专题十 化学反应速率与化学平衡 【知识重构】 催化剂与化学反应 1.催化剂和催化作用 (1)能改变化学反应速率而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变,这种物质叫催化剂。催化剂在反应中所起的作用叫催化作用。 (2)在化工生产中,常常加入催化剂以促进化学反应的进行。例如,在硫酸工业中,二氧化硫制三氧化硫的反应常用五氧化二钒作催化剂;在氮气与氢气合成氨的反应中,使用的是以铁为主体的多成分催化剂;生物体内的化学反应也与催化剂有着密切的联系,生物体内的各种酶具有催化活性,是生物催化剂。 (3)催化剂能改变化学反应的速率,而无法使原来不能发生的反应得以进行。在可逆反应中,催化剂能缩短或延长反应达到平衡的时间,而不能使化学平衡发生移动。 (4)催化剂一般具有选择性,因此,不同的化学反应要选用不同的催化剂。同样的反应物选用不同的催化剂,可能发生不同的反应,从而得到不同的产物。 2.催化剂与反应活化能 (1)催化剂虽然在反应前后的质量和化学性质没有发生变化,但有些催化剂却参与了化学变化的过程,在参与反应的过程中其化学性质和质量均发生改变。即在反应过程中既包括有催化剂参与的反应,又包括使催化剂再生成的反应。 (2)分子或离子间的碰撞是发生化学反应的先决条件,但不是每次碰撞都会引发化学反应。能够引起化学反应的分子(或离子)间的相互碰撞叫有效碰撞,能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。活化分子具有较高的能量,因此,在所有分子中,活化分子所占百分数的大小决定了反应速率的大小。活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差称为反应的活化能。 (3)催化剂有一定的活化温度范围,在这个温度范围内使用,催化剂的活性最高。 (4)使用催化剂能增大化学反应速率的机理主要是形成了中间产物,或在催化剂表面的活性中心发生反应,从而改变化学反应的途径,使反应的活化能降低。 3.催化剂与化学平衡 化学平衡的实质是一种动态平衡,在一定的条件下,反应的平衡常数为定值,催化剂的作用是降低反应所需的活化能,增加活化分子的数目,使单位时间内反应的分子数增多,但对正、逆反应来说是等效的,故不改变化学平衡。 化学反应机理(或反应历程) 1.反应机理 (1)反应机理是用来描述某反应物到反应产物所经由的全部基元反应,就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应,以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应,然后按照一定规律组合起来,从而阐述复杂反应的内在联系,以及总反应与基元反应的内在联系。 (2)反应机理详细地描述了每一步转化的过程,包括过渡态的形成、化学键的断裂和生成,以及各步反应的相对速率大小等。典型的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。 (3)反应机理中包含的基元反应是单分子反应或双分子反应。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。 (4)描述化学反应机理时,要遵循:任何化合物的每一步反应都应该是在该条件下的此类化合物的通用反应。 2.有效碰撞理论 (1)化学反应发生的条件:在化学反应中,反应物分子不断发生碰撞,大多数碰撞无法发生反应,只有少数分子的碰撞才能发生化学反应,能发生有效碰撞的分子是活化分子。活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫作反应的活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。发生有效碰撞不仅有能量的因素,还有空间因素,只有同时满足这两种因素才能发生有效碰撞。 (2)反应历程:化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径。活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫作反应的活化能。活化能越小,普通分子就越容易变成活化分子。反应的活化能是E1,反应热是E1-E2(如图所示)。 在一定条件下,活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大,单位体积内活 ... ...
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