以合成氨催化為例,說明催化劑各部分的作用
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-18分類:催化劑及助劑瀏覽:88
催化劑是一種它能夠加速反應(yīng)的速率而自身不改變物質(zhì)。它能夠誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生改變,而使化學(xué)反應(yīng)變快或者在較低的溫度環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在有催化劑的環(huán)境下,分子只需較少的能量即可完成化學(xué)反應(yīng)。
催化劑在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中占有極其重要的地位,現(xiàn)在幾乎有半數(shù)以上的化工產(chǎn)品,在生產(chǎn)過程里都采用催化劑。例如,合成氨生產(chǎn)采用鐵催化劑,硫酸生產(chǎn)采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產(chǎn)中,都采用不同的催化劑。
目前認(rèn)為,合成氨反應(yīng)的一種可能機(jī)理,首先是氮分子在鐵催化劑表面上進(jìn)行化學(xué)吸附,使氮原子間的化學(xué)鍵減弱。接著是化學(xué)吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用,在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨。上述反應(yīng)途徑可簡單地表示為:
xFe
+ N2→FexN
FexN +[H]吸→FexNH
FexNH +[H]吸→FexNH2
FexNH2
+[H]吸FexNH3xFe+NH3
在無催化劑時(shí),氨的合成反應(yīng)的活化能很高,大約335
kJ/mol。加入鐵催化劑后,反應(yīng)以生成氮化物和氮?dú)浠飪蓚€(gè)階段進(jìn)行。第一階段的反應(yīng)活化能為126 kJ/mol~167
kJ/mol,第二階段的反應(yīng)活化能為13 kJ/mol。由于反應(yīng)途徑的改變(生成不穩(wěn)定的中間化合物),降低了反應(yīng)的活化能,因而反應(yīng)速率加快了。
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