催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

1、10.11 催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一、催化反應(yīng)原理：催化劑：可明顯改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身在反應(yīng)前后的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量均不發(fā)生變化的物質(zhì)。這種作用稱為催化作用。催化劑只能改變反應(yīng)速率（即達(dá)到平衡的速率），而不能改變反應(yīng)平衡。催化劑對(duì)于和逆向反應(yīng)具有的催化作用。催化劑有正催化劑（加速）和負(fù)催化劑（減速）。減速者又稱為阻化劑。1常見的幾種重要催化反應(yīng)：光合作用： 啤酒發(fā)酵、等等硫酸工業(yè)： SO2 + 1/2O2 SO3V2O5氮肥工業(yè)： N2 + 3H2 2NH3 CO + H2O CO2 + H2Fe硝酸工業(yè)： NH3 + O2 H2O + NO2Pt氣相液相氣、固液、固催化反應(yīng)：均相催化：多相催化：2催

2、化反應(yīng)機(jī)理3ABA+B+K AB+KEa,0E2AK+BA-B-KA-KE1E3Ea反應(yīng)進(jìn)程能量催化劑作用機(jī)理A+BAB KA+K AKAK+B AB+K k2k1k-1 4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催化作用的關(guān)鍵是大大降低了反應(yīng)的活化能。催化反應(yīng)機(jī)理5催化作用的特點(diǎn)： 催化劑能加快反應(yīng)速率的原因是由于改變了 反應(yīng)的歷程，降低了反應(yīng)活化能。(2) 催化劑在反應(yīng)前后數(shù)量和化

3、學(xué)性質(zhì)不變，催 化劑只能影響反應(yīng)速率,不能改變化學(xué)平衡。 (3) 催化劑本身可能參與反應(yīng),其濃度項(xiàng)經(jīng)常會(huì)出 現(xiàn)在速率方程中。(4) 催化劑反應(yīng)前后物理性質(zhì)可能發(fā)生變化。(5) 催化劑有特殊的選擇性。一種催化劑只對(duì)特 定類型反應(yīng)有催化作用。酶催化反應(yīng)具有更 強(qiáng)選擇性。(6) 少量雜質(zhì)有可能強(qiáng)烈的影響催化劑的作用。 增加催化劑作用的為助催劑，減低催化活性 的稱為毒物。6設(shè)有一均相催化反應(yīng)： A P C：催化劑C催化反應(yīng)歷程可設(shè)為： M P + Ck2A + C Mk1k-1由穩(wěn)態(tài)法： 均相酸堿催化反應(yīng)7無催化劑存在時(shí)的反應(yīng)速率為： 8酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)歷程用穩(wěn)態(tài)近似法處理酶催化的反應(yīng)速率曲線酶催

4、化反應(yīng)的級(jí)數(shù)米氏常數(shù)酶催化反應(yīng)特點(diǎn)9酶催化反應(yīng)特點(diǎn) 酶催化反應(yīng)與生命現(xiàn)象有密切關(guān)系，它的主要特點(diǎn)有：1.高選擇性它的選擇性超過了任何人造催化劑，例如脲酶它只能將尿素迅速轉(zhuǎn)化成氨和二氧化碳，而對(duì)其他反應(yīng)沒有任何活性。2.高效率它比人造催化劑的效率高出109至1015 倍。例如一個(gè)過氧化氫分解酶分子，在1秒鐘內(nèi)可以分解十萬個(gè)過氧化氫分子。3.反應(yīng)條件溫和 一般在常溫、常壓下進(jìn)行。4.反應(yīng)歷程復(fù)雜 受pH、溫度、離子強(qiáng)度影響較大。10酶催化反應(yīng)歷程 Michaelis-Menten,Briggs,Haldane,Henry等人研究了酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并提出了酶促反應(yīng)的歷程如下： 他們認(rèn)為酶(E)與底物(S)先形成中間化合物ES,中間化合物再進(jìn)一步分解為產(chǎn)物(P)，并釋放出酶(E)，整個(gè)反應(yīng)的速控步是第二步。11用穩(wěn)態(tài)近似法處理12酶催化反應(yīng)的級(jí)數(shù) 令酶的原始濃度為E0，反應(yīng)達(dá)穩(wěn)態(tài)后，一部分變?yōu)橹虚g化合物ES，余下的濃度為E130.20.40.60.81.0Vm0.0123456789101112131415S單位: Km酶促反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系1/2VmKm14酶催化的反應(yīng)速率曲線1.當(dāng)?shù)孜餄舛群艽髸r(shí)，SKM，r =k2E0，反應(yīng)只 與酶的濃度有關(guān)，而與底物濃度無關(guān)，對(duì)底物濃 度S呈零級(jí)。2.當(dāng)SKM時(shí)，r =k2E0S/KM 對(duì)S呈一級(jí)。3.當(dāng)S時(shí)，r = rm