Вопрос 43.Области применения катализаторов

Катализаторы, вещества, изменяющие скорость химических реакций посредством многократного промежуточного химического взаимодействия с участниками реакций и не входящие в состав конечных продуктов (см. Катализ).Катализаторы повсеместно распространены в живой природе и широко используются в промышленности. Более 70% всех химических превращений веществ, а среди новых производств более 90% осуществляется с помощьюкатализаторов. Различные катализаторы, выпускаемые промышленностью, классифицируются по типу катализируемых реакций (кислотно-основные, окислительно-восстановительные); по группам каталитических процессов или особенностям их аппаратурно-технологического оформления (например, катализаторы синтезааммиака, крекинга нефтепродуктов, катализаторы для использования в псевдоожиженном слое); по природе активного вещества (металлические, окисные, сульфидные, металлоорганические, комплексные и т.д.); по методам приготовления. Некоторые виды катализаторов, используемых в промышленности, приведены в табл. При помощи белковых катализаторов — ферментов — осуществляется обмен веществ у всех живых организмов.

Масштабы каталитических процессов в промышленности увеличиваются с каждым годом. Все более широкоеприменение находят катализаторы для нейтрализации веществ, загрязняющих окружающую среду.Возрастает роль катализаторов в производстве углеводородов и кислородсодержащих синтетических топливиз газа и угля. Весьма перспективным представляется создание топливных элементов для экономичногопреобразования энергии топлива в электрическую энергию. Новые концепции катализа позволят получатьполимерные материалы и другие продукты, обладающие многими ценными свойствами, усовершенствоватьметоды получения энергии, увеличить производство пищевых продуктов, в частности путем синтеза белков изалканов и аммиака с помощью микроорганизмов. Возможно, удастся разработать генно-инженерныеспособы получения ферментов и металлоорганических соединений, приближающихся по своейкаталитической активности и селективности к природным биологическим катализаторам.

Вопрос 17 Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции — отнесенное к изменению химической переменной количество теплоты, полученное системой, в которой прошла химическая реакция и продукты реакции приняли температуру реагентов.

Если реакцию проводят при стандартных условиях при Т = 298 К = 25 ˚С и Р = 1 атм = 101325 Па, тепловой эффект называют стандартным тепловым эффектом реакции или стандартной энтальпией реакции ΔHrO. В термохимии стандартный тепловой эффект реакции рассчитывают с помощью стандартных энтальпий образования по закону Гесса.

ΔHреакцииO = ΣΔHfO (продукты) — ΣΔHfO (реагенты)

Чтобы рассчитать температурную зависимость энтальпии реакции, необходимо знать мольные теплоемкости веществ, участвующих в реакции. Изменение энтальпии реакции при увеличении температуры от Т1 до Т2 рассчитывают по закону Кирхгофа (предполагается, что в данном интервале температур мольные теплоемкости не зависят от температуры и нет фазовых превращений):

^H(T2)=^H(T1)+S^cp(T1,T2)dT

Если в данном интервале температур происходят фазовые превращения, то при расчёте необходимо учесть теплоты соответствующих превращений, а также изменение температурной зависимости теплоемкости веществ, претерпевших такие превращения:

где ΔCp(T1,Tf) — изменение теплоемкости в интервале температур от Т1 до температуры фазового перехода; ΔCp(Tf,T2) — изменение теплоемкости в интервале температур от температуры фазового перехода до конечной температуры, и Tf — температура фазового перехода.

Вопрос 44 Кинетика гетерогенных каталитических реакций очень сложна, так как на основную химическую реакцию накладывается ряд физических явлений.

Каталитический процесс на твердом катализаторе состоит из следующих стадий:

1) подведение реагентов к внешней поверхности катализатора;

2) диффузия реагентов в порах катализатора к внутренней его поверхности (для пористых катализаторов);

3) адсорбция реагентов на поверхности катализатора;

4) собственно химическая реакция;

5) десорбция продуктов реакции;

6) диффузия лродуктав реакции с внутренней и

7) - с внешней поверхностей катализатора. Скорость суммарного процесса определяется скоростью одной наиболее медленной стадии, если скорость других стадий достаточно велика.