1、2022-1-24111.13 催化作用的通性催化作用的通性 存在少量就能显著地加快化学反应的速率，而本身并存在少量就能显著地加快化学反应的速率，而本身并不损耗的物质称为不损耗的物质称为催化剂催化剂。 催化剂是通过参加化学反应来加快反应速率的，但是催化剂是通过参加化学反应来加快反应速率的，但是反应的结果，本身却能够复原。催化剂的这种作用称为反应的结果，本身却能够复原。催化剂的这种作用称为催催化作用化作用。有时，某些反应的产物也具有加速反应的作用，。有时，某些反应的产物也具有加速反应的作用，则称为则称为自动催化作用自动催化作用。催化反应催化反应均相催化反应均相催化反应 催化剂与反应物同处一相催化
2、剂与反应物同处一相多相催化反应多相催化反应 催化剂在反应系统中自处一相催化剂在反应系统中自处一相1. 引言引言2022-1-242 催化剂参与反应催化剂参与反应, 但反应终了时但反应终了时, 其化学性质和数量均不变其化学性质和数量均不变. 催化剂只能缩短达到平衡的时间催化剂只能缩短达到平衡的时间, 而不能改变平衡状态而不能改变平衡状态. 催催化剂同时提高正向和逆向反应速率化剂同时提高正向和逆向反应速率.11 kkK 催化剂不改变反应系统的始末状态催化剂不改变反应系统的始末状态, 当然也不改变反应热当然也不改变反应热. 催化剂对反应的加速作用具有选择性催化剂对反应的加速作用具有选择性. 如如25
3、0时时, 乙烯与空乙烯与空气中氧反应气中氧反应, 可能平行地生成环氧乙烷可能平行地生成环氧乙烷, 乙醛乙醛, 或或CO2和和H2O. 用银催化剂只选择性地加速生成环氧乙烷的反应用银催化剂只选择性地加速生成环氧乙烷的反应; 用钯催化用钯催化剂只加速生成乙醛的反应剂只加速生成乙醛的反应. 对连串反应对连串反应, 合适的催化剂可使合适的催化剂可使反应停留在某一步或几步反应停留在某一步或几步.%100 原原料料的的总总转转化化量量量量转转化化为为目目的的产产品品的的原原料料选选择择性性2. 催化剂的基本特征催化剂的基本特征2022-1-243乙醇在不同催化剂的选择性作用下可转化为乙醇在不同催化剂的选择
4、性作用下可转化为 20多种产品多种产品: .OHOHHCHOHCHCHCHCHC450400OCrZnOOHO)HC(C250OAlOHHCC360350ThOOAlHCHOCHC250200CuOHHC294Na2222o322252o32242o23223o52或或 合成氨反应的催化剂选择性为合成氨反应的催化剂选择性为100%.3 Fe OAlO,K 22NH2H3N322 2022-1-244催化剂的作用机制催化剂的作用机制: 催化剂与反应物生成不稳定的中间化合物催化剂与反应物生成不稳定的中间化合物, 改变了反应途径改变了反应途径, 降低了表观活化能降低了表观活化能, 或增大了表观频率因
5、子或增大了表观频率因子.假设催化剂能加速反应假设催化剂能加速反应A+B AB, 若机理为若机理为KABBAKAKK A211 kkk若对行反应能很快达到平衡若对行反应能很快达到平衡, 则则KA11AKKAAK11 ,cckkccccKkkc BABAK112BAK2ABddckcccckkkccktc 总反应速率为总反应速率为3催化反应的一般机理及速率常数催化反应的一般机理及速率常数K112ckkkk 故表观速率常数故表观速率常数2022-1-245RTERTEEEaaaaecAecAAA k K0K1122,1,1,211 EEEE 表表观观活活化化能能只要催化反应的表观活化能只要催化反应的
6、表观活化能E小于非催化反应的活化能小于非催化反应的活化能E0 , 则则在指前因子变化不大时反应速率在指前因子变化不大时反应速率显然是要增加的显然是要增加的.上述机理可用能上述机理可用能峰示意图表示峰示意图表示.势势能能A+B+KAK+BAB+KAKABKABE1E1E2EE0反应途径反应途径 活化能与反应途径示意图活化能与反应途径示意图不难推想不难推想, 那些不易与反应物那些不易与反应物作用作用, 或虽能作用但将生成稳定中或虽能作用但将生成稳定中间化合物的物质间化合物的物质, 不能成为催化剂不能成为催化剂.4. 催化反应的活化能催化反应的活化能2022-1-246 但有时在活化能相差不大的情况
7、下但有时在活化能相差不大的情况下, 催化反应的速率却相催化反应的速率却相差很大差很大. 如甲酸的分解反应如甲酸的分解反应 HCOOH H2 + CO2 在不同催化剂表面上的速率相差很大在不同催化剂表面上的速率相差很大. 在玻璃或铑上的活化能在玻璃或铑上的活化能几乎相等几乎相等, 而反应速率相差而反应速率相差10000倍倍. 这可能由于铑的单位表面这可能由于铑的单位表面上的活性中心大大超过玻璃上的活性中心大大超过玻璃, 而使两者的表观指前因子相差悬而使两者的表观指前因子相差悬殊所造成的殊所造成的.甲酸在不同表面上的分解速率甲酸在不同表面上的分解速率表表面面E/kJ mol1相相对对速速率率玻玻璃璃1021金金9840银银13040铂铂922000铑铑10410000
