余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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有趣的动力学悖论

已有 1408 次阅读 2023-1-31 13:58 |系统分类:科普集锦

     “对峙反应”及“催化剂选择性”均为化学动力学教学的重要内容. 本文拟介绍两个理论体系存在的有趣悖

论.

  1. 对峙反应

    对峙反应也称对行反应,或可逆反应. 对峙反应通式参见如下式(1):

    image.png            (1)

    在相同条件下, 对峙反应的正向反应与逆向反应均可进行. 其中正向(或逆向)反应既可以是基元反应,也

可以是非基元反应;反应级数既可以相同,也可以不相同. 从反应机理分析,可将对峙反应的正向与逆向反应视

两个不相干的反应.

   2. 催化剂的选择性

       催化剂的加入可明显加快反应速率;反应前后,催化剂本身的质量或性质(主要指化学性质)并不发生变

化. 一般的解释是催化剂可以改变反应历程,降低反应活化能,从而加快反应速率; 需指出:催化剂不能使化

学平衡发生移动;催化剂的加入,并不改变反应的始、末态,化学反应所有状态函数的改变量(包括ΔH

ΔU、ΔS、ΔG等)均保持恒定.

       另一方面催化剂具有选择性. 例如乙烯与氧反应既可生成环氧乙烷,也可得到二氧化碳与水。具体反应参见

如下式(2)及(3).

        C2H4(g)+1/2O2(g)→C2H4O (g)                       (2)

        C2H4(g)+3O2(g)   →2CO2(g)+2H2O(g)       (3)

       如果上述反应体系加入银催化剂,由于选择催化式(2),可使环氧乙烷成为主要产物。

  3. 有趣的悖论

       由上可知:催化剂的加入可同等程度降低对峙反应的正向与逆向反应的活化能,加快正向及逆向方向反应

的速率;平衡并不因催化剂的加入而发生移动.

       既然催化剂具有选择性,对峙反应的正向与逆向反应又是两个不相干的反应.  同一种催化剂怎么可能同等程

度催化正向与逆向反应,确保平衡不发生移动呢?

       催化剂可加快化学反应速率、不能使化学平衡移动及具有选择性均为客观事实; 该如何解释三者之间的关

联?动态平衡观点到底怎么证明?

   4. 结论

       催化剂具有选择性及平衡并不因催化剂的加入而发生移动是现有动力学体系一悖论, 有待科研人员去探究.



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