Тема 1.4 Катализ

Студент должен:

иметь представление о:

• механизме гетерогенного катализа;

• технологических процессах: с участием катализаторов, гидрирования, окисления, крекинга, риформинга;

• поверхностной свободной энергии молекул на границе раздела фаз.

Знать:

• основные понятия и определения катализа;

• основны гомогенного катализа;

• определение и примеры автокатализа;

• способы управления химико-технологическими процессами с участием катализаторов;

• физический смысл адсорбции и факторы, влияющие на процесс ад сорбции;

• виды адсорбции, графическое отображение процесса адсорбции в координатах Г - Р, области применения адсорбции;

• применение катализаторов в технологических процессах нефтегазопереработки и нефтехимии на региональных предприятиях.

Поверхностные явления и адсорбция. Адсорбция на поверхности твердого тела. Изотерма адсорбции. Уравнение Фрейндлиха и Ленгмюра. Ионообменная адсорбция. Понятие о хроматографии. Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Катализ и экология. Значение каталитических процессов в химической технологии.

Методические указания

В этой теме надо усвоить такие вопросы, как: закон действия масс, молекулярность и порядок реакций, зависимость скорости реакции от температуры. Особое внимание надо обратить на энергию активации, и её физический смысл. Четко знать определения гомогенного и гетерогенного катализа, современные представления о механизме и теориях гетерогенного катализа. Знать принцип минимума свободной энергии в применении к каталитическим процессам. При изучении процесса катализа обратите внимание на механизм этого процесса и значение катализа для промышленности и в решении ряда экологических вопросов.

Лабораторная работа 4

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое катализ и автокатализ?

2. Механизм гомогенного катализа (дать в общем виде и на конкретном примере).

3. Теории гетерогенного катализа.

Литература: [1], с.168-177; [2], с.129-132, 143-150; [3], с.124-127

Тема 1.5 Химическое равновесие

Студент должен:

иметь представление о:

• химическом потенциале и его использовании в определении направления процесса и состояния химического равновесия в гомогенных системах;

• химическом сродстве вещества.

Знать:

• основные свойства химического равновесия и константы равновесия реакции;

• способы расчета констант химического равновесия и равновесных концентраций;

• практическое значение константы химического равновесия, уравне­ния изотермы химической реакции при ведении химико-технологического процесса;

• взаимосвязь изменения энергии Гиббса и Гельмгольца в ходе про­текания химической реакции и в результате химического сродства вещества;

• результат количественного влияния температуры и давления на хи­мическое равновесие реакции.

Уметь:

• составлять уравнения определения константы равновесия для гомо­генных и гетерогенных реакций и рассчитывать их;

• применять константы равновесия в вычислениях основных параметров химико-технологических процессов;

• объяснять качественное влияние внешних факторов на смешение хи­мического равновесия;

• объяснять качественное влияние внешних факторов на смешение хи­мического равновесия;

• определять полезную работу химической реакции по уравнению изо­термы и предсказывать возможность протекания и направление хи­мико-технологического процесса.

Владеть навыками:

• определения смешения химического равновесия качественным и ко­личественным методами;

• характеризовать реакционную способность химической системы.

Обратимость химических реакций. Прямая и обратная реакции. Закон действующих масс. Условия истинного химического равновесия в гомогенных системах.

Константа равновесия реакции. Способы выражения констант равновесия, взаимосвязь между константами равновесия, выраженными через концентрации и парциальные давления. Зависимость константы равновесия от различных факторов.

Факторы, влияющие на положение равновесия. Принцип Ле Шателье, его практическое применение. Рекционная способность системы. Химическое сродство. Уравнение изотермы химической реакции. Его практическое применение. Стандартная энергия Гиббса и Гельмгольца.

Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Определение оптимальных условий ведения химических реакций.

Методические указания

Изучая эту тему, обратите внимание на то, что при расчете константы равновесия в числителе пишут концентрации или парциальные давления конечных веществ, а в знаменателе – исходных (с учетом стехиометрических коэффициентов). Если же реакция гетерогенная, то при расчете константы равновесия К_р учитываются только газообразные вещества. Уделите больше внимания принципу Ле Шателье, который говорит о направлении смещения химического равновесия при изменении внешних условий.

Самое главное при изучении уравнений изотермы, изохоры и изобары – это их применение.

Особое внимание заслуживает вопрос об истинном химическом равновесии, так как истинным (или устойчивым) равновесием называется такое состояние системы, которое не изменяется с течением времени при неизменных внешних условиях, причем эта неизменяемость не обусловлена протеканием какого-либо внешнего процесса. Если внешние условия изменяются, то состояние равновесия нарушается, но через некоторое время наступает новое состояние равновесия.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое истинное равновесие?

2. Каковы признаки истинного равновесия?

3. Вывести константы равновесия К_с и К_р и их взаимосвязь. От чего зависят и от чего не зависят эти константы равновесия?

4. Сформулировать принцип Ле Шателье.

5. Как влияют температура, давление, концентрация на смещение равновесия?

6. Для чего и как применяются уравнения изохоры и изобары?

Литература: [1], с.131-151; [2], с.152-172

Контрольная работа 1