第七章__化学反应的速率

1、 第七章第七章 化学反应的速率化学反应的速率本章要求：本章要求： 1、了解化学反应速率的概念及反应速率的实验测、了解化学反应速率的概念及反应速率的实验测定。定。 2、了解基元反应、复杂反应、反应级数、反应分、了解基元反应、复杂反应、反应级数、反应分子数的概念。子数的概念。 3、掌握浓度，温度及催化剂对反应速率的影响。、掌握浓度，温度及催化剂对反应速率的影响。 4、了解速率方程的实验测定和阿累尼乌斯公式的、了解速率方程的实验测定和阿累尼乌斯公式的有关计算。有关计算。 5、了解活化能的概念及其与反应速率的关系。、了解活化能的概念及其与反应速率的关系。 7-17-1 化学反应速率及表示法化学反应速率

2、及表示法 11 化学反应速率及表示法化学反应速率及表示法 化学反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化值。化学反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化值。反应速反应速率的单位为率的单位为mol.L 1.s 1 (min 1或或.h 1 )。 有有平均速率和瞬时速率平均速率和瞬时速率之分。之分。 反应速率可选用反应体系中任一物质浓度的变化来表示，因为反应时反应速率可选用反应体系中任一物质浓度的变化来表示，因为反应时各物质变化量之间的关系与化学方程式中计量系数间的比是一致的。各物质变化量之间的关系与化学方程式中计量系数间的比是一致的。 例如例如:N205的热分解反应：的热分解反应： 2

3、N2O5 =4NO2+O2 对于气相反应，化学反应速率可用分压代替浓度的变化来表示，这时对于气相反应，化学反应速率可用分压代替浓度的变化来表示，这时数值和单位都不同。数值和单位都不同。 (N2O5) = C (N2O5) /t (NO2) = C (NO2) /t (O2) = C (O2) /t其反应速率可分别表示为其反应速率可分别表示为: 瞬时速率瞬时速率 只有瞬时速率，才代表化学反应在某一时刻的真正速率。只有瞬时速率，才代表化学反应在某一时刻的真正速率。对对N2O5的分解反应：的分解反应：dtdCtCONONtO)()(0N525252lim同一反应的速率，采用反应物或产物中的任一物质的

4、单位同一反应的速率，采用反应物或产物中的任一物质的单位时间内浓度变化来表示都行，它们间有确定的关系。时间内浓度变化来表示都行，它们间有确定的关系。如：如： 2N205 = 4NO2 + 02它们表示的速率关系有：它们表示的速率关系有： 1/2( N205 )=1/4 (NO2)=(O2)对一般反应对一般反应: aA + bB dD + eE 1/a(A)=1/b(B)=1/d(D)=1/e(E) 12 化学反应速率的实验测定化学反应速率的实验测定 化学反应速率只能通过实验测定的测定浓度随时间变化的数化学反应速率只能通过实验测定的测定浓度随时间变化的数据如下表据如下表。 是是 2N205 = 4

5、NO2 + 02 分解反应实验值。分解反应实验值。表中的数据既可以求平均速率也可以求瞬时速率。如表中的数据既可以求平均速率也可以求瞬时速率。如2分钟内：分钟内： (N2O5) =C (N2O5) /t = -（0.080-0.160)/2 = 0.04 m01L 1.min 1minm01L 1 m01L 1.min 1 以以N 205浓度为纵坐标，时间为横坐标，得到反应物浓度随浓度为纵坐标，时间为横坐标，得到反应物浓度随反应时间变化的反应时间变化的Ct曲线曲线。曲线上任一点的切线，其斜率等于。曲线上任一点的切线，其斜率等于此点的瞬时速率：此点的瞬时速率：(N2O5)- dC(N2O5)/dt

6、 = 斜率斜率CtC0.040.080.120.16t12340作图法求瞬时速率作图法求瞬时速率- 斜率斜率= y/ x=dC/dtminm01L 1 m01L 1.min 10.113 7-27-2 反应速率理论简介反应速率理论简介 一个化学反应的反应速率与单位体积、单位时间内分子碰撞一个化学反应的反应速率与单位体积、单位时间内分子碰撞的次数的次数Z成正比，成正比，Z是一个相当大的数值。是一个相当大的数值。 只有很少的碰撞能够发生反应，称为只有很少的碰撞能够发生反应，称为有效碰撞有效碰撞。能够发生有。能够发生有效碰撞的分子叫效碰撞的分子叫活化分子活化分子(activatling molecu

7、lar)。活化分子具有活化分子具有比普通分子更高的能量。比普通分子更高的能量。 活化分子所具有的平均能量和反应总活化分子所具有的平均能量和反应总分子的平均能量之差叫做分子的平均能量之差叫做活化能活化能(activation energy)(Ea=Ec一一Ek)。21 分子碰撞理论简介分子碰撞理论简介该理论的要点是：该理论的要点是： 1反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件。反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件。 2具有较高能量的分子间的有效碰撞，是反应发生的充分具有较高能量的分子间的有效碰撞，是反应发生的充分条件。条件。碰撞理论中活化分子和活化能图碰撞理论中活化分子和活化能图：在在定

8、的温度下，反应的活化能越小，反应系统中活化分子所占定的温度下，反应的活化能越小，反应系统中活化分子所占的百分数越大，单位时间的有效碰撞次数越多，反应速率就越快。的百分数越大，单位时间的有效碰撞次数越多，反应速率就越快。具有一定能量分子分数具有一定能量分子分数EkEcEa活化分子百分数活化分子百分数E有效碰撞次数与反应速率有效碰撞次数与反应速率 有效碰撞次数与反应速率成正比：有效碰撞次数与反应速率成正比： = f Z 式中，式中，Z为单位时间单位体积中发生为单位时间单位体积中发生碰撞的总次数碰撞的总次数；f称为称为能能量因子。量因子。 f = exp（Ea / RT） （7-5）分子碰撞还要有适

9、当的取向，因此，再乘以一个校正因子，分子碰撞还要有适当的取向，因此，再乘以一个校正因子，即即取向因子取向因子P： =P f Z = P Z exp（ Ea/RT ） (7-6)22 过渡状态理论简介过渡状态理论简介 这一理论认为，反应物中的这一理论认为，反应物中的 活化分子相互碰撞，不是直接变为活化分子相互碰撞，不是直接变为产物，而是要经过一个中间过渡状态，即首先形成活化配合物产物，而是要经过一个中间过渡状态，即首先形成活化配合物(activating complex)。反应过程中势能变化如反应过程中势能变化如P286图图74所示。所示。E1E2E3A+B-CABCA-B+CEaEa H反应轴

10、反应轴活化配合物活化配合物 反应物反应物 活化配合物活化配合物 生成物生成物 A十十B C ABC AB+C活化配合物活化配合物ABC中，旧键中，旧键BC已削弱，新键已削弱，新键AB正在形成，它处于高能量状态，非常不稳定，分解为原反应正在形成，它处于高能量状态，非常不稳定，分解为原反应物，也可转变为产物。物，也可转变为产物。 图中图中E1为反应物的平均能量，为反应物的平均能量，E2为活化配合物的平均能为活化配合物的平均能量，量，E3为产物的平均能量。活化配合物的平均能量和反应物为产物的平均能量。活化配合物的平均能量和反应物平均能量之差叫活化能。平均能量之差叫活化能。Ea是正反应的活化能是正反应

11、的活化能E a是逆反是逆反应的活化能应的活化能: Ea=E2E1 Ea=E2E3 EaEa是反应物平均能量与产物平均能量的差值是反应物平均能量与产物平均能量的差值 H。 H=EaEa7-37-3 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 化学反应速率首先决定于反应物的化学反应速率首先决定于反应物的本性本性。对于某一指定的。对于某一指定的化学反应，其反应速率还与化学反应，其反应速率还与浓度、温度，催化剂浓度、温度，催化剂等因素有关。等因素有关。 31浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响化学反应化学反应 ： H2(g)+C12(g)=2HCI(g)是由下列四步反应完成的：是由下列四步反应完

12、成的：(1)C12(g) 2Cl(g) (2)Cl(g)+H2(g) HCI(g)+H(g) (3)H(g)+CI2(g) HCI(g)+CI(g) (4)CI(g)+C1(g) C12(g)一，基元反应和复合反应一，基元反应和复合反应 一步完成的反应称一步完成的反应称基元反应基元反应，由一个基元反应构成的化学，由一个基元反应构成的化学反应称为反应称为简单反应简单反应；而由两个或两个以上基元反应构成的化；而由两个或两个以上基元反应构成的化学反应称为学反应称为复合反应复合反应。 氢和碘化合成碘化氢的反应机理氢和碘化合成碘化氢的反应机理 H2 +I22HI (1)I22I (快反应快反应) (2)

13、2II2 (第一个基元反应的逆过程，快反应第一个基元反应的逆过程，快反应) (3)H2+2I2HI (慢反应慢反应) (4)2H+I22HI (慢反应慢反应)简单反应并不多，因此，一个化学反应方程式，除非特别注简单反应并不多，因此，一个化学反应方程式，除非特别注明，都是基元反应。明，都是基元反应。 反应速率主要决定于速度最慢的基元反应，称反应速率主要决定于速度最慢的基元反应，称决速步骤决速步骤。二、反应分子数二、反应分子数反应分子数仅对基元反应而言，只可以有以下三类：反应分子数仅对基元反应而言，只可以有以下三类： (1)单分子反应：单分子反应： (2)双分子反应：绝大多数基元反应属于双分子反应

14、。双分子反应：绝大多数基元反应属于双分子反应。 (3)三分子反应：很少见，因为三个质点同时相碰的几率很小。三分子反应：很少见，因为三个质点同时相碰的几率很小。三、浓度对速率的影响三、浓度对速率的影响质量作用定律质量作用定律 基元反应的反应速度与各反应物浓度系数次方的乘积成正基元反应的反应速度与各反应物浓度系数次方的乘积成正比。称为基元反应的质量作用定律。比。称为基元反应的质量作用定律。 某基元反应：某基元反应： aA+bB一一gG+hH 其质量作用定律的数学表示式为：其质量作用定律的数学表示式为： =kC a AC bB当当CA=CB =1 mol.L -1时，时，=k,因此因此 的物理意义是

15、单位浓的物理意义是单位浓度时的反应速度。度时的反应速度。非基元反应的速率方程非基元反应的速率方程 I 非基元反应同样有速率方程，有两种方法获得，一种是当已非基元反应同样有速率方程，有两种方法获得，一种是当已知其反应机理，由决速步骤通过平衡近似处理而得，如：知其反应机理，由决速步骤通过平衡近似处理而得，如： (1)I22I k1 (快反应快反应) (2)2II2 k2 (第一个的逆过程，快反应第一个的逆过程，快反应) (3)H2+2I2HI k3 (慢反应慢反应) =k3C H2C 2I k1CI2=k2C 2 I C 2I = k1CI2/k2 =k3C H2C 2I =k3.k1/k2 C

16、H2CI2 =kC H2CI2 非基元反应的速率方程非基元反应的速率方程 II 另一方法是由实验数据处理而得另一方法是由实验数据处理而得。如反应：。如反应： 2H2+2NO=2H2O+N2该反应的速度方程可表示为：该反应的速度方程可表示为： = kC m(H2).C n(NO) 分析实验数据，找出分析实验数据，找出m、n值值: = kC 1(H2).C 2(NO) 它是一个三级反应，将任一组实验数据代入速率方程式中，即可求得速率常它是一个三级反应，将任一组实验数据代入速率方程式中，即可求得速率常数数。取第一行数值代入：取第一行数值代入： =3.19x10 3/(1.00 x10 3x(6.00

17、 x10 3 ) 2 =8.86x10 4 dm 6m01 2.S 1 也可将数字进行数学处理得到也可将数字进行数学处理得到： (1) lg lg 1 1 =lg k+mlgC(A) =lg k+mlgC(A)1 1.+nlgC(B) .+nlgC(B) (2) lg lg 2 2 =lg k+mlgC(A) =lg k+mlgC(A)2.2.+nlgC(B)+nlgC(B) 用用A物质两不同浓度，物质两不同浓度，B物质相同浓度代入即可求出物质相同浓度代入即可求出m，同同样方法求得样方法求得n。)1()2(12lglg)1()2(AACCm表表 某些化学反应的速率方程某些化学反应的速率方程化学

18、反应化学反应速度方程速度方程1. 2H2O2 = 2H2O + O22. S2O82- +2I- = 2SO42- + I23. 4HBr +O2 = 2H2O + 2Br2 4. 2NO + 2H2 = N2+ 2H2O5. CH3CHO = CH4 + CO6. 2NO2 = 2NO + O2 7. NO2 + CO = NO + CO2( 523 K 时时) = kC (H2O2) = kC(S2O82-)C(I-) = kC (HBr)C(O2) = kC2 (NO)C(H2) = kC3/2 (CH3CHO ) = kC2 (NO2) = kC(NO2)C(CO)四、四、 反应级数反

19、应级数 速度方程中反应物浓度的指数速度方程中反应物浓度的指数m、n，分别称为反应物分别称为反应物A和和B的反应级数，（的反应级数，（mn）称该反应的总级数。称该反应的总级数。 反应级数可以是整数，也可以是分数或零。反应级数可以是整数，也可以是分数或零。 反应级数越大，反应级数越大，速度受浓度的影响越大。速度受浓度的影响越大。例例 某某 反应，反应， =0.005 mol.L -1 .S -1 ，C=0.2 mol.L -1 求分别为求分别为0、1、2级的速率常数。级的速率常数。解：解： =kC m k= /C m k0=0.005/0.20=0.005 mol.L -1.S -1 k1=0.0

20、05/0.21=0.025 S -1 k2=0.005/0.2 2 =0.125 mol -1.L.S -1 速率常数的单位与总级数速率常数的单位与总级数n间的关系是：间的关系是： (mol -1.L) n -1 .S -1 。例：乙醛分解反应测得不同浓度时的初始速率为如下表数值：例：乙醛分解反应测得不同浓度时的初始速率为如下表数值：-1 /mol.L -1.S -1 1、求反应级数。、求反应级数。2、当乙醛浓度为、当乙醛浓度为0.15 mol.L -1 时的反应速度。时的反应速度。解：解：1、 lg (2/ 1) = m lg C(A)2./ C(A)1 lg (0.81/ 0.2) = m

21、 lg (0.2./ 0.1) 0.61 = 0.31 m m =2 2、=kC 2 k = /C 2 =0.2/(0.1) 2 =20 （mol-1.L.S-1） =kC 2 =20 x(0.15) 2 =0.45 (mol-1.L-1.S-1)注意以下几点：注意以下几点：速率常数速率常数： 1速率常数速率常数取决于反应的本性。取决于反应的本性。 2速率常数速率常数与浓度无关。与浓度无关。 3 k随温度而变化，温度升高，随温度而变化，温度升高， 值通常增大。值通常增大。质量作用定律：质量作用定律： 1、质量作用定律只适合基元反应。、质量作用定律只适合基元反应。 2速率方程式中的浓度，只包括气

22、态反应的浓度和溶液中速率方程式中的浓度，只包括气态反应的浓度和溶液中反应物的浓度，固态或纯液态反应物的浓度可看作常数，不写反应物的浓度，固态或纯液态反应物的浓度可看作常数，不写在速率方程式中。在速率方程式中。 3、对于气体反应，速率方程式中的浓度可用气体分压来表示、对于气体反应，速率方程式中的浓度可用气体分压来表示，此时数值和单位都是不同的。，此时数值和单位都是不同的。 32温度对化学反应速度的影响温度对化学反应速度的影响 早在早在1889年阿累尼乌斯年阿累尼乌斯(Arr-henius)在总结了大量实验事在总结了大量实验事实的基础上就已指出，很多反应的速率常数和热力学温度成实的基础上就已指出，

23、很多反应的速率常数和热力学温度成指数关系：指数关系： Aexp（- Ea /RT ) （711） =P f Z = P Z exp（ Ea/RT ） (7-6) 将式将式311两边取对数可得：两边取对数可得： 1nEa/RT1nA Ea和和A不随温度而变化。不随温度而变化。7-13式为一直线方程，式为一直线方程， Igk1/T作图作图是一直线，该直线的斜率是一直线，该直线的斜率= - Ea/2.303R，由此可计算出活化能值。由此可计算出活化能值。 或由公式，或由公式，只要知道只要知道k、Ea、T 、A 其中的任意三个量，就可以其中的任意三个量，就可以求出另一个量。求出另一个量。)137(lg

24、303. 2lgARTEak：或例例1：实验测得温度对反应：实验测得温度对反应：NO2+CO = NO + CO2的影响如下表，求反应的活化能。的影响如下表，求反应的活化能。T/K 600 650 700 750 800k/(Lmol-1 s-1) 0.028 0.22 1.3 6.0 23解解: 将上表进行处理得将上表进行处理得:(1/T)103 1.67 1.54 1.43 1.33 1.25lgk -1.55 -0.65 0.114 0.778 1.36作作lg k1/T图图在直线上取两点坐标在直线上取两点坐标: A(1.2,1.8),B(1.7,-1.7)斜率斜率 = = -7.010

25、3-3.50.5 10-3Ea = - 2.303R斜率斜率 = 134 kJmol-1升温有利于活化升温有利于活化能较大的反应能较大的反应 | | | | | 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.71/T103lgk 2 - 1 - 0 -1 -2 A(1.2,1.8)B(1.7,-1.7)例例2：500K某反应，当活化能分别为某反应，当活化能分别为80 kJ.mol1和和40 kJ.mol1时，反应的速率常数之比为多少？时，反应的速率常数之比为多少？)(1exp2112aaEERTkk解： 1Aexp（- Ea1 /RT ) 2Aexp（- Ea 2/RT ) 14770exp)4

26、000080000(500314. 81exp6 . 9x由不同温度下的速率常数关系求活化能 温度温度 不同，速率常数不同，结合两个不同温度可得如下关系：不同，速率常数不同，结合两个不同温度可得如下关系：)11(3032lglg)1 ()2()1 (lg3032lg)1 (lg3032lg12122211TTR.EakkART.EakART.Eak14)(7 )2T11T1(2.303REa1k2klg 利用7-14式进行相关计算 例例3 某反应的活化能某反应的活化能Ea114x10 5Jm01 1 。在在600K时，时， 075Lm01 1 S 1 ，计算计算700K时的时的。解：解：T2=

27、700K T1=600K 2? l=0.751.42的反对数为的反对数为26, (2/0.75)=26 226x0.75=20L. mol -1.s -1 2/1=20/0.75=26倍倍42. 1)600700600700(314. 8303. 21014. 175. 0lg52k计算反应的活化能 例例4 实验测得下列反应：实验测得下列反应： 2NOCl(g)=2NO(g)+Cl2(g)。 在在300K时，时，1=28x10 -5 L.mol -1 .S -1 ；400K时，时，270 x10 -1 L.mol -1 s -1 ，求反应的活化求反应的活化Ea。解：解： T1 =300K T2

28、 =400K 1=2.8x10 -5 2=7x10 -1 将式将式(714)移项并代入已知数：移项并代入已知数： 1k2k)lg1T2T2T1T2.303R(Ea =101x10 5 (J.mol -1 ) =101 (kJ.mol -1 )33 催化剂对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响 催化剂之所以能加速反应，是因为它改变了原来反应的途径，催化剂之所以能加速反应，是因为它改变了原来反应的途径，降低了反应的活化能。这是催化反应的机理。降低了反应的活化能。这是催化反应的机理。P300图图76EaEaE反应进程反应进程A+BABA-BA-KA-K+B 一、一、催化剂对反应速率影响的原理

29、催化剂对反应速率影响的原理 1催化剂对反应速度的影响是通过改变反应机理实现的。催化剂对反应速度的影响是通过改变反应机理实现的。 2催化剂不影响产物和反应物的相对能量，未改变反应催化剂不影响产物和反应物的相对能量，未改变反应的始态和终态。的始态和终态。 3催化剂同等程度地加快正、逆反应的速度。催化剂同等程度地加快正、逆反应的速度。 4. 催化剂只能改变反应途径而不能改变反应发生的方向。催化剂只能改变反应途径而不能改变反应发生的方向。 催化剂是一种加速化学反应而在其过程中自身不被消耗催化剂是一种加速化学反应而在其过程中自身不被消耗掉的物质，它可使化学反应速度增大几个到十几个数量级。掉的物质，它可使

30、化学反应速度增大几个到十几个数量级。 寻求反应的催化剂是一个十分有意义的事，现代化学合寻求反应的催化剂是一个十分有意义的事，现代化学合成催化剂是一重要课题。成催化剂是一重要课题。 只要有化学反应，就有如何加快反应速度的问题，就会只要有化学反应，就有如何加快反应速度的问题，就会有催化剂的研究。在化工生产（如石油化工、天然气化工、有催化剂的研究。在化工生产（如石油化工、天然气化工、煤化工等）、能源、农业（光合作用等）、生命科学、医药煤化工等）、能源、农业（光合作用等）、生命科学、医药等领域均有催化剂的作用和贡献。有研究指出等领域均有催化剂的作用和贡献。有研究指出80%以上的化以上的化学工业都离不开

31、催化剂。学工业都离不开催化剂。 在化学工业生产中，最常用的催化剂是无机酸和无机碱，在化学工业生产中，最常用的催化剂是无机酸和无机碱，一般是液体溶液，用于均相或非均相反应。一般是液体溶液，用于均相或非均相反应。1。化学催化。化学催化: 均相催化、非均相催化；均相催化、非均相催化；（1） 均相催化均相催化 这类催化剂通常是含有金属离子的配合物这类催化剂通常是含有金属离子的配合物分子，催化反应在气相或液相中进行，催化剂和反应物均分子，催化反应在气相或液相中进行，催化剂和反应物均溶解于气相或液相中，如烃烯聚合，茂金属催化。溶解于气相或液相中，如烃烯聚合，茂金属催化。 例如：均相催化例如：均相催化CH3

32、CHO CH4 + CO Ea = 190 KJmol- -1以以I2作催化剂作催化剂 I2 CH3CHO CH4 + CO Ea = 136 KJmol- -1 CH3CHO + I2 CH3I + HI + CO CH3I + HI CH4 + I2 反应活化能大大降低反应活化能大大降低非均相催化非均相催化 2N2O = 2N2 + O2 Ea = 250 KJmol- -1用金粉做催化剂，金粉吸附形成用金粉做催化剂，金粉吸附形成NN Au中间体中间体 Au 2N2O NN O Au 2N2 + O2 Ea = 120 kJmol- -1 如汽车尾气净化装置中的如汽车尾气净化装置中的Ru-

33、Rh-Pt催化体。催化体。 （2） 多相催化多相催化 这类催化剂是固体材料如分子筛、金属、这类催化剂是固体材料如分子筛、金属、金属氧化物、硫化物等。催化反应发生在固金属氧化物、硫化物等。催化反应发生在固-气、固气、固-液、液、液液-气相的界面上，大部分化学工业流程均为多相催化，气相的界面上，大部分化学工业流程均为多相催化，如合成氨、石油催化裂化等。如合成氨、石油催化裂化等。 2。物理催化。物理催化: 光催化：光催化：吸收光能促进化学反应。吸收光能促进化学反应。 典型的天然光催化是光合作用，促进空气中的二氧化碳和典型的天然光催化是光合作用，促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。水合成为

34、氧气和碳水化合物。 工业生产上似乎还未见到可见光的大型光催化生产装置。工业生产上似乎还未见到可见光的大型光催化生产装置。但是光触媒的产品很多，可分为固体和液体两大类，一般表但是光触媒的产品很多，可分为固体和液体两大类，一般表现为纳米网和纳米涂液。根据这两种物理状态，已开发出了现为纳米网和纳米涂液。根据这两种物理状态，已开发出了各种产品。一类为设备，即各种空气净化器；另一类号称各种产品。一类为设备，即各种空气净化器；另一类号称“隐形空气净化器隐形空气净化器”的涂液，可以喷涂于房间内的墙壁和天的涂液，可以喷涂于房间内的墙壁和天花板上，汽车内部的物体表面上，用于清除甲醛等。花板上，汽车内部的物体表面

35、上，用于清除甲醛等。 电催化：电催化：利用化学方法使电极表面具有催化活性。利用化学方法使电极表面具有催化活性。 3。生物催化：生命体中各种酶的催化。生物催化：生命体中各种酶的催化 酶催化和仿酶催化酶催化和仿酶催化 酶催化酶催化生物催化是自然界存在的促进化学反应速度的特殊生物催化是自然界存在的促进化学反应速度的特殊作用，生物体内产生的化学反应均借助于酶催化。酶是一种作用，生物体内产生的化学反应均借助于酶催化。酶是一种高分子量的蛋白质，天然酶的结构测定以及催化活性与机理高分子量的蛋白质，天然酶的结构测定以及催化活性与机理研究是研究是21世纪催化研究的前沿领域，也是一项十分复杂和棘世纪催化研究的前沿

36、领域，也是一项十分复杂和棘手的工作，有待各个学科交叉（化学、物理和生物）配合研手的工作，有待各个学科交叉（化学、物理和生物）配合研究和仪器与方法的创造。究和仪器与方法的创造。 仿酶催化仿酶催化模拟金属酶是模仿酶的活性中心，即模似其中模拟金属酶是模仿酶的活性中心，即模似其中某些活性氨基酸与金属的配位设计合成配合物，形成配位某些活性氨基酸与金属的配位设计合成配合物，形成配位催化，以简化和模仿酶催化过程。酶活性中心的结构信息催化，以简化和模仿酶催化过程。酶活性中心的结构信息引起人们的关注，企图仿照天然酶人工制造化学酶，这是引起人们的关注，企图仿照天然酶人工制造化学酶，这是设计和合成新催化剂的一个新途

37、径。如生物固氮人工摸拟。设计和合成新催化剂的一个新途径。如生物固氮人工摸拟。模拟酶催化领域在模拟酶催化领域在21世纪将会有重大突破。世纪将会有重大突破。 酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点：酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点： （1）酶易失活：）酶易失活： （2）高度的催化效率）高度的催化效率： 一般而论，酶促反应速度比非催化反应高一般而论，酶促反应速度比非催化反应高106-1013倍，例倍，例如，反应如，反应 ： H2O22H2O+O2 在无催化剂时，需活化能在无催化剂时，需活化能300kj.mol-1；胶体；胶体Pd存在时，活存在时，活化能化能50kj.mol-1；有过氧化氢酶；有过氧

38、化氢酶(catalase)存在时，仅需活化能存在时，仅需活化能9kj.mol-1以下。以下。 用用 -淀粉酶催化淀粉水解，淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在克结晶酶在65 0C条件下可催化条件下可催化2吨淀粉水解。吨淀粉水解。 （3）、高度的专一性：）、高度的专一性： 酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶只作用于一类酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶。受酶催化的化合

39、物称为该酶的底物或作用物催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。 绝对特异性绝对特异性(absolute specifictity) 有的酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专有的酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶一性，如脲酶(urease)，只能催化尿素水解成，只能催化尿素水解成NH3和和CO2，而不能催化甲基尿素水解。而不能催化甲基尿素水解。 酶对底物的专一性通常分为以下几种：酶对底物的专一性通常分为以下几种： 相对特异性相对特异性(relative specificity) 一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严一种酶可作用于一类化

40、合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶(lipase)不仅水解脂不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类。肪，也能水解简单的酯类。立体异构特异性立体异构特异性(stereopecificity) 酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性，分为旋光异构专一性和顺反（几何）异构专一或特异性，分为旋光异构专一性和顺反（几何）异构专一性。如性。如-淀粉酶淀粉酶(-amylase)只能水解淀粉中只能水解淀粉中-1,4-糖苷键，糖苷键，不能水解纤维素中的不能水解纤维素中的-1，4-糖苷键；糖苷

41、键；L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是的底物只能是L型乳酸，而不能型乳酸，而不能是是D型乳酸。型乳酸。（4）酶活性的可调节性）酶活性的可调节性： 酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。行。（5）酶反应条件温和但不稳定）酶反应条件温和但不稳定： 反应条件：室温、常