催化劑只能縮短到達(dá)平衡的時(shí)間_催化劑不能改變平衡狀態(tài)
乙烯和水合制乙醇在295攝氏度、7MPa下,水與乙烯的摩爾比為1:0.7吋,按理論計(jì)算,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率是8.1%,這是熱力學(xué)所預(yù)示的反應(yīng)限度。為了盡可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)產(chǎn)率指標(biāo),我們可以選擇好的催化劑來(lái)加速反應(yīng)。但上,實(shí)驗(yàn)表明,所用的各種各樣的催化劑中,沒(méi)有一種能使乙烯在上述條件下的轉(zhuǎn)化率超過(guò)8.又例如,碘化氫在350攝氏度時(shí)分解大約要經(jīng)過(guò)250?350h,反應(yīng)才能達(dá)到平衡,此時(shí)有19%的碘化氫分解,如有催化劑(Pt)存在,分解反應(yīng)立即發(fā)生,此時(shí)起分解反應(yīng)的碘化氫還是只有19%,即催化劑沒(méi)有改變平衡。
因?yàn)榉磻?yīng)前后催化劑的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有變化,所以從熱力學(xué)上來(lái)說(shuō),催化劑的存在與否,不會(huì)改變反應(yīng)物系的始末狀態(tài),當(dāng)然也就不會(huì)改變反應(yīng)的G了。催化劑只能使G<0的反應(yīng)加速進(jìn)行,一直到G=0,即反應(yīng)到平衡為止,但是,它不能改變平衡狀態(tài),不能使已達(dá)到平衡的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。
催化劑的這一特征告訴我們,如果在某一溫度下,一反應(yīng)在熱力學(xué)上是自發(fā)的(G<0),但反應(yīng)極慢,則可尋找適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹣?lái)加速反應(yīng)的進(jìn)行。如果已知熱力學(xué)上下可能發(fā)生的反應(yīng),就沒(méi)有必要再去尋找催化劑了。
既然催化劑不改變平衡狀態(tài),也就是說(shuō)對(duì)平衡常數(shù)K沒(méi)有影響,而所以催化劑同時(shí)加速正、逆反應(yīng),而且增加的倍數(shù)相同。這就是說(shuō),在一定條件下,對(duì)正反應(yīng)是優(yōu)良的催化劑必然也足逆反應(yīng)的催化劑。例如加氫和脫氫都可以應(yīng)用Ni和Pt等僉誠(chéng)做催化劑;而酸與醉的醋化反應(yīng)和醋的水解反應(yīng)都可以用氫離子做催化劑就是這個(gè)道理。