化學(xué)反應(yīng)的速率和限度-神奇催化劑文字素材1人教版必修

1、神奇的催化劑氧化鈦是一種光催化劑，它具有超群的防污、除臭、抗菌、殺菌、凈化水質(zhì)和大氣、分解污物和有害化學(xué)物質(zhì)等許多功能，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一種有效技術(shù)。氧化鈦?zhàn)鳛橐环N白色，對(duì)于人們來(lái)說(shuō)也許并不陌生，但它作為一種功能神奇的光催化劑為人們所認(rèn)識(shí)，還是多年前的事情。發(fā)現(xiàn)氧化鈦在陽(yáng)光（紫外線）照射下具有強(qiáng)大的分解能力，并把它開(kāi)發(fā)成為一種光催化劑的是東京大學(xué)的藤島昭教授。年，剛剛考上大學(xué)的藤島昭在一的指導(dǎo)下進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)他把二氧化鈦和白金分別作為電極放在水中，經(jīng)照射，突然他發(fā)現(xiàn)從水中冒出了氣泡。經(jīng)過(guò)分析，確認(rèn)兩端電極分別產(chǎn)生了氧氣和氫氣。這一現(xiàn)象后來(lái)被稱(chēng)為“藤島本多效應(yīng)”。年代發(fā)生“石油”后，藤島原本想

2、利用這個(gè)反應(yīng)制造清潔能源氫和氧，但是如此生成氫氧的效率實(shí)在是太低。使用氧化鈦生產(chǎn)能源的因此而陷于中斷。但藤島在過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，氧化鈦經(jīng)太陽(yáng)光（紫外線）照射，能夠產(chǎn)生極其強(qiáng)大的氧化分解作用。于是年代以后，他轉(zhuǎn)而集中精力開(kāi)發(fā)氧化鈦的氧化分解能力及其用途。目前，氧化鈦這種神奇的光催化劑已經(jīng)引起了人們的高度重視。日本許多企業(yè)也認(rèn)識(shí)到了光催化劑的工業(yè)應(yīng)用前景，積極涉足這一新技術(shù)領(lǐng)域。各廠家應(yīng)用各自的技術(shù)，把氧化鈦制成粉末、溶液、凝膠體、泥漿狀、涂料、顆粒、薄膜等各種形態(tài)的材料，開(kāi)發(fā)出各種環(huán)保產(chǎn)品，如抗菌瓷磚、防污建材以及水質(zhì)凈化、食品保鮮等器具，并且還應(yīng)用它的超防水性和超親水性開(kāi)發(fā)成功了防霧玻璃、防霧樹(shù)脂

3、等。此外，科學(xué)家們還在用它治療、制作印刷版等方面的技術(shù)。在藤島昭教授的倡議下，成立了光功能材料會(huì)，從年起每年召開(kāi)一次關(guān)于光催化劑的學(xué)術(shù)研討會(huì)和新產(chǎn)品展示會(huì)。今年月日，第七屆光催化劑學(xué)術(shù)研討會(huì)和展示會(huì)在東京大學(xué)舉行，包括中國(guó)在內(nèi)的各國(guó)學(xué)者約人與會(huì)，會(huì)上篇，展出新產(chǎn)品件。其中，經(jīng)過(guò)光催化劑處理（貼一層氧化鈦薄膜）的樹(shù)脂板，可作為建筑材料，它具有自我凈化能力，能夠清除煙、塵等污物，長(zhǎng)期保持清潔；涂覆了光催化劑的玻璃的農(nóng)產(chǎn)品保鮮裝置，放在冷藏倉(cāng)庫(kù)中，可清除農(nóng)作物的乙烯氣體及其它臭氣，抑制農(nóng)作物鮮度的下降；可在各種材料表面制作的光干涉彩色薄膜，能有效分解有機(jī)物、清除污垢、消臭、抗菌，可應(yīng)用在建筑、醫(yī)療器

4、械、護(hù)理用具、廚房餐具、鏡子及過(guò)濾器等光學(xué)儀器上；使用燒結(jié)方法，用氧化鈦和陶瓷制作的陶瓷光催化劑脫臭部的豎立式光脫臭機(jī)，能夠產(chǎn)生新鮮的空氣，適用于造紙、以及醫(yī)院、養(yǎng)老院等各種工廠和公共設(shè)施；使用光催化劑過(guò)濾器的“防污活性用光催化劑評(píng)估儀”，能夠以少量的光源和比較短的時(shí)間測(cè)定光催化劑清除苯等有害化學(xué)物質(zhì)的效果。此外，展品中還包括利用光催化劑制成的有除臭、殺菌等作用的家庭用空氣凈化器；有助于防止“新居綜合癥”的光催化劑窗簾；利用照明用可視光源除臭的燈罩等。認(rèn)為，隨著對(duì)氧化鈦的進(jìn)一步加深，在世紀(jì)，這種神奇的光催化劑很可能成長(zhǎng)為市場(chǎng)規(guī)模達(dá)數(shù)百億的新材料產(chǎn)業(yè)。生物的生存每時(shí)每刻都要進(jìn)行一系列的化學(xué)變化，

5、這些變化總稱(chēng)為新陳代謝。雖然生物體內(nèi)化學(xué)變化十分復(fù)雜，但它們都在常溫常壓下完成。比種叫根瘤菌的細(xì)菌在常溫常壓下就能把空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)，而人類(lèi)要做到這一點(diǎn)卻必須用幾千個(gè)大氣壓和幾的溫度。生物體為什么有這種本領(lǐng)呢？原來(lái)，生物體內(nèi)廣泛地存在一類(lèi)特殊的催化劑酶。它能有效地降低參加化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)分子的活化能，使生物體能夠快速而高效地完成各種化學(xué)反應(yīng)。植物的光合作用，人對(duì)食物的消化、吸收等無(wú)一不是在酶直接參與下發(fā)生和完成的。遠(yuǎn)在 4000 多年前，我國(guó)勞動(dòng)人民就已用糧食、水果發(fā)酵釀酒，在周朝就知道用麥芽糖酶催化淀粉水解來(lái)良癥。麥芽糖，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)已能利用曲來(lái)治療消化不近代，對(duì)酶的科學(xué)開(kāi)始于 18 世紀(jì)。

6、1752 年，意大利科學(xué)家斯讓尼首先發(fā)現(xiàn)老鷹的黃色胃液中有一種能分解食物的物質(zhì)。1777 年，蘇格蘭醫(yī)生史用導(dǎo)管年，德國(guó)科學(xué)家哺乳類(lèi)動(dòng)物胃里，抽出胃液，發(fā)現(xiàn)它對(duì)食物有分解作用。1834用氯化和動(dòng)物胃液作用，得到一些白色沉淀，把除去后，發(fā)現(xiàn)剩余物質(zhì)分解食物的能力竟比胃液還強(qiáng)。，潛力科學(xué)家和索發(fā)現(xiàn)從麥芽里提取的物質(zhì)竟能迅速地把淀粉水解成糖。到 1878 年，德國(guó)化學(xué)家屈內(nèi)把這一系列從有機(jī)體中出來(lái)有催化能力的物質(zhì)稱(chēng)之為“酶”。當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為酶有兩種：一種是由無(wú)機(jī)物組成的；叫無(wú)機(jī)酶；另一種在生物體內(nèi)才有催化作用的，叫有機(jī)酶。這實(shí)際上是論在生物化學(xué)上的。1897年，德國(guó)化學(xué)家做了一個(gè)著名實(shí)驗(yàn)；用砂輪把活

7、的酵母細(xì)胞加水磨成粉末，過(guò)濾后濾液還能起發(fā)酵作用，從而上述的說(shuō)法，獲得 1907 年獎(jiǎng)。1925 年，大學(xué)獨(dú)臂青年化學(xué)家薩姆納不顧體殘病弱，提純出了酶，并證明這是蛋白質(zhì)。接著，化學(xué)家諾思譜雙把一系列酶提純出來(lái)，證明它們都是蛋白質(zhì)。他倆因而共同獲得了分是蛋白質(zhì)。獎(jiǎng)。從此，幾十年來(lái)科學(xué)家公認(rèn)酶的成1982 年，化學(xué)家和破天荒地發(fā)現(xiàn)非蛋白質(zhì)酶核酸，它也可以充當(dāng)生物催化劑。和 后生命的人工的發(fā)現(xiàn)打破了生物催化劑中只有蛋白質(zhì)一家的傳統(tǒng)觀念，給今提供了一個(gè)重要的信息。將來(lái)生物催化劑除蛋白質(zhì)、核酸外，還可能有其他形形的催化劑。尤為重要的是，和的發(fā)現(xiàn)給生命的和演變提供一個(gè)新的線索。人們可以想象，在地球原始海洋

8、中，當(dāng)形成核酸后，它就可能催化自身變化。由于一條新航道，因而，他獲得 1983 年的和的發(fā)現(xiàn)為生命獎(jiǎng)。到此，為的開(kāi)辟了酶的組成，已三次頒發(fā)獎(jiǎng)。由于酶有驚人的催化能力，它的發(fā)現(xiàn)無(wú)論在理論上和應(yīng)用上都有的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今已發(fā)現(xiàn) 2000 多種酶，其中被提純并結(jié)晶的有 100 多種，作為商品生產(chǎn)的有 120 多種，應(yīng)用到工廠中的就有 60 多種。它們?cè)谑称?、革等?shù)十個(gè)行業(yè)上發(fā)揮著巨大的作用。、制說(shuō)起催化劑，人們似乎有些生疏。其實(shí)，幾千年來(lái)人們用來(lái)發(fā)面或釀酒的酵母就是一類(lèi)叫做酶的生物催化劑。大家都知道，化肥的主要成分?氨是由氫原子和氮原子所組成。當(dāng)把氫氣和氮?dú)饣旌显谝黄饡r(shí)，不管用多高的溫度、多大的壓

9、力，即使經(jīng)歷很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間，它們也不會(huì)變出多少氨來(lái)。但是，一旦在一定條件下與一種以鐵為主要成分的催化劑接觸后，它們很快就會(huì)氨了。這類(lèi)能使反應(yīng)速度成千上萬(wàn)倍石油煉制與化工生產(chǎn)過(guò)程中所用催化劑的種類(lèi)繁多，它們大多為固態(tài)，也有的是液態(tài)或氣態(tài)。它們的共同要求是具有較高的活性、較好的選擇性和較持久的穩(wěn)定性。作為催化劑首先必須要有較高的活性，也就是說(shuō)要能最大限度地提高所需要的反應(yīng)的速度，希望能在幾分鐘內(nèi)，甚至幾秒鐘內(nèi)完成反應(yīng)。對(duì)于同樣的反應(yīng)原料，它們之間可能發(fā)生若干種不同的反應(yīng)，而人們往往只要求其中某幾種反應(yīng)，對(duì)其他所謂副反應(yīng)則不希望加速，這就是要求催化劑具有較高的選擇性，以取得盡可能多的目的產(chǎn)物。再者，催化劑耗費(fèi)是產(chǎn)品成本中很重要的一項(xiàng)，有些以鉑、鈀等貴金屬為原料的催化劑則更加昂貴，所以就要求催化劑的性能穩(wěn)定，盡可能的長(zhǎng)一些，那樣不僅可以降低成本，還可避免因頻繁更換催化劑而浪費(fèi)時(shí)間。催化劑的種類(lèi)很多，主要包括金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、金屬硫化物催化劑、固體酸催化劑、金屬有機(jī)化合物催化劑等等。在石油煉制與化工生產(chǎn)過(guò)程中所用的催化劑的成分往往并不是單一的，而是由載體、活