资深教师带你学:高二化学选修一之化学反应速率-催化剂

第03部分 催化剂

1. 特点

催化剂可以在化学反应过程中改变化学反应速率，但是不会改变化学平衡位置。且催化剂的质量和化学性质在化学反应前后都没有变化。

催化剂对反应具有选择性，且催化剂在反应过程中受温度或化学作用影响会出现一些不可逆的物理化学变化，即催化剂中毒。

2. 催化原理

过渡态理论认为催化剂可以降低一个化学反应过程中的活化能从而增大化学反应速率。但是催化剂降低化学反应的活化能可从下图中得到解释：

由图中可知：催化剂将一个化学反应拆分成两个历程，催化剂充当第一个化学反应的反应物以及第二个化学反应的产物，且两个化学反应的活化能都低于总反应的活化能，由此降低了整个化学变化过程中的活化能上限，从而使化学反应速率加快。

一个化学反应可以被不同的物质所催化，活化能的降低也不同，如H₂O₂分解为H₂O和1/2O₂的活化能E_a＝75 kJ/mol。若用I^-作催化剂，活化能降为59 kJ/mol；若用过氧化氢酶作催化剂，活化能降为25 kJ/mol。

已知MnO₂、Fe³⁺、Cu²⁺都可以催化H₂O₂分解，催化原理如下：

①MnO₂催化H₂O₂分解

　　第1步：MnO₂＋H₂O₂＋2H⁺Mn²⁺＋2H₂O＋O₂↑

　　第2步：Mn²⁺＋H₂O₂MnO₂＋2H⁺

　　总反应：2H₂O₂^MnO22H₂O＋O₂↑

　　②Fe³⁺催化H₂O₂分解

　　第1步：H₂O₂＋Fe³⁺Fe²⁺＋O₂↑＋2H⁺

　　第2步：H₂O₂＋Fe²⁺＋2H⁺Fe³⁺＋2H₂O

　　总反应：2H₂O₂^Fe3+2H₂O＋O₂↑

　　③Cu²⁺催化H₂O₂分解

　　第1步：Cu²⁺＋H₂O₂CuO₂＋2H⁺

　　第2步：CuO₂＋H₂O₂＋2H⁺Cu²⁺＋2H₂O＋O₂↑

　　总反应：2H₂O₂^Cu2+2H₂O＋O₂↑

3. 基元反应概述

从微观上看，反应物分子一般总是经过若干的简单反应步骤，才最后转化为产物分子的。每一个简单的反应步骤，就是一个基元反应。

基元反应步骤要求反应物一步变成生成物，没有任何中间产物。按照基元反应定义，所有的可逆反应均为非基元反应。