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        催化劑的催化作用及其特征(催化轉化原理)

        2021-11-26 10:55:41發布

        催化作用及其特征

        1.催化作用

        催化劑在化學反應過程中所起的作用稱為催化作用。工業上根據催化劑和反應物體系的狀態將催化作用分為均相和多相兩類。

         

        當催化劑和反應物同處于一個由溶液或氣體混合物組成的均相體系中時,其催化作用稱為均相催化作用。而當催化劑與反應物處于不同的相時(通常催化劑呈固體,反應物為液體或氣體),其催化作用稱為多相催化(或非均相催化)作用。催化轉化法及催化燃燒法凈化氣態污染物,就屬于多相催化作用。

         

        2.催化作用的特征

        催化作用有兩個顯著的特征。其一,催化劑只能加速化學反應的速度,縮短到達平衡的時間,而不能使平衡移動,也不能使熱力學上不可能發生的反應發生。顯然,催化作用同樣受化學熱力學的支配,不能改變化學熱力學所決定的化學反應的方向和限度。催化劑改變化學反應方向和終點,與此沒有絲毫沖突,它是由催化劑多帶帶加熱一個熱力學上可行的、特定的化學反應而引起的。其二,催化作用有特殊的選擇性。一種催化劑在不同的化學反應中表現出明顯不同的活性;而對相同的反應物,選擇不同的催化劑就可得到不同的產物。

         

        催化作用的這兩個基本特征是催化反應理論研究的中心問題。

         

        催化作用原理

        催化作用的化學本質早就為化學界的先驅所認識。門捷列夫指出:在所謂接觸或催化現象中,能夠找到互相作用的中間形式。鮑列斯科夫在實驗研究中發現:一定化學組成的催化劑,它們的比活性大致一樣,而與各自的制備方法無關。這兩個結論說明,催化劑是參與化學反應的,它對化學反應的催化作用首先是為本身的化學組成所決定。

         

        當發生A+B→C的反應,若無催化劑參與反應,反應所需的活化能為Eo,若有催化劑象

          K參與反應,則改變了反應的途徑,使反應分成幾個階段,其中這樣兩步的活化能分別為E1和E2.如上所述,可設想反應按兩步進行:

        第一步    A+K→AK(中間產物)     活化能E1

        第二步    AK+B→C+K            活化能E2

          眾所周知,化學反應是通過反應物分子之間的碰撞而實現的。而實際上并不是每次碰撞都能導致化學反應,只有當分子具有足夠的能量時,碰撞才能引起化學反應。這種能引起化學反應的碰撞稱為有效碰撞。進行有效碰撞的分子稱為活化分子。而活化分子應具有的最低能量與平均分子能量之差就稱為活化能。顯然活化能越小,反應越容易進行?;瘜W反應動力學研究表明,反應速度是隨活化能的下降而呈指數規律上升的。實驗也證明,催化劑加速化學反應速度,正是通過降低活化能而實現的。如前所述,催化劑使化學反應沿新途徑進行。新的反應歷程往往由一系列基元反應組成,而每個基元反應的活化能都明顯小于原反應的活化能,從而大大加速了化學反應速度。


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