北京大学药学院：《物理化学 Physical Chemistry》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 化学动力学（6.10-6.12）催化反应

全国高等医药教材建设委员会 卫生部规划教材物理化学第6版 第十~十二健化应

第十～十二节 催化反应

全国高等医药教材建设委员会 卫生部规划教材物理化学第6版 第十化你同的基

第十节 催化作用的基本概念

第十节催化作用的基本概念 动 力学 催化作用( catalysis):-种或多种少量的物质,能使化学反应的 速率显著增大,而这些物质本身在反应前后的数量 及化学性质都不改变的现象。 催化剂( catalyst):起催化作用的物质。 自催化剂 autocatalyst:反应过程中自发产生的催化剂,是一种 (或几种)反应的产物或中间产物。产生自催化剂的 现象称为自催化作用( autocatalysis 人民卫版触

第十节 催化作用的基本概念 动力学 催化作用(catalysis): 一种或多种少量的物质, 能使化学反应的 速率显著增大, 而这些物质本身在反应前后的数量 及化学性质都不改变的现象。 催化剂(catalyst): 起催化作用的物质。 自催化剂(autocatalyst): 反应过程中自发产生的催化剂, 是一种 (或几种)反应的产物或中间产物。产生自催化剂的 现象称为自催化作用(autocatalysis)

催化剂基本特征 动 力学 ①催化剂参与了化学反应,但在反应前后的数量及化学性质 不变。 ②催化剂不改变化学平衡,也不改变体系的状态函数,故不 能使热力学中不可能的反应发生。 推论:对于一个对峙反应,催化剂在使正反应加速的同时,也使 逆反应加速同样的倍数。 人民卫版触

动力学 ①催化剂参与了化学反应, 但在反应前后的数量及化学性质 不变。 ②催化剂不改变化学平衡, 也不改变体系的状态函数, 故不 能使热力学中不可能的反应发生。 推论: 对于一个对峙反应, 催化剂在使正反应加速的同时, 也使 逆反应加速同样的倍数。 一. 催化剂基本特征

催化剂基本特征 动 力学 ③催化剂有选择性。 催化剂的选择性: 酶催化剂>络合物催化剂>金属催化剂及酸碱催化剂 工业中常用下式来表达催化剂的选择性: 选择性。转化为目的产物的原糧 x100 原料转化总量 人民卫版触

动力学 ③催化剂有选择性。 催化剂的选择性: 酶催化剂> 络合物催化剂>金属催化剂及酸碱催化剂 工业中常用下式来表达催化剂的选择性: 选择性= 原料转化总量 转化为目的产物的原料量 100% 一. 催化剂基本特征

催化剂基本特征 动 力学 ④许多催化剂对杂质很敏感。 助催化剂或促进剂( catalytic accelerator, promoter):能使催化 剂的活性、选择性、稳定性增强者。 阻化剂或抑制剂( inhibitor):能使催化剂的上述性质减弱者。 作用很强的阻化剂只要极微的量就能严重阻碍催化反应的 进行,这些物质称为催化剂的毒物( poison) 例如在铂催化反应H2+12O2>H2O中,极少量的CO就可 使铂中毒,完全丧失催化活性。 催化剂的中毒可以是水久性的也可以是暂时性的。 人民卫版触

动力学 ④许多催化剂对杂质很敏感。 助催化剂或促进剂(catalytic accelerator, promoter): 能使催化 剂的活性、选择性、稳定性增强者。 阻化剂或抑制剂(inhibitor):能使催化剂的上述性质减弱者。 作用很强的阻化剂只要极微的量就能严重阻碍催化反应的 进行, 这些物质称为催化剂的毒物(poison)。 例如在铂催化反应H2+1/2O2⎯→H2O中, 极少量的CO就可 使铂中毒,完全丧失催化活性。 催化剂的中毒可以是永久性的,也可以是暂时性的。 一. 催化剂基本特征

二.催化机理 动 力学 催化剂的催化机理,可用以下通式表示: A+D-ADK为催化剂 (1)A+k AK 不稳定的 改变了 中间产物 反应途径 (2)/AK+D3 或络合物 AD+K 快平衡 催化剂又被 重新复原 人民卫版触

动力学 催化剂的催化机理, 可用以下通式表示: 二. 催化机理 A+D AD K K为催化剂 (2) AK+D AD+K k3 (1) A+K AK k1 k2 不稳定的 中间产物 或络合物 改变了 反应途径 催化剂又被 重新复原 快平衡

二.催化机理 动 力学 由平衡态近似法可得总反应的表观速率常数、表观活化 能和表观指前因子分别为: A 4Dkk3CK2ACD≈ k'CACD能 dc dt 2 量 A…D EA…DyK Ea= Eal+Ea3-Ea2 Ea2 E A+D+K a3 143 K AK+D AD+K 反应坐标 图为上述反应机理中活化能的示意图。图中En 为非催化反应的活化能,E1为催化反应的活化能, 各曲线上的峰代表活化分子的平均能量。 人民卫版触

动力学 由平衡态近似法可得总反应的表观速率常数、表观活化 能和表观指前因子分别为: K A D A D 2 AD 1 3 d d c c c k c c k k k t c = =  Ea =Ea1+Ea3−Ea2 K 2 1 3 c A A A A = 图为上述反应机理中活化能的示意图。图中Ea 为非催化反应的活化能, Ea 为催化反应的活化能, 各曲线上的峰代表活化分子的平均能量。 能 量 反应坐标 Ea1 Ea2 Ea3 Ea Ea' A ...D A+D+K AK+D A...D...K AD+K A ... D 二. 催化机理

二.催化机理 动 力学 注意:并非凡能降低活化能的物质都能使反应显著加速 而成为催化剂。 催化反应的表观指前因子A中含有催化剂浓度cK,虽然在 反应体系中c通常是很小的,但多数催化剂能使反应的活化能 降低80kJ/mo以上,足以弥补c低对反应速率的不利影响。 人民卫版触

动力学 注意: 并非凡能降低活化能的物质都能使反应显著加速 而成为催化剂。 催化反应的表观指前因子A中含有催化剂浓度cK, 虽然在 反应体系中cK通常是很小的, 但多数催化剂能使反应的活化能 降低80 kJ/mol以上, 足以弥补cK低对反应速率的不利影响。 二. 催化机理

催化类型 动 力学 单相(均相)催化( homogeneous catalysis) 多相(非均相)催化( heterogeneous catalysis) + 催化反应反应物和产物多为液相可 视为介于单相催化和多相催化之间 人民卫版触

动力学 单相(均相)催化(homogeneous catalysis) 多相(非均相)催化(heterogeneous catalysis) 三. 催化类型 酶催化反应(反应物和产物多为液相)可 视为介于单相催化和多相催化之间