3.5　催化反應簡介

催化劑是影響化學反應速率的另一重要因素，在現代工業生產中80%～90%的生產過程都使用催化劑。例如，合成氨、石油裂化、油脂加氫、藥品合成等都使用催化劑。催化劑的組成多半是金屬、金屬氧化物、多酸化合物和配合物等。

3.5.1　催化劑與催化作用

催化劑是一種能改變化學反應速率，其本身在反應前后質量和化學組成均不改變的物質。例如鐵催化劑可以使合成氨的反應實現工藝化；鈀催化劑使氫氣和氧氣的反應以燃料電池的方式完成而較溫和地釋放出電能；二氧化錳催化熱分解氯酸鉀固體制備氧氣，大大加速了反應。

催化劑能加快反應速率，由于它改變了反應歷程，催化劑改變反應速率的作用，稱為催化作用；有催化劑參加的反應，稱為催化反應。如

根據其對反應速率的影響結果，將催化劑進行分類：

①正催化劑： 加快反應速率；

②負催化劑： 減慢反應速率。

例如：H2+Cl22HCl，通入微量氧氣，速率減慢。

∴O2為阻化劑（負催化劑）。

③助催化劑：自身無催化作用，可幫助催化劑提高催化性能。

合成 NH3 中的 Fe 粉催化劑，加 Al2O3 可使表面積增大；加入 K2O 可使催化劑表面電子云密度增大。二者均可提高 Fe 粉的催化活性，均為該反應的助催化劑。不加以說明，催化劑一般均指正催化劑。

3.5.2　催化反應的特點

（1）均相催化和非均相催化

①反應物和催化劑處于同一相中，不存在相界面的催化反應，稱均相催化。如

NO2 　　　催化2SO2+O22SO3

②若產物之一對反應本身有催化作用，則稱之為自催化反應。如

產物中 Mn2+ 對反應有催化作用，叫做自催化。

由圖3-5 知自催化反應特點：

初期：反應速率小。

中期：經過一段時間t0～tA 誘導期后，速率明顯加快，見tA～tB 段。

后期：tB 之后，由于反應物耗盡，速率下降。

③反應物和催化劑不處于同一相，存在相界面，在相界面上進行的反應，叫做多相催化反應或非均相催化、復相催化反應。例如：

Fe催化合成氨　　固-氣

Ag催化 H2O2 的分解　　固-液

（2）選擇性

特定的反應有特定的催化劑。

2SO2+O2 2SO3　　①V2O5，②NO2，③Pt

CO+2H2CH3OH　　CuO-ZnO-Cr2O3

同樣的反應，催化劑不同時，產物可能不同。

CO+2H2CH3OH　　CuO-ZnO-Cr2O3

CO+3H2 CH4+H2O　　Ni+Al2O3

2KClO3 2KCl+3O2　　MnO2

4KClO3 3KClO4+KCl　　無催化劑

（3）改變反應速率，不改變熱力學數據

如圖3-6所示，催化劑改變反應速率，減小活化能，提高產率，不涉及熱力學問題。如

A+BAB

Ea 很大，無催化劑，反應速率慢。加入催化劑K，機理改變了，加快反應速率

A+B+KAK+B=AB+K

由圖中可以看出，不僅正反應的活化能減小了，而且逆反應的活化能也降低了。因此逆反應也加快了。催化劑不改變熱力學數據，可使平衡時間提前。