武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第九章 几种特征反应动力学（2/2）

10.11 催化反应动力学 ·一、催化反应原理： ·催化剂：可明显改变化学反应速率，而本身在反应 前后的化学性质和数量均不发生变化的物质。 ·这种作用称为催化作用。 催化剂只能改变反应速率（即达到平衡的速率)， 而不能改变反应平衡。 ·催化剂对于正向和逆向反应具有相同的催化作用。 ·催化剂有正催化剂（加速）和负催化剂（减速)。 减速者又称为阻化剂

10.11 催化反应动力学 • 一、催化反应原理： • 催化剂：可明显改变化学反应速率，而本身在反应 前后的化学性质和数量均不发生变化的物质。 • 这种作用称为催化作用。 • 催化剂只能改变反应速率（即达到平衡的速率）， 而不能改变反应平衡。 • 催化剂对于正向和逆向反应具有相同的催化作用。 • 催化剂有正催化剂（加速）和负催化剂（减速）。 减速者又称为阻化剂

「气相 均相催化：液相 催化反应： 多相底化：气液、国 气、固 了常见的几种重要催化反应： 硫酸工业：S02+1V202V,0s,S0, 氮肥工业：】 N2+3H2-Fe 2NHg C0+H0→ C02+H2 硝酸工业： NH3+02 -Pt. H,O+NO, 光合作用： 啤酒发酵、等等

常见的几种重要催化反应： 光合作用： 啤酒发酵、等等 硫酸工业： SO2 + 1/2O2 SO3 V2O5 氮肥工业： N2 + 3H2 2NH3 CO + H2O CO2 + H2 Fe 硝酸工业： NH3 + O2 H2O + NO2 Pt 气相 液相 气、固 液、固 催化反应： 均相催化： 多相催化：

催化反应机理 A+BK→AB A+K之AK AK+Bk店→AB+K .kcCAC k2 E。=E,+E3-E2

K A B AB + ⎯⎯→ 1 2 k k A K AK + ⎯⎯ ⎯⎯→3 k AK B AB K + ⎯⎯→ + 1 3 2 K A B k r k c c c k =     E E E E a = + − 1 3 2 催化反应机理

催化剂作用机理 A+B-K-AB 能量 AB AK是K AK+Bk-AB+K Ea.0 E A+B+K AK+B AB+K 反应进程

AB A+B+K AB+K Ea,0 E2 AK+B A-B-K A-K E1 E3 Ea 反应进程 能量 催化剂作用机理 A+B AB K A+K AK AK+B AB+K k2 k1 k-1

催化反应机理 催化作用的关键是大大降低了反应的活化能。 。如： (1) 2S02+02→S03 E =251 kJ/mol Pt催化： Ea’=62.8kJ/mol (2) 3H2+N2→2NH3 E=334.7 kJ/mol Fe-Al2O3-K2O: E3’=167.4kJ/mol

• 如： (1) 2SO2 + O2 → SO3 Ea = 251 kJ/mol Pt催化： Ea ’ = 62.8 kJ/mol (2) 3H2 + N2 → 2NH3 Ea = 334.7 kJ/mol Fe- Al2O3 -K2O: Ea ’ = 167.4 kJ/mol 催化作用的关键是大大降低了反应的活化能。 催化反应机理

。催化作用的特点： ()催化剂能加快反应速率的原因是由于改变了 反应的历程，降低了反应活化能。 (2)催化剂在反应前后数量和化学性质不变，催 化剂只能影响反应速率，不能改变化学平衡。 (3)催化剂本身可能参与反应，其浓度项经常会出 现在速率方程中。 ·(4)催化剂反应前后物理性质可能发生变化。 (5)催化剂有特殊的选择性。一种催化剂只对特 定类型反应有催化作用。酶催化反应具有更 强选择性。 (6)少量杂质有可能强烈的影响催化剂的作用。 增加催化剂作用的为助催剂，减低催化活性 的称为毒物

• 催化作用的特点： • ⑴ 催化剂能加快反应速率的原因是由于改变了 反应的历程，降低了反应活化能。 • (2) 催化剂在反应前后数量和化学性质不变，催 化剂只能影响反应速率,不能改变化学平衡。 • (3) 催化剂本身可能参与反应,其浓度项经常会出 现在速率方程中。 • (4) 催化剂反应前后物理性质可能发生变化。 • (5) 催化剂有特殊的选择性。一种催化剂只对特 定类型反应有催化作用。酶催化反应具有更 强选择性。 • (6) 少量杂质有可能强烈的影响催化剂的作用。 增加催化剂作用的为助催剂，减低催化活性 的称为毒物

了均相酸碱催化反应 了设有一均相催化反应： A C.P C:催化剂 ·催化反应历程可设为： A+ k M-k2P+C ·由稳态法： dM=kLA]IC]-k[M]-k[M]=0 dt M=LAIIC]-K1AIICI k1+k2

设有一均相催化反应： A P C：催化剂 C • 催化反应历程可设为： M P + C k2 A + C M k1 k-1 • 由稳态法： = k1 [A][C]− k−1 [M ]− k2 [M ] = 0 dt dM [ ][ ] [ ][ ] [ ] 1 2 1 k A C k k k A C M =  +  = − 均相酸碱催化反应

kk,-[4C]=k.[4[C] =k[M]=kitk2 ·无催化剂存在时的反应速率为： =k[A] .r=ro+re=ko[A]+ke[C][A] =(k+k[C])[A] =k[4] k=ko +kc[C]

[ ] [ ][ ] [ ][ ] 1 2 1 2 2 A C k A C k k k k rc k M = c + = = − [ ] r0 = k0 A [ ] [ ][ ] r = r0 + rc = k0 A + kc C A ( [ ])[ ] = k0 + kc C A = k[A] [ ] k = k0 + kc C • 无催化剂存在时的反应速率为：

酶催化反应 ·酶催化反应历程 ·用稳态近似法处理 ·酶催化反应的级数 •酶催化的反应速率曲线 米氏常数 •酶催化反应特点

酶催化反应 •酶催化反应历程 •用稳态近似法处理 •酶催化的反应速率曲线 •酶催化反应的级数 •米氏常数 •酶催化反应特点

酶催化反应特点 酶催化反应与生命现象有密切关系，它的主 要特点有： 1.高选择性 它的选择性超过了任何人造催化剂，例如脲酶它只 能将尿素迅速转化成氨和二氧化碳，而对其他反应 没有任何活性。 2.高效率 它比人造催化剂的效率高出10至1015倍。例如 一个过氧化氢分解酶分子，在1秒钟内可以分解十 万个过氧化氢分子。 3.反应条件温和一般在常温、常压下进行。 4.反应历程复杂 受H、温度、离子强度影响较大

酶催化反应特点 酶催化反应与生命现象有密切关系，它的主 要特点有： 1.高选择性 它的选择性超过了任何人造催化剂，例如脲酶它只 能将尿素迅速转化成氨和二氧化碳，而对其他反应 没有任何活性。 2.高效率 它比人造催化剂的效率高出109至1015倍。例如 一个过氧化氢分解酶分子，在1秒钟内可以分解十 万个过氧化氢分子。 3.反应条件温和 一般在常温、常压下进行。 4.反应历程复杂 受pH、温度、离子强度影响较大