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化学平衡催化剂

1850
Chemist conducting experiments with catalysts in a vintage laboratory setting, 1850.

催化剂通过提供活化能较低的替代反应途径,平等地提高正向和逆向反应的速率。虽然催化剂可以使体系更快地达到平衡,但它不会改变平衡本身的位置。反应物和产物的平衡浓度以及平衡常数K的值保持不变。

The function of a catalyst can be visualized using a reaction energy profile diagram. The catalyst lowers the energy of the transition state, which is the peak of the energy barrier between reactants and products. Crucially, it lowers this barrier by the same amount for both the forward and reverse reactions. This means the activation energy for the forward reaction ([乳胶]E_{a,fwd}[/latex]) and the activation energy for the reverse reaction ([latex]E_{a,rev}[/latex]) are both reduced, but the difference between them, which corresponds to the overall enthalpy change of the reaction ([latex]\Delta H = E_{a,fwd} – E_{a,rev}[/latex]), is not affected.

Since the equilibrium constant K is related to the standard Gibbs free energy change ([latex]\Delta G^{circ} = -RT \ln K[/latex]), and catalysts do not alter the thermodynamics ([latex]\Delta G^{circ}[/latex], [latex]\Delta H^{circ}[/latex]) of the overall reaction, they cannot change the value of K. Their role is purely kinetic, enabling the system to achieve the thermodynamically favorable equilibrium state in a shorter amount of time. This is vital in industrial processes where reaching equilibrium quickly is economically necessary, as many thermodynamically favorable reactions are too slow to be practical without catalysis.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical chemistry

类型

抽象系统

中断

基础

使用方法

广泛使用

前体

  • 将反应速率与活化能联系起来的阿伦尼乌斯方程
  • 活化能的概念
  • 早期观察到物质加速反应而不被消耗(例如,基尔霍夫、戴维)

应用

  • 汽车中的催化转化器可减少有害排放
  • 生物系统中的酶作为生物催化剂
  • 使用铁催化剂的哈伯-博施法
  • 使用氧化钒催化剂的接触法
  • 石油精炼和裂解

专利:

NA

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