催化反应动力学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,和,逆向,反应具有,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。,1,常见的几种重要催化反应：,光合作用： 啤酒发酵、等等,硫酸工业： SO,2,+ 1/2O,2,SO,3,V,2,O,5,氮肥工业： N,2,+ 3H,2,2NH,3,CO + H,2,O CO,2,+ H,2,Fe,硝酸工业： NH,3,+ O,2,H,2,O + NO,2,Pt,气相,液相,气、固,液、固,催化反应：,均相催化：,多相催化：,2,催化反应机理,3,A,B,A,+B+K,AB+K,E,a,0,E,2,AK+B,A,-,B,-,K,A,-,K,E,1,E,3,E,a,反应进程,能量,催化剂作用机理,A+B,AB,K,A+K AK,AK+B,AB+K,k,2,k,1,k,-1,4,如：,(1),2SO,2,+ O,2, SO,3,E,a,= 251 kJ/mol,Pt,催化：,E,a, = 62.8 kJ/mol,(2),3H,2,+ N,2,2NH,3,E,a,= 334.7 kJ/mol,Fe-,Al,2,O,3,-K,2,O,: E,a, = 167.4 kJ/mol,催化作用的关键是大大降低了反应的活化能。,催化反应机理,5,催化作用的特点：,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。,6,设有一均相催化反应：,A P C：催化剂,C,催化反应历程可设为：,M P + C,k,2,A + C M,k,1,k,-1,由稳态法：,均相酸碱催化反应,7,无催化剂存在时的反应速率为：,8,酶催化反应,酶催化反应历程,用稳态近似法处理,酶催化的反应速率曲线,酶催化反应的级数,米氏常数,酶催化反应特点,9,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10,9,至10,15,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。,10,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。,11,用稳态近似法处理,12,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,13,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,V,m,0.0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,S,单位: K,m,酶促反应速率与底物浓度的关系,1/2V,m,K,m,14,酶催化的反应速率曲线,1.当底物浓度很大时，,S,K,M,，,r,=,k,2,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,K,M,时，,r,=,k,2,E,0,S/,K,M,对S呈一级。,3.当,S,时，,r,=,r,m,=,k,2,E,0,。,15,米氏常数,K,M,下面的数学处理可以求出,K,M,和,r,m,重排得：,以 作图，从斜率和截距求出,K,M,和,r,m,当反应速率达到最大值,r,m,的一半时，,K,M,=S。,16,