第 12 章 · 表面、胶体与催化作用

催化路径比较器

同一座“能量山”，为什么加了催化剂就更容易翻过去？先切换路径、再调温度：盯住 活化能、Arrhenius 指数因子，以及始终不动的起点和终点。

选择反应路径无催化
450 K
250 K750 K

反应坐标图

高能垒

橙线只改变“翻山”的高度；两端代表的反应物、产物能量不随催化状态改变。

催化前后反应能量路径反应物能量为三十千焦每摩尔，产物为零千焦每摩尔。无催化活化能一百三十千焦每摩尔，有催化活化能五十五千焦每摩尔。 能量反应进程 → Eₐ = 130 kJ·mol⁻¹ 反应物 30 产物 0 ΔE = −30 kJ·mol⁻¹

别把两件事混在一起：升温会让更多粒子具有足以跨越能垒的能量；催化剂则提供更低的反应路径。两者都可使反应更快，但只有温度本身可能改变平衡常数；在同一温度下，切换催化剂不改变 K。

异相催化：表面上到底发生了什么？

以气体反应物 A、B 为例：反应物先被活性位“接住”，在表面重排并生成产物 AB，最后离开表面。

A
B
AB
1吸附A、B 与活性位结合
2表面反应旧键断开，新键形成
3脱附产物离开，位点腾出

点击播放：观察活性位如何参与过程、又在反应后恢复可用。

快速判断

在温度不变时，加入催化剂后，下列说法正确的是：

比例用 exp(−Eₐ/RT) 的趋势作示意，不代表某一真实反应的精确速率；真实速率还会受碰撞频率、浓度和催化剂表面状态影响。

教学示意：能量单位 kJ/mol，采用统一纵向比例。exp(−Ea/RT) 为 Arrhenius 指数因子，不能当作普适的分子能量分布尾积分；条形高度经过对数压缩。催化剂不改变同温平衡常数；温度效应还取决于指前因子及机制。