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催化剂能否提高竞争反应的平衡转化率?这是一个让人焦头烂额的问题……

2022-12-09 20:32 作者:星弦之海-Aurora  | 我要投稿

学习中学化学的过程中,常常见到诸如“催化剂不改变平衡转化率”这样的观点,实际上,对于单一反应,催化剂只是同时改变正向和逆向反应的活化能,从而引发化学反应速率的改变。从这个角度理解,上面的观点的确成立。

但是,如果存在竞争反应,这时还能这么认为吗?

不妨定性分析一下。高选择性催化剂的存在,相当于让反应物中有更多的部分生成了目标物质。

于是我建构了一个反应模型:

假设有如下两个竞争反应,二者的反应物都是相同的。简便起见,假设生成物都只有一种。



这里没有考虑二氧化碳和碳单质的反应

此时,温度极高,以至于碳已经汽化。故所有物质都是气体。

我们希望Ⅰ发生,同时为了简化计算,按照1:1投入A和B。

在1L的容器里投入1mol的A,B。

选择性有多种定义方式,这里采取较为简单的一种。

选择性定义为:目的产物的产率/碳的转化率

在一定温度下,两个反应的平衡常数之比为定值,不妨设选择性为δ,反应一的平衡转化率为σ,反应一发生xmol,反应二发生ymol.

下图是UP的计算过程。

我们来验证一下计算结果:

这里令K=1

结果似乎很合理,但是……真的是如此吗?

要知道,如果给定K1,K2和反应物的量,一定可以解出对应的x,y,也就是说,一定可以解出体系中各个组分物质的量

奇怪的事情发生了!请各位看下图:

只看(0,0)到(1,1)这个区域

我们解出了x,y(图中蓝线和绿线的交点),但是这个点和选择性没有任何关系!

这是为什么?!

网上是这么认为的:

也有说法认为,选择性影响的是反应速率之比,对平衡转化率不构成影响,好像也很有道理……

现在已经糊了啊兄弟们

化学平衡,你让我怎么理智!

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