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1、化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法以及以及基元反应基元反应、复杂复杂反应反应等基本概念。等基本概念。教学目标教学目标4 4 化学反应速率化学反应速率1普通化学无机化学2013化学反应速率影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素1 1、了解浓度对反应速率的影响；理解质量作、了解浓度对反应速率的影响；理解质量作 用定律，速率方程及速率常数，反应级数用定律，速率方程及速率常数，反应级数 等概念。等概念。2 2、了解温度对反应速率的影响；掌握阿仑尼、了解温度对反应速率的影响；掌握阿仑尼 乌斯方程的简单应用乌斯方程的简单应用3 3、了解催化作用的原理、了解催化作用的原理化学反应速率的化学反
2、应速率的碰撞理论和过渡态理论碰撞理论和过渡态理论要点要点2普通化学无机化学2013化学反应速率根据化学热力学和化学平衡知识，可以判断一根据化学热力学和化学平衡知识，可以判断一个化学反应发生的可能性及其进行的程度，例个化学反应发生的可能性及其进行的程度，例如在如在298K298K时时反应可进行得相当完全。反应可进行得相当完全。但实际上，在此温度条件下但实际上，在此温度条件下H H2 2和和O O2 2混合后，很混合后，很长时间看不出来有任何变化，即反应速率太慢。长时间看不出来有任何变化，即反应速率太慢。但若改变条件，如加入催化剂，或加热、点火但若改变条件，如加入催化剂，或加热、点火则反应可以很快
3、进行，甚至发生爆炸。则反应可以很快进行，甚至发生爆炸。3普通化学无机化学2013化学反应速率因此，研究化学反应不仅要考虑它发生的可能因此，研究化学反应不仅要考虑它发生的可能性，而且要研究如何实现这个反应，研究反应性，而且要研究如何实现这个反应，研究反应的速率和反应的机理。这是化学动力学研究的的速率和反应的机理。这是化学动力学研究的内容。内容。4普通化学无机化学2013化学反应速率 4.1 4.1 化学反应速率的概念化学反应速率的概念化学反应速率（定容反应容器）通常用单位时化学反应速率（定容反应容器）通常用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示。间内反应物或生成物的浓度变化来表示。浓度单位常用
4、浓度单位常用molLmolL-1,-1,时间单位可用时间单位可用s s、minmin、h h等，故反应速率的常用单位是：等，故反应速率的常用单位是：molLmolL-1-1ss-1-1、 molLmolL-1-1 min min-1-1、 molLmolL- -1h1h-1 -1 等等5普通化学无机化学2013化学反应速率H H2 2O O2 2的浓度与时间关系的浓度与时间关系以以H H2 2O O2 2分解反应为例：分解反应为例：6普通化学无机化学2013化学反应速率7普通化学无机化学2013化学反应速率在不同时间段反应的平均速率不同，而且在任在不同时间段反应的平均速率不同，而且在任一时间段
5、内，前半段的平均速率与后半段的平一时间段内，前半段的平均速率与后半段的平均速率肯定也不同，所以反应速率均速率肯定也不同，所以反应速率U U应用应用tt趋趋于零时的瞬时速率来表示于零时的瞬时速率来表示: :8普通化学无机化学2013化学反应速率t/mint/minc(Hc(H2 2O O2 2)/molL)/molL-1-10 00.800.8020200.400.40-(0.40-0.80)/20-0=0.02-(0.40-0.80)/20-0=0.02molLmolL-1-1minmin-1-140400.200.20-(0.20-0.40)/40-20=0.01-(0.20-0.40)/4
6、0-20=0.01molLmolL-1-1minmin-1-160600.100.10-(0.10-0.20)/60-40=0.005-(0.10-0.20)/60-40=0.005molLmolL-1-1minmin-1-180800.0500.050-(0.05-0.10)/80-60=0.0025-(0.05-0.10)/80-60=0.0025molLmolL-1-1minmin-1-19普通化学无机化学2013化学反应速率dc/dtdc/dt是浓度是浓度c c对时间对时间t t的微商，是的微商，是ctct曲线切线曲线切线的斜率的斜率0 20 40 60 80 0.80.4c(H2O2
7、)/molL-1t/min10普通化学无机化学2013化学反应速率由于反应式中化学计量数的关系，用不同物质由于反应式中化学计量数的关系，用不同物质的浓度变化表示同一反应的速度数值不同易造的浓度变化表示同一反应的速度数值不同易造成混乱，所以现行的国际单位制建议用成混乱，所以现行的国际单位制建议用B B的化学的化学计量数计量数B B去除去除dcdcB B/dt/dt来表示一个反应的速率，来表示一个反应的速率，这样对一个反应的无论选用反应系统中任何种这样对一个反应的无论选用反应系统中任何种物质的浓度改变来表示该反应的速率，数值均物质的浓度改变来表示该反应的速率，数值均相等，对于反应：相等，对于反应：
8、11普通化学无机化学2013化学反应速率4.2 4.2 浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响4.2.1 4.2.1 反应机理反应机理实验证明：有些反应从反应物转化为生成物，实验证明：有些反应从反应物转化为生成物，是一步完成的，这样的的反应称为基元反应，是一步完成的，这样的的反应称为基元反应，而大多数反应是多步完成的。这些反应称为非而大多数反应是多步完成的。这些反应称为非基元反应或复杂反应。基元反应或复杂反应。12普通化学无机化学2013化学反应速率例如，反应例如，反应是经以下三个步骤完成的是经以下三个步骤完成的这三个基元反应的组合表示总反应所经历的途这三个基元反应的组合表示总反应所
9、经历的途径，化学反应所经历的途径称为反应机理或反径，化学反应所经历的途径称为反应机理或反应历程。应历程。化学动力学的重要任务就是研究反应机理，确化学动力学的重要任务就是研究反应机理，确定反应历程，深入揭示反应的本质。定反应历程，深入揭示反应的本质。13普通化学无机化学2013化学反应速率4.2.2 4.2.2 质量作用定律和速率方程质量作用定律和速率方程反应物的浓度与反应速率有密切关系，对于反应物的浓度与反应速率有密切关系，对于基基元反应元反应：在一定温度下反应速率与反应物浓度的乘积成在一定温度下反应速率与反应物浓度的乘积成正比，这就是正比，这就是 质量作用定律质量作用定律。14普通化学无机化
10、学2013化学反应速率 k k是速率常数，数值等于反应物的浓度均为是速率常数，数值等于反应物的浓度均为1molL1molL-1-1时反应速率的值。时反应速率的值。 k k值的大小由反应物的本性决定，与反应物的值的大小由反应物的本性决定，与反应物的浓度无关，改变温度或使用催化剂浓度无关，改变温度或使用催化剂,k,k的数值发的数值发生变化，速率常数生变化，速率常数 k k 一般由实验测定。一般由实验测定。15普通化学无机化学2013化学反应速率质量作用定律只适用于基元反应，不适用于复质量作用定律只适用于基元反应，不适用于复杂反应。杂反应。复杂反应一般通过实验确定其速率方程和速率复杂反应一般通过实验
11、确定其速率方程和速率常数。常数。16普通化学无机化学2013化学反应速率例例 303 K 303 K时，乙醛分解反应时，乙醛分解反应反应速率与乙醛浓度关系如下：反应速率与乙醛浓度关系如下：c(CHc(CH3 3CHO)molLCHO)molL-1-1 0.10 0.20 0.30 0.40 0.10 0.20 0.30 0.40(molL(molL-1-1ss-1-1) 0.025 0.102 0.228 0.406) 0.025 0.102 0.228 0.406（1 1）写出该反应的速率方程）写出该反应的速率方程（2 2）求速率常数）求速率常数（3 3）求）求c(CHc(CH3 3CHO)
12、=0.25 mol.LCHO)=0.25 mol.L-1-1 时的反应速率时的反应速率17普通化学无机化学2013化学反应速率解（解（1 1）设速率方程为）设速率方程为任选取两组数据代入速率方程即可求出任选取两组数据代入速率方程即可求出n n值，如值，如选选1 1、4 4两组数据。两组数据。18普通化学无机化学2013化学反应速率两式相除两式相除19普通化学无机化学2013化学反应速率解得解得n=2,n=2,将任一组数据代入上式，可得将任一组数据代入上式，可得k k值，如值，如第三组第三组20普通化学无机化学2013化学反应速率（3 3）当）当c(CHc(CH3 3CHO)=0.25molLC
13、HO)=0.25molL-1-121普通化学无机化学2013化学反应速率4.2.3 4.2.3 反应级数反应级数大多数化学反应（无论是否为基元反应）其速大多数化学反应（无论是否为基元反应）其速率方程都可以表示为反应物浓度某次方的乘积。率方程都可以表示为反应物浓度某次方的乘积。式中某反应物浓度的方次称为该反应物的反应式中某反应物浓度的方次称为该反应物的反应级数。如反应物级数。如反应物A A的反应级数是的反应级数是a,a,如反应物如反应物B B的的反应级数是反应级数是b b 。所有反应物级数的加和：。所有反应物级数的加和：称为该反应的级数。称为该反应的级数。22普通化学无机化学2013化学反应速率
14、反应级数反应级数是通过是通过实验测定实验测定的。的。一般而言，基元反应中反应物的级数与其化学一般而言，基元反应中反应物的级数与其化学计量数的相反数相同。计量数的相反数相同。而复杂反应中这两者往往不同，且反应级数可而复杂反应中这两者往往不同，且反应级数可能因实验条件改变而发生变化能因实验条件改变而发生变化23普通化学无机化学2013化学反应速率反应级数可以是整数，也可以是分数或是零。反应级数可以是整数，也可以是分数或是零。在不同级数的速率方程中，反应速率常数在不同级数的速率方程中，反应速率常数k k的单的单位是不同的：位是不同的：反应级数和速率常数都是很重要的动力学参数，反应级数和速率常数都是很
15、重要的动力学参数，在研究反应机理或控制反应速率时往往测定反在研究反应机理或控制反应速率时往往测定反应级数和速率常数。应级数和速率常数。一级反应：一级反应：s s-1-1二级反应：二级反应：molmol-1-1LsLs-1-1三级反应：三级反应：molmol2 2LL2 2ss-1-1零级反应：零级反应：molLmolL-1-1ss-1-124普通化学无机化学2013化学反应速率4.34.3温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响4.3.14.3.1范特霍夫规则范特霍夫规则温度对化学反应速率有很大的影响，升高温度温度对化学反应速率有很大的影响，升高温度可使大多数反应的速率加快。可使大多数
16、反应的速率加快。范特霍夫依据大量事实，提出一个经验的规则：范特霍夫依据大量事实，提出一个经验的规则：温度上升温度上升10 10 ，反应速率就增大到原来的，反应速率就增大到原来的2 24 4倍。倍。25普通化学无机化学2013化学反应速率 K K t t、 k k t+10t+10、 k k t+10nt+10n 分别表示分别表示温度在温度在 t t 、(t+10) (t+10) 、（、（t+10nt+10n） 时反应的速率常数。时反应的速率常数。利用范特霍夫规则可粗略地估计温度变化对反利用范特霍夫规则可粗略地估计温度变化对反应速率的影响。应速率的影响。26普通化学无机化学2013化学反应速率4
17、.3.2 4.3.2 阿仑尼乌斯方程阿仑尼乌斯方程18891889年瑞典化学家年瑞典化学家阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯提出一个提出一个经验方经验方程程，表示反应速率常数，表示反应速率常数k k与温度与温度T T的关系。的关系。A A为常数，为指前因子为常数，为指前因子R R为摩尔气体常数为摩尔气体常数E Ea a为反应的活化能为反应的活化能27普通化学无机化学2013化学反应速率若在温度若在温度T T1 1和和T T2 2时，反应速率常数分别为时，反应速率常数分别为k k1 1、k k2 2结合以上二式得：结合以上二式得：28普通化学无机化学2013化学反应速率以上几式称为阿仑尼乌斯方程以上几式称为阿
18、仑尼乌斯方程29普通化学无机化学2013化学反应速率利用利用可根据不同温度下测得的可根据不同温度下测得的k k值求算反应的活化值求算反应的活化能。能。也可从一个温度下的反应速率常数求另一个温也可从一个温度下的反应速率常数求另一个温度下的速率常数。度下的速率常数。30普通化学无机化学2013化学反应速率例例4.24.2反应反应在在700 K700 K时速率常数时速率常数k k1 1=1.310=1.310-8 -8 molLmolL11ss-1-1求求730 K730 K时速率常数时速率常数 k k2 2= =？已知活化能已知活化能 E Ea a= 180 kJmol= 180 kJmol-1-
19、131普通化学无机化学2013化学反应速率阿仑尼乌斯认为反应系统中，只有极少数能量阿仑尼乌斯认为反应系统中，只有极少数能量特别高的分子（活化分子）才能发生反应。特别高的分子（活化分子）才能发生反应。活化分子所具有的能量比反应分子平均能量高活化分子所具有的能量比反应分子平均能量高出的部分出的部分称为称为 反应的活化能反应的活化能 E Ea a 。32普通化学无机化学2013化学反应速率反应的活化能反应的活化能 E Ea a 是决定反应速率的最重要的是决定反应速率的最重要的因素。因素。反应活化能的高低，是由反应的本质决定的。反应活化能的高低，是由反应的本质决定的。活化能较小的化学反应可在室温下或在
20、稍高的活化能较小的化学反应可在室温下或在稍高的温度下进行，而活化能较大的反应则需在较高温度下进行，而活化能较大的反应则需在较高的温度下进行。的温度下进行。33普通化学无机化学2013化学反应速率如果如果EaEa很大，而很大，而T T很小时，在下式中很小时，在下式中34普通化学无机化学2013化学反应速率4.4 4.4 反应速率反应速率相关相关理论理论化学反应速率方程和阿仑尼乌斯方程是人们对化学反应速率方程和阿仑尼乌斯方程是人们对大量化学现象研究总结出来的经验公式。大量化学现象研究总结出来的经验公式。影响反应速率的因素影响反应速率的因素( (速率常数速率常数k k和反应活化能和反应活化能EaEa
21、等物理参数等物理参数) )35普通化学无机化学2013化学反应速率4.4.14.4.1反应速率反应速率 碰撞碰撞 理论理论碰撞频率碰撞频率 Z Z ：单位时间、单位体积内：单位时间、单位体积内A A、B B分分子的碰撞次数。子的碰撞次数。(1)(1)对气相双分子基元反应：对气相双分子基元反应：A+B=CA+B=C，反应物分，反应物分子子A A和和B B必须有相互碰撞才能发生反应，所以必须有相互碰撞才能发生反应，所以反反应速率应速率与与 A A、B B 的的碰撞频率碰撞频率 Z Z 成正比。成正比。Z Z0 0 ：为：为c(A)=c(B)=1mol.Lc(A)=c(B)=1mol.L-1-1时的
22、碰撞频率。时的碰撞频率。36普通化学无机化学2013化学反应速率根据气体运动论可知常温常压下气体分子间的根据气体运动论可知常温常压下气体分子间的碰撞频率极高可达约碰撞频率极高可达约 101029 29 cmcm-3-3s s-1-1 , ,若反应速若反应速率与碰撞频率成正比，则一切气体反应均瞬时率与碰撞频率成正比，则一切气体反应均瞬时即可完成，这显然与事实不符。即可完成，这显然与事实不符。37普通化学无机化学2013化学反应速率(2)(2)碰撞理论认为：并非碰撞理论认为：并非A A、B B分子间的每一次分子间的每一次碰撞都能使旧的化学键断裂进而形成新的化学碰撞都能使旧的化学键断裂进而形成新的化
23、学键。只有相对平动能足够大，并且超过一临界键。只有相对平动能足够大，并且超过一临界值值 E Ec c 的一对分子间的碰撞，才可能发生反应。的一对分子间的碰撞，才可能发生反应。38普通化学无机化学2013化学反应速率根据麦克斯韦根据麦克斯韦玻尔兹曼能量分布规律可得：玻尔兹曼能量分布规律可得：相对平动能超过相对平动能超过E Ec c的的 A A、B B 分子间的碰撞频率分子间的碰撞频率与与 A A、B B 分子间的碰撞频率的比值分子间的碰撞频率的比值：f:f:能量因子；能量因子；Ec:Ec:反应的活化能。反应的活化能。39普通化学无机化学2013化学反应速率（3 3）碰撞理论是建立在气体分子运动论
24、基础）碰撞理论是建立在气体分子运动论基础上的。气体分子运动论中把分子看成无内部结上的。气体分子运动论中把分子看成无内部结构的刚性小球，但实际上分子有一定的几何形构的刚性小球，但实际上分子有一定的几何形状，有一定的空间结构，要使分子发生反应，状，有一定的空间结构，要使分子发生反应，除了必须具有足够高的相对平动能之外，除了必须具有足够高的相对平动能之外，还必还必须考虑碰撞时分子的空间方位。这是磁撞理论须考虑碰撞时分子的空间方位。这是磁撞理论的第三部分内容。的第三部分内容。40普通化学无机化学2013化学反应速率例如：例如：NONO2 2和和COCO必须发生定向，即必须发生定向，即NONO键和键和C
25、OCO键要沿着一条直线发生碰撞，而键要沿着一条直线发生碰撞，而且是且是COCO键中的键中的C C原子和原子和NONO键中的键中的O O原子原子发生发生碰撞碰撞NC+NC+NC定向碰撞定向碰撞41普通化学无机化学2013化学反应速率NOO134pm118pm+OC113pmNOOCO活化配合物活化配合物OCOON115pm116pm42普通化学无机化学2013化学反应速率分子碰撞时，必须能量足够高，方向又适合，分子碰撞时，必须能量足够高，方向又适合，才能有效地发生反应。所以碰撞理论认为：才能有效地发生反应。所以碰撞理论认为：方位因子方位因子A A与与B B分子间的分子间的碰撞频率碰撞频率Z Z0
26、 0为为c(A)c(A)与与c(B)=1molLc(B)=1molL-1-1的碰撞频率的碰撞频率43普通化学无机化学2013化学反应速率上面两式与速率方程和阿仑尼乌斯方程在形式上面两式与速率方程和阿仑尼乌斯方程在形式上基本一致，从理论上说明温度、浓度对反应上基本一致，从理论上说明温度、浓度对反应速率的影响，并对速率常数、活化能做出了解速率的影响，并对速率常数、活化能做出了解释。释。 速率方程速率方程 阿仑尼乌斯方程阿仑尼乌斯方程44普通化学无机化学2013化学反应速率碰撞理论说明，升高温度，虽然分子间的碰撞碰撞理论说明，升高温度，虽然分子间的碰撞频率变化不显著，但由于能量因子频率变化不显著，但
27、由于能量因子f f增大，反增大，反应速率明显加快，碰撞理论可以成功地解决某应速率明显加快，碰撞理论可以成功地解决某些反应系统的速率计算问题。些反应系统的速率计算问题。但该理论也有一些缺陷，其中一个突出的问题但该理论也有一些缺陷，其中一个突出的问题就是活化能无法计算，只能借助于阿仑尼乌斯就是活化能无法计算，只能借助于阿仑尼乌斯方程通过实验而测定，因此碰撞理论无法方程通过实验而测定，因此碰撞理论无法预测预测化学反应速率。化学反应速率。45普通化学无机化学2013化学反应速率4.4.2 4.4.2 过渡状态过渡状态 理论理论过渡状态理论吸收了有效碰撞理论的合理部分。过渡状态理论吸收了有效碰撞理论的合
28、理部分。过渡状态理论是在量子力学和统计力学的基础过渡状态理论是在量子力学和统计力学的基础上提出来的。该理论认为在反应过程中，反应上提出来的。该理论认为在反应过程中，反应物必须吸收能量，经过一个过渡状态，再转化物必须吸收能量，经过一个过渡状态，再转化为生成物。在此过程中，化学键重新排布，能为生成物。在此过程中，化学键重新排布，能量重新分配。例：量重新分配。例：46普通化学无机化学2013化学反应速率其实际是过程是：其实际是过程是：快快慢慢A A与与BCBC反应时，反应时，A A与与B B接近并产生一定的作用力，接近并产生一定的作用力，同时同时B B和和C C之间的键减弱，生成不稳定的之间的键减弱
29、，生成不稳定的称之为过渡态或活性化合物。称之为过渡态或活性化合物。47普通化学无机化学2013化学反应速率E Ea1a1H HE Ea2a2反应历程反应历程能能量量反应物、产物和过渡态的能量关系48普通化学无机化学2013化学反应速率NCNC+活化配合物活化配合物NOO134pm118pm+OC113pmNOOCO活化配合物活化配合物OCO+ON115pm116pm49普通化学无机化学2013化学反应速率碰撞必须有足够的能量，发生碰撞的两个分子碰撞必须有足够的能量，发生碰撞的两个分子的平均能量要达到或超过活化分子临界能，这的平均能量要达到或超过活化分子临界能，这样才能克服它们价电子去之间的强烈
30、排斥，彼样才能克服它们价电子去之间的强烈排斥，彼此互相穿透形成活化配合物（此互相穿透形成活化配合物（ONOCONOCO O）。这时原有的。这时原有的NONO键部分破裂，新的键部分破裂，新的COCO键部键部分形成，反应物分子的大部分动能暂时转化为分形成，反应物分子的大部分动能暂时转化为活化配合物的势能。活化配合物的势能。N NO OO OC CO O活化配合物活化配合物50普通化学无机化学2013化学反应速率活化配合物极不稳定，它是由反应物变为产物活化配合物极不稳定，它是由反应物变为产物必须经过的一个中间活化状态。当活化配合物必须经过的一个中间活化状态。当活化配合物中松驰的中松驰的N0N0键完全
31、断开，新形成的键完全断开，新形成的OCOC键进键进一步缩短时，就形成了一步缩短时，就形成了NONO和和COCO2 2分子，使整个分分子，使整个分子的势能降低。降低的势能又转化为反应体系子的势能降低。降低的势能又转化为反应体系中分子的动能。势能变化见下图：中分子的动能。势能变化见下图：N NO OO OC CO O活化配合物活化配合物51普通化学无机化学2013化学反应速率NOOCONONO2 2+CO+COE Ea1a1=+134kJ=+134kJH=H=234kJ234kJE Ea2a2=-=-368kJ368kJNO+CONO+CO2 2A AC CB B反应历程反应历程能能量量反应过程的
32、势能图反应过程的势能图52普通化学无机化学2013化学反应速率反应物分子首先吸收了反应物分子首先吸收了134kJmol134kJmol-1-1的能量，的能量，才能达到活化状态形成活化配合物。这个能量才能达到活化状态形成活化配合物。这个能量就是就是活化能活化能。同理，逆反应吸收同理，逆反应吸收368kJmol368kJmol-1-1的能量，才能的能量，才能达到活化状态。这个达到活化状态。这个368kJmol368kJmol-1-1的能量就是的能量就是逆反应的活化能。逆反应的活化能。活化配合物分子很不稳定，可能很快转化为产活化配合物分子很不稳定，可能很快转化为产物分子，而放出物分子，而放出368k
33、Jmol368kJmol-1-1的能量。的能量。最终表现为整个反应过程放热最终表现为整个反应过程放热234 kJmol234 kJmol-1-1。反应过程最终表现为吸收热量反应过程最终表现为吸收热量234 kJmol234 kJmol-1-1。53普通化学无机化学2013化学反应速率总之，正逆反应都要经过同一活化状态。总之，正逆反应都要经过同一活化状态。正反应的活化能与逆反应的活化能之差就是正正反应的活化能与逆反应的活化能之差就是正反应的热效应。反应的热效应。54普通化学无机化学2013化学反应速率综上所述，化学反应一般总需要有一个活化的综上所述，化学反应一般总需要有一个活化的过程，也就是吸收
34、足够的能量用以克服由反应过程，也就是吸收足够的能量用以克服由反应物到产物所逾越的物到产物所逾越的“能量高峰能量高峰”。如果反应的。如果反应的活化能越高，能峰就越高，能超过能峰的反应活化能越高，能峰就越高，能超过能峰的反应物分子比例就少，反应速率就慢；如果反应的物分子比例就少，反应速率就慢；如果反应的活化能越小，能峰就越低，则反应速率就快。活化能越小，能峰就越低，则反应速率就快。活化能是决定化学反应速率的内部因素。活化能是决定化学反应速率的内部因素。55普通化学无机化学2013化学反应速率4.54.5催化作用催化作用4.5.14.5.1催化剂和催化作用催化剂和催化作用在在298K298K，100
35、kPa100kPa条件下长时间观察不到水的生条件下长时间观察不到水的生成。但若往该体系中加入微量的成。但若往该体系中加入微量的PtPt粉，反应立粉，反应立即发生，而且反应进行得相当完全。即发生，而且反应进行得相当完全。 Pt Pt粉的粉的量在反应前后未发生改变，量在反应前后未发生改变， Pt Pt粉在这个反应粉在这个反应中就是催化剂。中就是催化剂。 催化剂改变反应速率的作用被称为催化作用。催化剂改变反应速率的作用被称为催化作用。56普通化学无机化学2013化学反应速率4.5.24.5.2催化作用的特点催化作用的特点（1 1）催化剂参与反应并改变反应的历程，降）催化剂参与反应并改变反应的历程，降
36、低反应的活化能。低反应的活化能。例如某反应非催化历程为：例如某反应非催化历程为：而催化历程为：而催化历程为：催化剂催化剂参与反应历程参与反应历程57普通化学无机化学2013化学反应速率例如：反应例如：反应非催化历程的活化能为非催化历程的活化能为250kJmol250kJmol-1-1当用铜粉作催化剂，活化能降低为当用铜粉作催化剂，活化能降低为120kJmol120kJmol- -1 1反应速率提高很多。反应速率提高很多。以反应以反应A+B ABA+B AB为例，进行两种历程的说明。为例，进行两种历程的说明。催化剂为催化剂为K K58普通化学无机化学2013化学反应速率能量反应历程EaEa1Ea
37、2AKABA K BA KA+B+KA B59普通化学无机化学2013化学反应速率在没有催化剂的情况下按途径在没有催化剂的情况下按途径1 1（黄色曲线）（黄色曲线）进行，活化能为进行，活化能为EaEa当有催化剂当有催化剂K K的情况下，按途径的情况下，按途径2 2进行（虚线），进行（虚线），分两步。分两步。（1 1）A+KAK A+KAK 活化能为活化能为E Ea1a1（2 2）AK+BAB+K AK+BAB+K 活化能为活化能为E Ea2a2由于活化能为由于活化能为E Ea1 a1 E Ea2a2均小于均小于EaEa，所以反应速率，所以反应速率加快了。加快了。60普通化学无机化学2013化学
38、反应速率（2 2）催化剂不改变反应系统的热力学状态，）催化剂不改变反应系统的热力学状态，不影响化学平衡。从热力学观点来看，反应体不影响化学平衡。从热力学观点来看，反应体系中反应物和产物的状态不会因为使用催化剂系中反应物和产物的状态不会因为使用催化剂与否而改变，所以反应前后系统的摩尔吉布斯与否而改变，所以反应前后系统的摩尔吉布斯自由能变是一致的，即自由能变是一致的，即“状态函数的变化与途状态函数的变化与途径无关径无关”。 因此，热力学上不可能的反应，使用任何催因此，热力学上不可能的反应，使用任何催化剂都不能使之发生。化剂都不能使之发生。 而且使用催化剂不会改变反应的标准平衡常而且使用催化剂不会改
39、变反应的标准平衡常数。催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡数。催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间。的时间。61普通化学无机化学2013化学反应速率从图可以清楚地看出，使用催化剂后逆反应的从图可以清楚地看出，使用催化剂后逆反应的活化能也同样地降低了即提高了逆反应的速率，活化能也同样地降低了即提高了逆反应的速率，所以催化剂可以同时提高正逆反应的速度。所以催化剂可以同时提高正逆反应的速度。（3 3）催化剂具有一定的选择性，每种催化剂）催化剂具有一定的选择性，每种催化剂都只能催化某一类或几类反应，有的甚至只能都只能催化某一类或几类反应，有的甚至只能催化一个反应，不存在万能的催化剂。催化一个反应
40、，不存在万能的催化剂。62普通化学无机化学2013化学反应速率（4 4）某些杂质对催化剂的性能有很大的影响，）某些杂质对催化剂的性能有很大的影响，有些杂质可能增强催化性能，在工业上称为有些杂质可能增强催化性能，在工业上称为“助催化剂助催化剂”。也有些杂质可能减弱催化功能，。也有些杂质可能减弱催化功能，成为成为“抑制剂抑制剂”，还有些杂质严重阴碍催化功，还有些杂质严重阴碍催化功能，甚至使催化剂能，甚至使催化剂“中毒中毒”，完全失去催化作，完全失去催化作用，这种杂质称用，这种杂质称“毒物毒物”（5 5）反应过程中催化剂本身会发生变化，尽）反应过程中催化剂本身会发生变化，尽管反应前后催化剂的质量不变，但催化剂的某管反应前后催化剂的质量不变，但催化剂的某些物理性状特别是表面性状会发生变化。工业些物理性状特别是表面性状会发生变化。工业生产中使的催化剂须经常生产中使的催化剂须经常“再生再生”或补充。或补充。63普通化学无机化学2013化学反应速率
