《学问・科教探索》第２４卷第２４期 普教论坛◎ 谈谈催化剂 王，志变 （河北张家口教育学院宣化分校） 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。但在中学化学中，催化剂只是简单地介绍而已，并不作为 重点，我们在学习时应该对它有较全面的了解。 一多、产量小；用铂作催化剂可使硫酸产品浓度达９８％以上，可制 得发烟硫酸；用钒作催化剂后，产品质量大大提高威本大幅度下降。 ②催化剂的选择性：一种催化剂只对某一类反应具有明显 、对概念的理解 在现行的中学教材里，催化剂的定义是：在化学反应里能改 变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学 反应前后都没有改变的物质。教师在向学生讲授这个概念时，一 般总是强调以下几点：①改变反应速率应包括加快和减慢；②化 学性质在反应前后不发生变化，物理性质会发生变化。 近年来，由于对催化剂研究的不断深入开展，有些专家把能 使反应减慢的催化剂改称为负催化剂或阻化剂。因此催化剂的 概念基本上只指能加快反应速率这一种情况。催化剂在整个反 应过程中，至少和一种反应物发生了某种形式的结合，使化学反 应改变了途径，而这个新途径需要的活化能更低，凶而使反应能 够更容易更快地进行。到一个步骤结束时，催化剂又能脱离出 来，在反应前后的质量和化学性质上没有发生改变。 在可逆反应中，添加催化剂能同等程度地增加正反应速率 和逆反应，因此，它对平衡的移动没有影响，即它不能改变达到 化学平衡状态的反应混合物的组成，但却能改变达到平衡所需 的时间。 二、使用催化剂 一般地，催化反应有三种类型，它们是：均相催化、多相催 化、和生物催化。 均相催化指催化剂和反应物处于同一种物态（固态、液态、 或者气态）。例如：最早接触到的二氧化锰催化氯酸钾分解，乙醇 的加速作用，对其他反应则加速作用甚小，甚至没有加速作用。 这就是催化剂选择性。可通过选择不同的催化剂来控制或改变 化学反应的方向。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。 ③哪些物质对催化剂的催化作用有促进作用，哪些物质能 使催化剂中毒，如合成氨用的双促进催化剂铁一三氧化二铝一 氧化钾中的三氧化二铝和氧化钾就对催化剂铁的催化作用有促 进作用称为助催化剂。 催化剂在活性稳定期间往往会因接触少量杂质而使活性显 著下降，这种现象称为催化剂中毒。使催化剂丧失催化作用的物 质，称为催化剂的毒物。能使催化剂中毒的毒物是各式各样的， 对同一催化剂，只有联系到它所催化的反应，才能清楚地指明什 么物质是毒物．即毒物不仅针对催化剂，而且是针对这个催化 剂所催化的反应来说的。若消除中毒因素后，活性仍能恢复，称 为暂时性中毒，否则称为永久性中毒。 ④催化剂的物理形态对其发挥作用有什么影响等，如中学 化学中苯与溴反应用铁作催化剂，用铁粉就比用铁钉反应所用 时间短。另外，把催化剂成分分散在载体上制成的催化剂称负载型 催化剂。常用的催化剂载体有活性碳、硅藻土、活性氧化铝、硅胶和 分子筛。载体虽不具有催化活性，但它可能改变了催化剂的表面性 能，因而选用合适的载体，也可以提高催化剂的催化效果。 ⑤寿命或稳定性：催化剂的稳定性以寿命表示。它包括热稳 定性、机械稳定性和抗毒稳定性。 三、新型催化剂 近几十年来，分子筛催化剂和负载型催化剂的发展，大大丰 富了催化剂的内涵，虽然这些催化剂看起来是“混合物”，但在其 中存在有各种形式的化学键，因此，我们对催化剂的理解不能局 限于简单物质的层面上。如我国科学家研发出能够控制纳米晶 体的表面结构和生长的新型电化学方法，合成了二十四面体铂 纳米晶体。其催化活性是目前商业铂纳米催化剂的２到４倍，能 提高催化效率并延长使用寿命。美国科学家将氧化锌和对苯二 甲酸结合，变成一种多孔物质，科学家把这种物质称为有机金属 沸石，沸石是有机化学反应的重要催化剂。又如日本科学家研制 出一种新型复合光催化剂，可利用太阳光将二氧化碳高效转化 为一氧化碳。德国科学家发现，由硼和碘组成的可溶性催化剂能 制乙烯时用浓硫酸作催化剂，都是均相催化。 多相催化指催化剂和反应物处于不同的状态。例如：苯与溴 反应制溴苯时用铁作催化剂，氨氧化法制时用铂作催化剂， 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）。 生物催化是指用酶作催化齐ＩＪ。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６Ｏ℃，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。中学化学实验中作淀粉水解 够分两步击破高品矿的致密结构使煤成为可以制备成柴油的液 体。俄罗斯科学家将氧化铝与钴、铜、锰、镁、锌等金属的盐 和蛋白质水解反应实验时，加点酶就能快速反应。 并用特殊工艺处理制成了一种成本较低的催化剂。新催 此外，还有光催化，如氢气和氯气在光照下爆炸，二氧化氮 相混合，化剂可将汽车尾气中的一氧化碳完全清除掉，将６ ４％的氮氧 在光照下生成光化学烟雾等。 化物转换成无害物质。俄专家指出，虽然新催化剂会使汽车尾气 在生产中选择催化剂，须考虑的方面有： 铜离子，但马路两侧的植物能够吸收钴、铜等普通金 ①催化剂的催化活性：催化反『直的速率是催化剂活性大小 中含有钴、的衡量尺度。活性是评价催化剂好坏的最主要的指标。如硫酸的 属的离子，采用现有的工艺便可确定植物中的上述金属离子含 从而推测出环境是否受到了影响。 生产，开始是用一氧化氮作催化剂的铅室法，产牖浓度低、杂质 量，８５— 一
