp chất có cấu tạo đặc biệt ,gồm hai phần:

 Cầu nội (ion phức) gồm :

- ion trung tâm có các orbital trống-thường là Cation của kim loại chuyển tiếp

- phối tử có các cặp electron tự do- là các phân tử hoặc Anion

 Ion trung tâm và phối tử sẽ tạo liên kết phối trí

NH

Ag [ ( ) ]3 −

6

CN Fe

( )

K

Cơ chế hoạt động của xúc tác phức

 Trao đổi phối tử:

Các chất phản ứng tác dụng với ion phức,thay thế các phối tử cũ của ion phức trong nội cầu

 Thực hiện phản ứng cộng ôxyhóa hoặc tách khử:

Khi trao đổi phối tử,quá trình thế phân tử có thể làm thay thế số oxh của ion phức Kim loại trung tâm sẽ nhường ( gọi là phản ứng cộng ôxihóa) hoặc nhận thêm electron( gọi là phản ứng tách khử)

VD:

 Phản ứng xâm nhập và dịch chuyển phối tử:

Sau khi xâm nhập ,các phân tử đã xâm nhập sẽ nằm giữa ion phức và phân tử nên sẽ dẫn đến phản ứng tạo sản phẩm

RH M

R M

Xúc tác phức của các kim loại chuyển tiếp

 Có thể biểu diễn bằng sơ đồ :

Phối tử B xâm nhập vào giữa kim loại M và phối tử A.Các phân tử nằm trong ion phức sẽ phản ứng với nhau để tạo ra sản phẩm

 Đặc điểm của phản ứng dùng xúc tác phức các kim loại chuyển tiếp:

B M

Một số phản ứng công nghiệp dùng phức chất của kim loại chuyển tiếp

 Ôxihóa etylen:

Xúc tác: phức paladi clorua và muối đồng clorua

Quá trình sản xuất như sau:

Chất xúc tác được hoàn nguyên:

 Điều chế vinyl axetat từ etylen,axit axetic và ôxy

 Trùng hợp olefin bởi xúc tác phức : clorua titan và hợp chất alkin-nhôm

CHO CH

O H

Danh mục Tài liệu tham

 http://tailieu.vn/

 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/dong-hoc-xuc-tac.108502.html

 http://thuvien247.net/sach803.html