3.5　催化反应简介

催化剂是影响化学反应速率的另一重要因素，在现代工业生产中80%～90%的生产过程都使用催化剂。例如，合成氨、石油裂化、油脂加氢、药品合成等都使用催化剂。催化剂的组成多半是金属、金属氧化物、多酸化合物和配合物等。

3.5.1　催化剂与催化作用

催化剂是一种能改变化学反应速率，其本身在反应前后质量和化学组成均不改变的物质。例如铁催化剂可以使合成氨的反应实现工艺化；钯催化剂使氢气和氧气的反应以燃料电池的方式完成而较温和地释放出电能；二氧化锰催化热分解氯酸钾固体制备氧气，大大加速了反应。

催化剂能加快反应速率，由于它改变了反应历程，催化剂改变反应速率的作用，称为催化作用；有催化剂参加的反应，称为催化反应。如

根据其对反应速率的影响结果，将催化剂进行分类：

①正催化剂： 加快反应速率；

②负催化剂： 减慢反应速率。

例如：H2+Cl22HCl，通入微量氧气，速率减慢。

∴O2为阻化剂（负催化剂）。

③助催化剂：自身无催化作用，可帮助催化剂提高催化性能。

合成 NH3 中的 Fe 粉催化剂，加 Al2O3 可使表面积增大；加入 K2O 可使催化剂表面电子云密度增大。二者均可提高 Fe 粉的催化活性，均为该反应的助催化剂。不加以说明，催化剂一般均指正催化剂。

3.5.2　催化反应的特点

（1）均相催化和非均相催化

①反应物和催化剂处于同一相中，不存在相界面的催化反应，称均相催化。如

NO2 　　　催化2SO2+O22SO3

②若产物之一对反应本身有催化作用，则称之为自催化反应。如

产物中 Mn2+ 对反应有催化作用，叫做自催化。

由图3-5 知自催化反应特点：

初期：反应速率小。

中期：经过一段时间t0～tA 诱导期后，速率明显加快，见tA～tB 段。

后期：tB 之后，由于反应物耗尽，速率下降。

③反应物和催化剂不处于同一相，存在相界面，在相界面上进行的反应，叫做多相催化反应或非均相催化、复相催化反应。例如：

Fe催化合成氨　　固-气

Ag催化 H2O2 的分解　　固-液

（2）选择性

特定的反应有特定的催化剂。

2SO2+O2 2SO3　　①V2O5，②NO2，③Pt

CO+2H2CH3OH　　CuO-ZnO-Cr2O3

同样的反应，催化剂不同时，产物可能不同。

CO+2H2CH3OH　　CuO-ZnO-Cr2O3

CO+3H2 CH4+H2O　　Ni+Al2O3

2KClO3 2KCl+3O2　　MnO2

4KClO3 3KClO4+KCl　　无催化剂

（3）改变反应速率，不改变热力学数据

如图3-6所示，催化剂改变反应速率，减小活化能，提高产率，不涉及热力学问题。如

A+BAB

Ea 很大，无催化剂，反应速率慢。加入催化剂K，机理改变了，加快反应速率

A+B+KAK+B=AB+K

由图中可以看出，不仅正反应的活化能减小了，而且逆反应的活化能也降低了。因此逆反应也加快了。催化剂不改变热力学数据，可使平衡时间提前。