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化学反应物要想发生化学反应,使其化学键发生改变,改变或者断裂化学键需要一定的能量支持,能使化学键发生改变所需要的低能量阈值称之为活化能,而催化剂通过降低化学反应物的活化能而使化学反应更易进行,且大大提高反应速率。可以分为正催化剂和负催化剂,如果不加特殊说明一般指加快反应速率的催化剂,即正催化剂。
按阿伦尼乌斯方程k=Ae-E/RT(式中A为指前因子;R为气体常数;T为热力学温度),以反应速率常数k表示的反应速率主要决定于反应活化能E,若催化使反应活化能降低ΔE,则反应速率即提高e-ΔE/RT倍。催化反应一般能降低活化能约10千卡/摩尔,若反应在300K下进行,则反应速率可增加约1.7×10倍。
催化剂的使用和更新及更有效的催化剂的出现,都会促进技术,改变工业面貌,节约能源,提高劳动生产率,生产出质量更高的产品。例如硫酸的生产,开始是用一氧化氮作催化剂的铅室法,产品浓度低、杂质多、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,成本大幅度下降。又如炼油工业中的催化裂化,用分子筛催化剂代替无定形硅铝胶催化剂后,由于分子筛的择形作用,改变了裂化产物的分布,得到了产品。催化剂的使用可改变工艺流程,减少三废;催化转化还是治理三废变废为宝的有效方法。