对反应机理和动力学的研究 有助于研究人员优化反应速度。温度或浓度的升高 会加快反应速度,但如果 增加过多,也会导致 分解或副产物。或者,可以向反应混合物中加入一种 能加速反应速度而不被永久改变或消耗 的化学物质。这些物质被称为催化剂,通过改变活化能来影响速率常数。回想一下,活化能越高,反应速度越慢。因此,许多化学反应,如过氧化氢 水溶液的分解,进展缓慢。催化剂的加入通过提供一种 替代反应机制,降低了活化能,而并不影响反应物和产物的 能量状态。催化剂有两种类型:均相催化剂 和非均相催化剂。均相催化剂与反应物 同相存在。例如,将溴化钠添加到过氧化氢 水溶液中,以加速它分解为 气态氧和水的反应。首先,溴离子在酸性介质中与 过氧化氢反应,形成溴水和水的 橙色溶液。接下来,溴水和过氧化氢发生 反应,释放出以无色溶液表示的 溴离子。作为催化剂的特征,溴离子 加速了反应,但未被消耗,也未出现在净平衡方程中。与反应物相比,多相催化剂以不同的 物理状态存在。多相催化的特点是四个 基本步骤—吸附、扩散、反应 和解吸。例如,不饱和乙烯气 加氢制乙烷的反应 是由在木炭上精细分散的钯 来加速的。在这里,催化剂以其固态形式存在,而反应物以气态形式存在。在这个多相催化过程中,乙烯和氢分子吸附在催化剂表面。氢键断裂 使氢原子在催化剂表面 扩散。当扩散的氢原子遇到被吸附的乙烯 分子时,它们发生反应形成饱和乙烷。随后,产物脱附并从金属表面 离开,留下完好无损的催化剂。