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10.11 催化反应动力学

10.11 催化反应动力学. 一、催化反应原理： 催化剂： 可明显改变化学反应速率，而本身在反应前后的化学性质和数量 均不发生变化 的物质。 这种作用称为催化作用。 催化剂只能改变反应速率（即达到平衡的速率），而 不能改变反应平衡 。 催化剂对于 正向 和 逆向 反应具有 相同 的催化作用。 催化剂有正催化剂（加速）和负催化剂（减速）。减速者又称为阻化剂。. V 2 O 5. 硫酸工业： SO 2 + 1/2O 2 SO 3. Fe. 氮肥工业： N 2 + 3H 2 2NH 3.

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10.11 催化反应动力学

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Presentation Transcript

  1. 10.11 催化反应动力学 • 一、催化反应原理： • 催化剂：可明显改变化学反应速率，而本身在反应前后的化学性质和数量均不发生变化的物质。 • 这种作用称为催化作用。 • 催化剂只能改变反应速率（即达到平衡的速率），而不能改变反应平衡。 • 催化剂对于正向和逆向反应具有相同的催化作用。 • 催化剂有正催化剂（加速）和负催化剂（减速）。减速者又称为阻化剂。

  2. V2O5 硫酸工业： SO2 + 1/2O2 SO3 Fe 氮肥工业： N2 + 3H2 2NH3 CO + H2O CO2 + H2 Pt 硝酸工业： NH3 + O2 H2O + NO2 气相 均相催化： 液相 催化反应： 气、固 多相催化： 液、固 • 常见的几种重要催化反应： 光合作用： 啤酒发酵、等等

  3. 催化反应机理

  4. 能量 A­­­B k1 K A+K AK AK+B AB+K AB A+B k-1 Ea,0 k2 A---B---K A---K Ea E1 E2 E3 A+B+K AK+B AB+K 反应进程 催化剂作用机理

  5. 催化反应机理 催化作用的关键是大大降低了反应的活化能。 • 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

  6. 催化作用的特点： • ⑴ 催化剂能加快反应速率的原因是由于改变了 反应的历程，降低了反应活化能。 • (2) 催化剂在反应前后数量和化学性质不变，催 化剂只能影响反应速率,不能改变化学平衡。 • (3) 催化剂本身可能参与反应,其浓度项经常会出 现在速率方程中。 • (4) 催化剂反应前后物理性质可能发生变化。 • (5) 催化剂有特殊的选择性。一种催化剂只对特 定类型反应有催化作用。酶催化反应具有更 强选择性。 • (6) 少量杂质有可能强烈的影响催化剂的作用。 增加催化剂作用的为助催剂，减低催化活性 的称为毒物。

  7. C A P C：催化剂 k1 A + C M k-1 k2 M P + C • 均相酸碱催化反应 • 设有一均相催化反应： • 催化反应历程可设为： • 由稳态法：

  8. 无催化剂存在时的反应速率为：

  9. 酶催化反应 • 酶催化反应历程 • 用稳态近似法处理 • 酶催化反应的级数 • 酶催化的反应速率曲线 • 米氏常数 • 酶催化反应特点

  10. 酶催化反应特点 酶催化反应与生命现象有密切关系，它的主要特点有： 1.高选择性 它的选择性超过了任何人造催化剂，例如脲酶它只 能将尿素迅速转化成氨和二氧化碳，而对其他反应 没有任何活性。 2.高效率 它比人造催化剂的效率高出109至1015倍。例如 一个过氧化氢分解酶分子，在1秒钟内可以分解十 万个过氧化氢分子。 3.反应条件温和 一般在常温、常压下进行。 4.反应历程复杂 受pH、温度、离子强度影响较大。

  11. 酶催化反应历程 Michaelis-Menten,Briggs,Haldane,Henry等人研究了酶催化反应动力学，并提出了酶促反应的历程如下： 他们认为酶(E)与底物(S)先形成中间化合物ES,中间化合物再进一步分解为产物(P)，并释放出酶(E)，整个反应的速控步是第二步。

  12. 用稳态近似法处理

  13. 酶催化反应的级数 令酶的原始浓度为[E]0，反应达稳态后，一部分变为中间化合物[ES]，余下的浓度为[E]

  14. Vm 1.0 0.8 0.6 0.4 1/2Vm 0.2 0.0 11 12 13 14 15 4 5 6 7 8 9 10 2 3 1 Km [S] 单位: Km 酶促反应速率与底物浓度的关系

  15. 酶催化的反应速率曲线 1.当底物浓度很大时，[S]>>KM，r =k2[E]0，反应只 与酶的浓度有关，而与底物浓度无关，对底物浓 度[S]呈零级。 2.当[S]<<KM时，r =k2[E]0[S]/KM对[S]呈一级。 3.当[S]→∞时，r = rm=k2[E]0。

  16. 以 作图，从斜率和截距求出KM和rm 米氏常数 KM 当反应速率达到最大值rm的一半时， KM=[S]。 下面的数学处理可以求出KM和rm 重排得：

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