化学反应动力学—化学反应速率.pdf

补充 补充 化学反应动力学基础化学反应动力学基础 反应速率与反应机理反应速率与反应机理 什么是化学动力学 什么是化学动力学 化学反应速率的含义及其表示法化学反应速率的含义及其表示法 浓度与反应速率 微分速率方程与反应级数浓度与反应速率 微分速率方程与反应级数 温度与反应速率 活化能与反应速率理论温度与反应速率 活化能与反应速率理论 反应机理反应机理 催化作用催化作用 化学动力学前沿话题化学动力学前沿话题 Ahmed Zewail Caltech USA 1999 年度诺贝尔化学奖获得者年度诺贝尔化学奖获得者 for his studies of the transition states of chemical reactions using femtosecond spectroscopy http nobelprize org 1 1 什么是化学动力学 什么是化学动力学 瞬间完成的炸药爆炸反应瞬间完成的炸药爆炸反应 大西洋底泰坦尼克号大西洋底泰坦尼克号 船首的腐蚀过程船首的腐蚀过程 NO CO NO g CO g 1 2N2 g CO2 g rGm 298 334 kJ mol 1 Kp 1 9 1060 298 K 若该反应能发生 则可解决尾气污染问题 实际上 尽管该反应若该反应能发生 则可解决尾气污染问题 实际上 尽管该反应 的限度很大 但反应速率极慢 不能付诸实用 研制该反应的催的限度很大 但反应速率极慢 不能付诸实用 研制该反应的催 化剂是当今人们非常感兴趣的课题 化剂是当今人们非常感兴趣的课题 rGm 298 33 kJ mol 1 Kp 6 1 105 298 K 对于合成氨反应 对于合成氨反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 化学热力学判断常温常压下反应能进行 且转化率很高 但实际化学热力学判断常温常压下反应能进行 且转化率很高 但实际 反应速率太慢 毫无工业价值 反应速率太慢 毫无工业价值 化学平衡和反应速率化学平衡和反应速率 是化学反应问题的两是化学反应问题的两 大不可分割的方面 大不可分割的方面 均十分重要 均十分重要 化学动力学的任务 化学动力学的任务 1 1 化学反应的速率问题化学反应的速率问题 2 2 化学反应的机理问题化学反应的机理问题 化学反应速度是用来表示化学反应进行快慢程度的标量 通常可化学反应速度是用来表示化学反应进行快慢程度的标量 通常可 以用反应物浓度或产物浓度随时间的变化率来表示 在一般化学反应以用反应物浓度或产物浓度随时间的变化率来表示 在一般化学反应 式中 反应物与生成物的计量系数不相同 因而用反应物或生成物浓式中 反应物与生成物的计量系数不相同 因而用反应物或生成物浓 度随时间的变化率表示同一反应的速率时 其数值就会不同 度随时间的变化率表示同一反应的速率时 其数值就会不同 在高中化学里 在高中化学里 如反应如反应 2NO2NO O O2 2 2NO2NO2 2我们说该反应的反应速率我们说该反应的反应速率 是以反应各物质的前后浓度变化和时间的比值来衡量 可用下式来是以反应各物质的前后浓度变化和时间的比值来衡量 可用下式来 表示表示 但这种反应速率只能称为平均反应速率 即是指单位时间内单位体但这种反应速率只能称为平均反应速率 即是指单位时间内单位体 积内物质的量的改变 积内物质的量的改变 C NOn NO tt 或 2 化学反应速率的含义及其表示法化学反应速率的含义及其表示法 化学反应速率的含义及其表示法化学反应速率的含义及其表示法 反应速率的定义 反应速率的定义 单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值 单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值 一般用一般用v表示 表示 H2O2 aq H2O l 1 2O2 g 室温室温 I 00 80 200 400 40 20 0 020 400 200 20 20 0 010 600 100 10 20 0 0050 800 0500 050 20 0 0025 min t 3 22 dmmol O H 13 22 mindmmol t O H 反应 速率 我们现在学习我们现在学习的反应速率应当是瞬时反应速率 即是某一点上浓度的反应速率应当是瞬时反应速率 即是某一点上浓度 与时间的比值 也就是经过这一点的切线的斜率 如下图 与时间的比值 也就是经过这一点的切线的斜率 如下图 t r t r d P d d R d PR p R 从平均速率到瞬时速率 从平均速率到瞬时速率 H2O2 t v 平均速率平均速率 H2O2 t v lim t 0 d H2O2 dt 化学反应在化学反应在 t 时刻的瞬时速率时刻的瞬时速率 aA bB cC dD 用反应物浓度变化和用生成物浓度变化表示的差异用反应物浓度变化和用生成物浓度变化表示的差异 现行国际单位制的建议现行国际单位制的建议 v d A dt 1 a d B dt 1 b d C dt 1 c d D dt 1 d 按此规定 一个化学反应就只有一个反应速率值 按此规定 一个化学反应就只有一个反应速率值 净反应速率和初速率净反应速率和初速率 化学反应有可逆性 所以实验测定的反应速率实际上是正化学反应有可逆性 所以实验测定的反应速率实际上是正 向速率和逆向速率之差 即净反应速率 向速率和逆向速率之差 即净反应速率 有些化学反应逆速率非常小 可看作是单向反应 有些化学反应逆速率非常小 可看作是单向反应 可逆反应到达平衡状态时 正向反应速率和逆向反应速率可逆反应到达平衡状态时 正向反应速率和逆向反应速率 相等 此时净反应速率等于零 平衡浓度不再随时间变化 相等 此时净反应速率等于零 平衡浓度不再随时间变化 我们把反应刚开始一霎那的瞬时速率称为初速率 记作我们把反应刚开始一霎那的瞬时速率称为初速率 记作v0 反应速率的测定 是通过反应速率的测定 是通过 测定反应物 或产物 浓测定反应物 或产物 浓 度随时间变化而得到的度随时间变化而得到的 化学法是用化学分析的方法来测化学法是用化学分析的方法来测 定不同时间反应物 或产物 的定不同时间反应物 或产物 的 浓度 所用的方法应该是越迅速浓度 所用的方法应该是越迅速 越好 分析时可采用骤冷 稀释 越好 分析时可采用骤冷 稀释 移去催化剂或加入阻化剂使反应移去催化剂或加入阻化剂使反应 减慢或停止 化学法的特点是直减慢或停止 化学法的特点是直 接测出浓度随时间变化的绝对值 接测出浓度随时间变化的绝对值 但费时 操作不变 但费时 操作不变 物理法是测定反应系统的某些物理法是测定反应系统的某些 与浓度相关的物理性质 如 与浓度相关的物理性质 如 压力 体积 颜色 旋光度 压力 体积 颜色 旋光度 折光率 电导 介电常数 电折光率 电导 介电常数 电 动势等 物理法较化学法迅动势等 物理法较化学法迅 速而方便 可用自动的连续的速而方便 可用自动的连续的 记录装置 测量时不必减慢或记录装置 测量时不必减慢或 停止化学反应 停止化学反应 反应速率测定方法反应速率测定方法 3 浓度与反应速率浓度与反应速率 微分速率方程和反应级数微分速率方程和反应级数 1 微分速率方程微分速率方程 以以H2O2分解反应为例 可知反应速率与反分解反应为例 可知反应速率与反 应物浓度密切相关 实验结果表明 应物浓度密切相关 实验结果表明 H2O2 mol dm 3 0 400 200 10 0 0140 00750 0038 mindm mol d Od H 1322 t v 式中比例常数式中比例常数k叫作反应速率常数 可看作浓度为叫作反应速率常数 可看作浓度为1 mol dm 3 时的反应 时的反应 速率 上式表示反应速率与反应物浓度的关系 叫微分速率方程 速率 上式表示反应速率与反应物浓度的关系 叫微分速率方程 v d H2O2 dt k H2O2 CO g NO2 g CO2 g NO g 反应物的浓度与初速率反应物的浓度与初速率 673K 甲甲 组组乙乙 组组丙丙 组组 0 100 100 0050 100 200 0100 100 300 015 0 200 100 0100 200 200 00200 200 300 030 0 300 100 0150 300 200 0300 300 300 045 0 400 100 0200 400 200 0400 400 300 060 13 0 sdmmol v 3 dmmol CO 3 2 dmmol NO v d NO2 dt k CO NO2 d CO dt 13 0 sdmmol v 3 dmmol CO 3 dmmol CO 3 2 dmmol NO 3 2 dmmol NO 13 0 sdmmol v 我们常见的一些化学反应 虽然形式上十分简单 但从化学动力我们常见的一些化学反应 虽然形式上十分简单 但从化学动力 学的观点看 往往是非常复杂的 通常所写的化学方程式绝大部分学的观点看 往往是非常复杂的 通常所写的化学方程式绝大部分 并不代表反应的真正途径 而仅是代表反应的化学计量式 例如并不代表反应的真正途径 而仅是代表反应的化学计量式 例如HCl 的气相合成反应 计量反应式是 的气相合成反应 计量反应式是 HClClH2 22 它不是通过氢分子和氯分子在一次化学碰撞中来实现的 事实上它不是通过氢分子和氯分子在一次化学碰撞中来实现的 事实上 是通过一系列反应来完成的 是通过一系列反应来完成的 MClMClCl ClHClClH HHClHCl MClMCl 2 2 2 2 4 3 2 2 1 式中式中M指反应器壁或其他第三体的分子 惰性物质 只起传递能量指反应器壁或其他第三体的分子 惰性物质 只起传递能量 作用 计量方程式只是表示一系列反应 作用 计量方程式只是表示一系列反应 1 4 的总结果 的总结果 2 基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应 化学反应速率与路径有关 有些反应的历程很简单 反应化学反应速率与路径有关 有些反应的历程很简单 反应 物分子相互碰撞 一步就起反应变成生成物 物分子相互碰撞 一步就起反应变成生成物 这种反应叫基元反应 这种反应叫基元反应 多数反应的历程多数反应的历程 较为复杂 反应物分较为复杂 反应物分 子要经过几步 才能子要经过几步 才能 转化为生成物 叫非转化为生成物 叫非 基元反应 基元反应 基元反应的质量作用定律基元反应的质量作用定律 在恒温条件下 基元反应的反应速率与反应物浓度的乘积在恒温条件下 基元反应的反应速率与反应物浓度的乘积 成正比 各浓度的方次也与反应物的系数相一致 这个规律称成正比 各浓度的方次也与反应物的系数相一致 这个规律称 为质量作用定律 为质量作用定律 aA bB cC v d A dt 1 a d B dt 1 b d C dt 1 c k A a B b 其中速率常数其中速率常数k是化学反应在一定温度的特征常数 即是化学反应在一定温度的特征常数 即k由反应的由反应的 性质和温度决定 而与浓度无关 性质和温度决定 而与浓度无关 非基元反应的速率方程非基元反应的速率方程 比较复杂 浓度的方次和反应物的系数不一定相符 须比较复杂 浓度的方次和反应物的系数不一定相符 须 由实验测定 由实验测定 S2O82 3I 2SO42 I3 0 0380 0601 4 10 5 0 0760 0602 8 10 5 0 0760 0301 4 10 5 3 0 2 82 dmmol O S 3 0 dmmol I d S2O82 dt k S2O82 I 13 2 82 sdmmol dOd S t 化学平衡常数式中平衡浓度的方次和化学方程式里的计量化学平衡常数式中平衡浓度的方次和化学方程式里的计量 系数总是一致的 按化学方程式即可写出平衡常数式 因系数总是一致的 按化学方程式即可写出平衡常数式 因 为化学平衡只取决于反应的始态和终态而与路径无关 为化学平衡只取决于反应的始态和终态而与路径无关 但化学反应速率与路径密切相关 速率式中浓度的方次一但化学反应速率与路径密切相关 速率式中浓度的方次一 般要由实验确定 不能直接按化学方程式的计量系数写出 般要由实验确定 不能直接按化学方程式的计量系数写出 3 反应级数及各级反应的特点反应级数及各级反应的特点 速率方程式里浓度的方次叫作反应的级数 要正确写出速率方程式速率方程式里浓度的方次叫作反应的级数 要正确写出速率方程式 表示浓度与反应速率的关系 必须由实验测定速率常数和反应级数 表示浓度与反应速率的关系 必须由实验测定速率常数和反应级数 化学反应按反应级数可以分为一级 二级 三级以及零级反应等 化学反应按反应级数可以分为一级 二级 三级以及零级反应等 各级反应都有特定的浓度 时间关系 确定反应级数是研究反应速各级反应都有特定的浓度 时间关系 确定反应级数是研究反应速 率的首要问题 率的首要问题 CO g NO2 g CO2 g NO g v d NO2 dt k CO NO2 d CO dt 上述反应对反应物上述反应对反应物CO来说是来说是1级反应 对反应物级反应 对反应物NO2来说也来说也 是是1级反应 总反应为级反应 总反应为1 1 2级反应 级反应 一级反应的特征一级反应的特征 凡是反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应都是一级凡是反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应都是一级 反应 例如 反应 例如 H2O2H2O 1 2O2 N2O52NO2 1 2O2 RaRn He 226 88 222 86 4 2 对于一级反应对于一级反应A P v d A dt k A 设始态设始态 t 0时 时 A的浓度为的浓度为 A 0 终态时间为 终态时间为t时 时 A的浓度为的浓度为 A 积分可得 积分可得 ln A ln A 0 kt 或或lg A lg A 0 kt 2 30 lg A 与与t呈直线关系是一级反应的特征 并由直线斜率可计呈直线关系是一级反应的特征 并由直线斜率可计 算速率常数算速率常数k 一级反应速率常数 一级反应速率常数k的单位为的单位为s 1 N2O5在在CCl4溶剂中的分解反应速率溶剂中的分解反应速率 318K t s0400800120016002000 N2O5 mol dm 31 401 100 870 680 530 42 lg N2O5 0 146 0 041 0 06 0 0 17 0 28 0 38 N2O5分解反应的分解反应的lg N2O5 t图图 N2O5分解反应的分解反应的 N2O5 t图图 k 6 23 10 4 s 1 半衰期半衰期 t1 2 将一级反应速率方程改写为 将一级反应速率方程改写为 lg A A 0 kt 2 303 当当 A A 0 2时 此刻的反应时间时 此刻的反应时间t t1 2 也就是反应进行一半 也就是反应进行一半 所需的时间 称为半衰期所需的时间 称为半衰期 t1 2 显然 显然 t1 2 0 693 k 即 一级反应的半衰期与反应物浓度无关 由速率常数决定 这即 一级反应的半衰期与反应物浓度无关 由速率常数决定 这 也是一级反应的另一种表达式 也是一级反应的另一种表达式 将将N2O5分解反应的分解反应的k代入上式 则有 代入上式 则有 t1 2 1 11 103 s 即每隔即每隔1110秒反应物秒反应物N2O5就分解一半 就分解一半 二级反应的特征二级反应的特征 凡是反应速率与反应物浓度二次方成正比的都是二级反应 凡是反应速率与反应物浓度二次方成正比的都是二级反应 例如 例如 CO NO2 CO2 NO S2O82 3I 2SO42 I3 2HI H2 I2 对于二级反应 对于二级反应 B P v d B dt k B 2 积分可得 积分可得 反应物浓度倒数与时间反应物浓度倒数与时间t呈线性关系是二级反应的特征 呈线性关系是二级反应的特征 1 B kt 1 B 0 HI g 的分解反应速率的分解反应速率 t h HI mol dm 3 HI 1 mol dm 3 1 01 001 0 20 502 0 40 333 0 60 254 0 k 0 50 mol 1 dm3 h 1 二级反应速率常数二级反应速率常数k的单位为 的单位为 mol 1 dm3 s 1 三级反应的特征三级反应的特征 凡反应速率与反应物浓度三次方成正比的是三级反应 凡反应速率与反应物浓度三次方成正比的是三级反应 三级反应为数较少 例如三级反应为数较少 例如 2NO Br2 2NOBr 2NO O2 2NO2 对于基元反应对于基元反应A B C P 当反应物浓度都相等时 可用 当反应物浓度都相等时 可用 3C P 代表三级反应 并有代表三级反应 并有 2kt v d C dt k C 3 积分可得 积分可得 1 C 2 1 C 02 零级反应的特征零级反应的特征 凡反应速率与浓度无关 即与浓度的零次方成正比 的反应属于零凡反应速率与浓度无关 即与浓度的零次方成正比 的反应属于零 级反应 已知的零级反应中最多是在表面上发生的多相反应 如级反应 已知的零级反应中最多是在表面上发生的多相反应 如 零级反应实际上是匀速反应 零级反应实际上是匀速反应 k的单位是的单位是mol dm 3 s 1 对于零级反应 对于零级反应 D P v d D dt k D 0 k 积分可得 积分可得 D D 0 kt 2N2O2N2 O2 Au N2O在金表面的热分解速率在金表面的热分解速率 t min N2O mol dm 3 00 100 200 080 400 060 600 040 800 020 1000 k 0 0010 mol dm 3 s 1 一级反应一级反应 lg A 对对 t 作图呈直线作图呈直线斜率斜率 k 2 30 二级反应二级反应 1 B 对对 t 作图呈直线作图呈直线斜率斜率 k 三级反应三级反应 1 C 2 对对 t 作图呈直线作图呈直线斜率斜率 2k 零级反应零级反应 D 对对 t 作图呈直线作图呈直线 D D0 kt 斜率斜率 k 1 A d d A k t 2 B d d B k t 3 C d d C k t Kk t 0 D d d D t k lgAlg 302 A 0 kt 0 B 1 B 1 kt2 C 1 C 1 2 0 4 温度与反应速率 活化能与反应速率理论温度与反应速率 活化能与反应速率理论 在不同温度下反应在不同温度下反应2N2O5 4NO2 O2的速率常数的速率常数 T Kk s 1lg k 3382 96 10 3487 10 5 2 31 3283 05 10 3150 10 5 2 82 3183 15 10 349 8 10 5 3 30 3083 25 10 313 5 10 5 3 87 2983 36 10 33 46 10 5 4 46 1 K 1 T N2O5分解反应的分解反应的图图 实验事实实验事实 温度越高反温度越高反 应进行越快 温度越低反应应进行越快 温度越低反应 进行越慢 化学家们研究了进行越慢 化学家们研究了 许多化学反应速率与温度许多化学反应速率与温度T 的关系之后 发现以下线性的关系之后 发现以下线性 关系关系 lg k A B T 反应速率与温度的关系反应速率与温度的关系 根据经验根据经验 升高温度可以使反应速度加快 但也不完全是 各种化升高温度可以使反应速度加快 但也不完全是 各种化 学反应的速度与温度的关系相当复杂 目前已知的有学反应的速度与温度的关系相当复杂 目前已知的有5 5种类型种类型 1889年年 Arrhenius根据上述实验事实 并参考根据上述实验事实 并参考 van t Hoff 1884年从热力学函数导出的平衡常数年从热力学函数导出的平衡常数K 与温度与温度T的关系式 的关系式 1 Arrhenius反应速率经验公式反应速率经验公式 Arrhenius方程方程 瑞典物理化学家阿仑尼乌斯瑞典物理化学家阿仑尼乌斯 1859 1927 电离理论创立者电离理论创立者 提出了以下反应速率经验公式 提出了以下反应速率经验公式 1 lg 2 30 aE kC RT 或写成或写成 k Aexp Ea RT 其中其中Ea叫作实验活化能 它是宏观物理量 具有统计平均意义 叫作实验活化能 它是宏观物理量 具有统计平均意义 对基元反应来说 对基元反应来说 Ea等于活化分子的平均能量与反应分子平均能量等于活化分子的平均能量与反应分子平均能量 之差 对于复杂反应 之差 对于复杂反应 Ea的直接物理意义就含糊了 因此由实验求得的的直接物理意义就含糊了 因此由实验求得的 Ea也叫作 表观活化能 也叫作 表观活化能 Ea的单位为的单位为J mol 1 A为频率因子 为频率因子 1 lg 2 30 H KC RT Arrhenius的基本思维方法 的基本思维方法 反应物分子反应物分子R必须经过一个中间活化状态必须经过一个中间活化状态 R 才能转变成产物 才能转变成产物P R R P Arrhenius提出 活化分子提出 活化分子R 的假想 并且的假想 并且R与与R 处于动态平衡 处于动态平衡 由由R R 需要吸收的能量即为需要吸收的能量即为Ea 即有 即有 RR 作为平衡问题 利用作为平衡问题 利用van t Hoff方程 而得到方程 而得到Arrhenius 公式 公式 Arrhenius的活化分子和活化能的概念已为人们所接受 但对于活的活化分子和活化能的概念已为人们所接受 但对于活 化能的理论解释至今各家说法不尽相同 各种教科书对这一问题的阐述化能的理论解释至今各家说法不尽相同 各种教科书对这一问题的阐述 也不一致 现在流行的基元反应速率理论是碰撞理论和过渡态理论 也不一致 现在流行的基元反应速率理论是碰撞理论和过渡态理论 活化能的物理意义活化能的物理意义 A B C D The activation energy Ea is the minimum amount of energy required to initiate a chemical reaction Exothermic ReactionEndothermic Reaction 2 基元反应速率理论基元反应速率理论 碰撞理论 碰撞理论 collision theory 3 基元反应速率理论基元反应速率理论 过渡状态理论 过渡状态理论 transition state theory 2H2O2 aq 2H2O l O2 g 加入加入KI 5 催化作用催化作用 N2 g 3H2 g 2NH3 g rGm 298 33 kJ mol 1 Kp 6 1 105 298 K rGm 673 41 7 kJ mol 1 Kp 5 8 10 4 673 K 在无催化剂时 该反应的活化能很高 反应进行的非常缓慢 在无催化剂时 该反应的活化能很高 反应进行的非常缓慢 如果用铁做催化剂 反应速率即可大大加快 机理如下 如果用铁做催化剂 反应速率即可大大加快 机理如下 Fritz Haber 1868 1934 Carl Bosch 1874 1940 合成合成NH3过程中过程中N2的催化吸附的催化吸附 在催化剂的作用下 上述反应过程的活化能显著降低 使活化分子的在催化剂的作用下 上述反应过程的活化能显著降低 使活化分子的 百分数增大 因此大大增大了反应速率 百分数增大 因此大大增大了反应速率 One of the high pressure vessels used for the catalytic synthesis of ammonia The vessel must be able to withstand internal pressures of greater than 250 atm 2N Fe s 3H2 g 2NH3 g 2Fe s N2 g 2Fe s 2N Fe s N2 g 3H2 g 2NH3 g 在实际生产中 通过维持一定的高温在实际生产中 通过维持一定的高温 573 773K 并使用催化剂提高反应速率 通过高压并并使用催化剂提高反应速率 通过高压并 不断移去混合气中的氨 使反应向有利于生成氨不断移去混合气中的氨 使反应向有利于生成氨 的方向进行 的方向进行 催化剂的特点及相关术语催化剂的特点及相关术语 1 催化剂的特点 催化剂的特点 a 显著改变反应速率 显著改变反应速率 b 反应前后自身的组成与数量保持不变 反应前后自身的组成与数量保持不变 c 不影响反应的平衡位置 不影响反应的平衡位置 2 正催化剂和负催化剂正催化剂和负催化剂 凡能加快反应速率的催化剂称为正催化剂 凡能加快反应速率的催化剂称为正催化剂 而减慢反应速率的催化剂称为负催化剂 也常称为抑制剂 而减慢反应速率的催化剂称为负催化剂 也常称为抑制剂 3 均相催化和非均相催化均相催化和非均相催化 化学催化有均相和非均相之分 催化剂 化学催化有均相和非均相之分 催化剂 反应物以及生成物均在同一相 如气相 液相 称为均相催化 反之反应物以及生成物均在同一相 如气相 液相 称为均相催化 反之 称为非均相催化或多相催化 称为非均相催化或多相催化 4 酶催化酶催化 生物体内普遍存在的催化反应 酶是蛋白质类化合物 迄生物体内普遍存在的催化反应 酶是蛋白质类化合物 迄 今已知今已知2000多种酶 属于生物催化 多种酶 属于生物催化 5 光催化 电催化光催化 电催化 属于物理催化范畴 属于物理催化范畴 催化作用的基本原理催化作用的基本原理 催化剂之所以能加快化学反应速率是催化剂之所以能加快化学反应速率是 因为通过改变反应历程降低了活化能 因为通过改变反应历程降低了活化能 由于催化剂同时并以同样程度改变正由于催化剂同时并以同样程度改变正 向反应和逆向反应的速率 因此不会向反应和逆向反应的速率 因此不会 影响平衡位置 只会改变到达平衡的影响平衡位置 只会改变到达平衡的 时间 时间 催化剂参与了反应 但并没有被消耗 催化剂参与了反应 但并没有被消耗 A catalyst provides a new reaction pathway with a lower activation energy thereby allowing more reactant molecules to cross the barrier and form products k A exp Ea RT Eak HCOOH CO H2O H H C O H H H C O H H C H2O O O H O H C O 非均相催化在有机化工 无机化工 石油化工 石油炼制非均相催化在有机化工 无机化工 石油化工 石油炼制 等各生成部门都有广泛的应用 此类催化剂的主体是固态的过等各生成部门都有广泛的应用 此类催化剂的主体是固态的过 渡金属 金属氧化物或金属含氧酸盐 反应物则是气体或液体 渡金属 金属氧化物或金属含氧酸盐 反应物则是气体或液体 催化剂和反应物的物态不同 所以催化过程是非均相的 也称催化剂和反应物的物态不同 所以催化过程是非均相的 也称 为多相催化 这类催化剂之所以能降低活化能 一般是用吸附为多相催化 这类催化剂之所以能降低活化能 一般是用吸附 作用来说明的 作用来说明的 Au Ag Pt Pd Co Ni等过渡元素具有优良的催化性能 但等过渡元素具有优良的催化性能 但 它们都相当稀贵 而催化反应只在表面进行 因此常选用硅胶 它们都相当稀贵 而催化反应只在表面进行 因此常选用硅胶 氧化铝等多孔物质作为载体 将具有催化活性的过渡金属浸渍氧化铝等多孔物质作为载体 将具有催化活性的过渡金属浸渍 于上 于上 1克载体的表面积可达几百平方米 从而大大提高了催化克载体的表面积可达几百平方米 从而大大提高了催化 效率 效率 酶催化酶催化 生物体内普遍存在的催化反应 当底物与酶的活性生物体内普遍存在的催化反应 当底物与酶的活性 基团处于一定的相应空间位置时 两者形成中间活化物 反应历基团处于一定的相应空间位置时 两者形成中间活化物 反应历 程的变化 降低了活化能 加快了反应速率 可用以下锁匙模型程的变化 降低了活化能 加快了反应速率 可用以下锁匙模型 解释 解释 E S ES ES P S The lock an