催化剂的作用
编辑： admin 2018-04-09
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概括：这道题是梅徒幢同学的课后化学练习题，主要是关于催化剂的作用，指导老师为窦老师。根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义:催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。折叠催化剂催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用。固体催化剂在工业上也称为触媒。催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用，例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用，加快化学反应速率，但对其他的化学反应就不一定有催化作用。某些化学反应并非只有唯一的催化剂，例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁、氧化铁和氧化铜等等，氯酸钾制取氧气时还可用红砖粉或氧化铜等做催化剂。
折叠一般定义初中课本上定义:在化学反应里能改变(加快或减慢)其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后(反应过程中会改变)都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。其物理性质可能会发生改变，例如二氧化锰(MnO2)在催化氯酸钾(KClO3)生成氯化钾(KCl)和氧气(O2)的反应前后由块状变为粉末状。催化剂对可逆反应同时具有催化正、逆反应的功能，视反应条件而定，如芳烃加氢反应。折叠其他定义也有一种说法，催化剂参与化学反应。在一个总的化学反应中，催化剂的作用是降低该反应发生所需要的活化能，本质上是把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应(与之相反的称为抑制剂)。在这两个反应中，第一个反应中催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反应前后没有变化。例如:CFC(Chlorofluorocarbon，或写作CFCs，氟氯烃)类物质破坏臭氧，其实就是它先于臭氧反应生成一个原子氧和一个复杂的化合物，然后另外一个臭氧分子和那个化合物反应生成一个原子氧和CFC，然后2个原子氧反应变成一个氧气分子。所以CFC在总反应前后没有变化，在总反应中，我们可以认为CFC充当催化剂使臭氧分子变成氧气分子，但其实CFC参与了化学反应。KClO3制氧气加入MnO2，可发生下列反应:2KClO3+2MnO2=加热2KMnO4+Cl2↑+O2↑,2KMnO4=加热K2MnO4+MnO2+O2↑,K2MnO4+Cl2=加热2KCl+MnO2+O2↑催化剂原先因发生化学反应而生成的物质会在之后进一步的反应中重新生成原有催化剂，即上面提到的反应中MnO2的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。一般来说，催化剂是指参与化学反应中间历程的，又能选择性地改变化学反应速率，而其本身的数量和化学性质在反应前后基本保持不变的物质。通常把催化剂加速化学反应，使反应尽快达到化学平衡的作用叫做催化作用，但并不改变反应的平衡。
题目：催化剂的作用
解：定义：根据IUPAC于1981年提出的定义,催化剂是一种物质,它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化.这种作用称为催化作用.涉及催化剂的反应为催化反应.
催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应.催化剂在工业上也称为触媒.
初中书上定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒.催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用.
我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应.而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应.但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应.
催化剂有三种类型,它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂.
均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）.例如：如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体.笑气（四氧化二氮）是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂.然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气.这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素.
多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态.例如：在生产人造黄油时,通过固态镍（催化剂）,能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪.固态镍是一种多相催化剂,被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气）.
酶是生物催化剂.活的生物体利用它们来加速体内的化学反应.如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命.大约在37℃的温度中（人体的温度）,酶的工作状态是最佳的.如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用.因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效.
催化剂分均相催化剂与非均相催化剂.非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中（例如：固态催化剂在液态混合反应）,而均相催化剂则是呈现在同一相的反应（例如：液态催化剂在液态混合反应）.一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现.目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置.
仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率,而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂.催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时,叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时,叫做多相催化作用.
人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应.大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应.催化剂并不会在化学反应中被消耗掉.不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来.不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生.
使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂.例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入0.01%～0.02%没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂).
目前,对催化剂的作用还没有完全弄清楚.在大多数情况下,人们认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应,降低了反应所需要的活化能.有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”,分解时催化剂恢复了原来的化学组成,原反应物就变成了生成物.有些催化反应是由于吸附作用,吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行.活性中心的区域越大或越多,催化剂的活性就越强.反应物里如有杂质,可能使催化剂的活性减弱或失去,这种现象叫做催化剂的中毒.
催化剂对化学反应速率的影响非常大,有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上.催化剂一般具有选择性,它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行.例如,加热时,甲酸发生分解反应,一半进行脱水,一半进行脱氢：
HCOOH=H2O+CO
HCOOH=H2+CO2
如果用固体Al2O3作催化剂,则只有脱水反应发生；如果用固体ZnO作催化剂,则脱氢反应单独进行.这种现象说明,不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程.因此,我们利用催化剂的选择性,可使化学反应主要向某一方向进行.
在催化反应里,人们往往加入催化剂以外的另一物质,以增强催化剂的催化作用,这种物质叫做助催化剂.助催化剂在化学工业上极为重要.例如,在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂,可以大大提高催化剂的催化作用.
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用催化剂.例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂.
酶,是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质,旧称酵素.生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行.酶的催化作用同样具有选择性.例如,淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖,蛋白酶催化蛋白质水解成肽等.酶在生理学、医学、农业、工业等方面,都有重大意义.目前,酶制剂的应用日益广泛.
参考思路：
什么催化剂啊 你说的也不明白 例如呢...
举一反三
例1： 【催化剂有什么好处既然催化剂有可能加快反映速率.也能降慢速率.,那用催化剂有什么目的呢>?有什么好处?】
思路提示：
有些反应进行的太快了,而一般不需要那么快,当然就需要催化剂把反应速度降低
而有些反应进行的太慢了,用催化剂加快反应速度,减少反应时间啊~
用催化剂当然是为了是化学反应的速度能够满足人类各种各样的需要拉
例2： 催化剂的作用是什么[化学练习题]
思路提示：
改变反应途径、降低或增加反应的活化能,改变（加快或减慢）化学反应的速度.
例3： 【在解决环境污染问题时,催化剂有哪些重要作用?】[化学练习题]
思路提示：
在治理环境污染的化学反应中,施加一定量的催化剂,可以提高反应速率,缩短反应时间,并且可以使一些不易发生反应的物质促使其发生化学反应,但催化剂无法改变化学反应的最终产物,只能使反应的速度加快,促使反应快速达到平衡状态.缩短污染物污染环境的时间,最大程度减少污染物的危害.
例4： 【生活中的催化剂都有那些,各有什么作用?】[化学练习题]
思路提示：
金属催化剂 20世纪初,在英国和德国建立了以镍为催化剂的油脂加氢制取硬化油的工厂,1913年,德国巴登苯胺纯碱公司用磁铁矿为原料,经热熔法并加入助剂以生产铁系氨合成催化剂.1923年F.费歇尔以钴为催化剂,从一氧化碳加氢制烃取得成功.1925年,美国M.雷尼获得制造骨架镍催化剂的专利并投入生产.这是一种从Ni-Si合金用碱浸去硅而得的骨架镍.1926年,法本公司用铁、锡、钼等金属为催化剂,从煤和焦油经高压加氢液化生产液体燃料,这种方法称柏吉斯法.该阶段奠定了制造金属催化剂的基础技术,包括过渡金属氧化物、盐类的还原技术和合金的部分萃取技术等,催化剂的材质也从铂扩大到铁、钴、镍等较便宜的金属.
氧化物催化剂 鉴于19世纪开发的二氧化硫氧化用的铂催化剂易被原料气中的砷所毒化,出现了两种催化剂配合使用的工艺.德国曼海姆装置中第一段采用活性较低的氧化铁为催化剂,剩余的二氧化硫再用铂催化剂进行第二段转化.这一阶段,开发了抗毒能力高的负载型钒氧化物催化剂,并于1913年在德国巴登苯胺纯碱公司用于新型接触法硫酸厂,其寿命可达几年至十年之久.20年代以后,钒氧化物催化剂迅速取代原有的铂催化剂,并成为大宗的商品催化剂.制硫酸催化剂的这一变革,为氧化物催化剂开辟了广阔前景.
液态催化剂 1919年美国新泽西标准油公司开发以硫酸为催化剂从丙烯水合制异丙醇的工业过程,1920年建厂,至1930年,美国联合碳化物公司又建成乙烯水合制乙醇的工厂.这类液态催化剂均为简单的化学品.
生物催化剂 酶是生物催化剂,是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的有机物（绝大多数的蛋白质.但少量RNA也具有生物催化功能）,旧称酵素.生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行.酶的催化作用同样具有选择性.例如,淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖,蛋白酶催化蛋白质水解成肽等.活的生物体利用它们来加速体内的化学反应.如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命.大约在37℃的温度中（人体的温度）,酶的工作状态是最佳的.如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用.因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效.酶在生理学、医学、农业、工业等方面,都有重大意义.目前,酶制剂的应用日益广泛.
燃煤催化剂 一般选择最廉价的原料——废弃 物.试验证明, 许多废弃物具有明显的催化燃烧作用, 且具有环境保护的 效能.常用燃煤催化剂的废气物有: 第一,煤灰.煤灰是煤中灰分在燃烧过 程形成的剩余物.煤中的灰分是内在的催化剂.灰分过多不利于燃烧, 过 少也很难着火.第二, 造纸黑液.造纸厂排放的碱性黑液含有大量 K2CO3, Na2CO3, KOH, NaOH 和 Ca( OH) 2 等, 它是效果较好的燃煤催化剂.将干燥 的造纸黑液适量加入煤中, 可使煤的着火温度降低 30 ℃～50 ℃, 促使煤 完全燃尽.另外, 它还有脱硫作用, 脱硫率可达到 35%～58% , 这对环境保 护是有利的.第三, 碱厂废液.碱厂废液中含有大量 CaCO3 和少量 CaCl2, 适当加入这种废液有利于煤着火燃烧, 同时也具有脱硫作用, 脱硫率可 达到 44%以上.第四, 铁矿石粉, 铁矿开采过程中产生的铁矿石粉, 其中 富含 Fe2O3, 是较好的燃煤催化剂原料.有的铁矿石山不具备开采价值, 经多年的风化, 山坡多积存大量的铁矿石粉末, 可以收集使用.第五, 草 木灰.草木灰中含有 KOH , 冲水过滤后可以得到溶液, 晒干后便可从溶 液中提取用作燃煤催化剂的粗品 KOH.第六, 石灰.生石灰和熟石灰均 可作为燃煤催化剂原料, 其中要特别强调的是 Ca2+明显具有脱硫的作 用.除上述几种之外, 其他可用作燃煤催化剂的废弃物还有很多, 例如废 弃的白泥、炼铁炉炉渣、电石废渣以及某些化工厂的废液等等.
还有半导体和光催化剂 从物理意义上说半导体是介于导体与绝缘体之间的材料,光催化是在一定波长光照条件下,半导体材料发生光生载流子的分离,然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生产具有氧化性或还原性的活性自由基,这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水,在反应过程中这种半导体材料也就是光催化剂本身不发生变化.一般用于做光催化剂进行光催化反应的材料都是半导体材料或具有半导体特性的物质.