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【选修一】【化学反应原理】【催化剂】催化剂提高化学反应速率原理

 当以读书通世事 2023-07-08 发布于甘肃

我们知道,原子是由原子核和电子组成的。电子以不同的能级存在于原子中,能级越低,能量越低,稳定性也越高。原子的最外层电子的能量最高,而最内层电子的能量最低。最外层电子通常被称为“价电子”,因为它们参与原子间的化学反应和形成化学键。

Volcano Chem,公众号:火山实验班高中化学我们为什么更关注原子的最外层电子而不是内部电子?

催化剂提高化学反应速率是通过降低反应的活化能实现的。就是让每一步反应的门槛降低一些,从而让反应更容易发生,进而提高反应速率。

那么,催化剂是如何降低活化能的呢?

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主要是由以下几个方面实现的。

1. 催化剂可以提供替代反应路径,降低过渡状态的能量。催化剂通过参与反应,为反应物分子提供了一条更低能量的反应途径,使它们更容易达到过渡状态,从而降低活化能。

2. 催化剂可以改变反应物的化学配位,降低过渡状态的空间位阻。催化剂的存在改变了反应物分子的空间排布和方向,使反应更易发生,降低到达过渡状态的难度。

3. 催化剂提供了吸附位点,使反应物更易接近。催化剂的表面为反应提供了活性位点,使反应物更易吸附和接近,从而更易相互作用和反应,降低反应的活化能。

4. 催化剂调节了反应物的电子状态,使其更易发生化学变化。催化剂可以通过与反应物的相互作用来改变其电子态,使反应物更易达到过渡状态所需的电子态,从而减少反应的活化能。

5. 催化剂提供了中间体作用,参与并平衡反应的各个步骤。催化剂可以与反应过程中的中间体发生相互作用,使反应步骤之间更容易平衡进行,减小每一步骤的活化能,,从而降低整个反应的活化能。总之,催化剂通过多种方式参与到反应过程中,使反应更易发生和进行,降低反应达到过渡状态和进行的难度,减少活化能壁垒,加快反应速率,提高反应效率。这也是一般催化剂能显著提高反应速率的根本原因。

更具体来讲,当前对于高中学生理解化学反应的实质的工具,基本采用的是简化后的有效碰撞模型

能量达到一定水平的分子(活化分子)相互碰撞,导致旧键断裂新键形成

当催化剂降低了活化能之后,这意味着有更多的反应物分子变成了所谓的“活化分子”,同时让单位体积内的活化分子百分数得到提高,然后加快化学反应速度。

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