為什么催化劑制備第一步要進(jìn)行熱力學(xué)分析
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-07分類:催化劑及助劑瀏覽:128
反應(yīng)活化能是動(dòng)力學(xué)研究范疇,它可以用來(lái)計(jì)算反應(yīng)速率與反應(yīng)物、催化劑濃度之間的關(guān)系。而實(shí)際耗能是熱力學(xué)范疇,它可以計(jì)算反應(yīng)在什么情況下可以自發(fā)發(fā)生和反應(yīng)吸熱或放熱的大小。由熱力學(xué)計(jì)算出的自發(fā)反應(yīng)不一定能夠發(fā)生。因?yàn)樗姆磻?yīng)速率可能很慢,比如氫氣和氧氣混合,無(wú)催化劑在室溫下根本無(wú)法反應(yīng),所以需要?jiǎng)恿W(xué)計(jì)算反應(yīng)活化能以及頻率因子,使反應(yīng)加快或減慢(通過(guò)改變溫度或催化劑)。化學(xué)動(dòng)力學(xué)是物理化學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科,其所要探討的主要課題是從動(dòng)態(tài)角度由宏觀唯象到微觀分子水平探索化學(xué)反應(yīng)全過(guò)程的速率和機(jī)理,即研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的速率,化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中諸內(nèi)因(結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等)和外因(濃度、溫度、催化劑、輻射等)對(duì)反應(yīng)速率(包括方向變化)的影響以及探討能夠解釋這種反應(yīng)速率規(guī)律的可能機(jī)理,為最優(yōu)化提供理論根據(jù),以滿足生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求。化學(xué)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)都是物理化學(xué)兩大重要分支學(xué)科,它們各有不同的研究?jī)?nèi)容。化學(xué)熱力學(xué)的任務(wù)是討論化學(xué)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化的衡算以及解決在一定條件下進(jìn)行某一化學(xué)反應(yīng)的方向和限度問(wèn)題。它討論體系的平衡性質(zhì),不考慮時(shí)間因素和過(guò)程細(xì)節(jié)。而化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究完成化學(xué)反應(yīng)過(guò)程所需時(shí)間、影響條件以及實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的具體步驟(機(jī)理)。一句話,化學(xué)熱力學(xué)只回答化學(xué)反應(yīng)的可能性問(wèn)題;而化學(xué)動(dòng)力學(xué)才回答化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題。阿侖尼烏斯(Arrhenius)公式: k=A*e^(-Ea/RT) 活化分子具有的最低(或平均)動(dòng)能與分子平均動(dòng)能的差值,就成為活化能Ea。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能在42~420kJ/mol之間。 1. 溫度與反應(yīng)速率呈指數(shù)關(guān)系,即影響顯著; 2. A(指前因子,和何種反應(yīng)有關(guān))相似的化學(xué)反應(yīng),活化能相對(duì)小的,反應(yīng)速率相對(duì)大; 3. 溫度一定,活化能越大的反應(yīng),反應(yīng)速率越小;溫度變化時(shí),活化能越大的反應(yīng),反應(yīng)速率變化越大。應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中,不僅需要考慮要為反應(yīng)提供多少能量(熱力學(xué)),還要考慮反應(yīng)速率的大小(動(dòng)力學(xué)),否則產(chǎn)品生產(chǎn)速率太低。例如合成氨的反應(yīng)是一個(gè)放熱的、氣體總體積縮小的可逆反應(yīng),在實(shí)際生產(chǎn)中,僅僅考慮如何最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量問(wèn)題(化學(xué)平衡的移動(dòng)問(wèn)題,熱力學(xué))還不行,還需要考慮單位時(shí)間里的產(chǎn)量問(wèn)題(化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題,動(dòng)力學(xué))。熱力學(xué)要求低溫高壓使反應(yīng)能夠發(fā)生,動(dòng)力學(xué)可以考慮加催化劑以加快反應(yīng)進(jìn)行。但在低溫下反應(yīng)速率太低,所以動(dòng)力學(xué)要求適當(dāng)提高溫度,但不能太高,否則產(chǎn)率低(熱力學(xué)原理),故一般控制在500度. 建議你最好看看《物理化學(xué)》
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