㈠ 酶通过提供能量和降低化学反应的活化能来提高化学反应速率
A、酶的催化具有高效性,其作用本质是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率,但不提供能量,A错误;
B、酶可以作为催化剂,由于酶的成分绝大多数是蛋白质,少数是RNA,当存在蛋白酶或RNA水解酶时,酶也可以作为该催化反应的底物,被催化水解,B正确;
C、代谢的终产物可反馈调节相关酶活性,进而调节代谢速率,C正确;
D、同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中,如ATP合成酶及水解酶等,D正确.
故选:A.
㈡ 催化剂能提高反应物活性为什么是对的
因为催化剂降低了化学反应所需要的启动能量,所以是对的,与之相反提高化学反应活化能的是缓冲剂
㈢ 在有机反应中,浓硫酸作为催化剂是如何提高反应速率的
人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来。不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生。 使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂;使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂。例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂;二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂;食用油脂里加入0.01%~0.02%没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。 目前,对催化剂的作用还没有完全弄清楚。在大多数情况下,人们认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应,降低了反应所需要的活化能。有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”,分解时催化剂恢复了原来的化学组成,原反应物就变成了生成物。有些催化反应是由于吸附作用,吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行。活性中心的区域越大或越多,催化剂的活性就越强。反应物里如有杂质,可能使催化剂的活性减弱或失去,这种现象叫做催化剂的中毒。 催化剂对化学反应速率的影响非常大,有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。催化剂一般具有选择性,它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行。例如,加热时,甲酸发生分解反应,一半进行脱水,一半进行脱氢: HCOOH=H2O+CO HCOOH=H2+CO2 如果用固体Al2O3作催化剂,则只有脱水反应发生;如果用固体ZnO作催化剂,则脱氢反应单独进行。这种现象说明,不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程。因此,我们利用催化剂的选择性,可使化学反应主要向某一方向进行。 在催化反应里,人们往往加入催化剂以外的另一物质,以增强催化剂的催化作用,这种物质叫做助催化剂。助催化剂在化学工业上极为重要。例如,在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂,可以大大提高催化剂的催化作用。 钯催化剂被广泛应用于工业
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用催化剂。例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。据统计,约有80%~85%的化工生产过程使用催化剂(如氨、硫酸、硝酸的合成,乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合,石油、天然气、煤的综合利用,等等),目的是加快反应速率,提高生产效率。在资源利用、能源开发、医药制造、环境保护等领域,催化剂也大有作为,科学家正在这些领域探索适宜的催化剂以期在某些方面有新的突破。催化剂显然是参加了反应,只是作为一个反应中介,在反应前后总量不变(注意,不是在反应中总量不变),而使得加快或减缓反应速度的一种物质。 比如有反应 A+B=C 而A+R=X ,X+B=C+R 这样反应的话,速度会和上式不一样, 则R在反应前后问题没有变化,则可说R是反应A+B=C的催化剂。
㈣ 提高化学反应速率的理论基础
这是化学反应速率会考到的内容:
一、化学反应速率的含义及表示方法
1、含义:用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2、表示:vi
=△Ci/t
单位:mol•L-1
•time
-1(s-1、m-1、h-1等)
3、特点:
⑴对于反应
m
A(g)
+
n
B(g)→
p
C(g)
+
q
D(g)
(可逆反应)
化学计量数之比等于速率比,等于浓度变化量比,等于各物质的物质的量变化量之比。
即m
:
n
:
p
:
q
=vA
:
vB
:
vC
:
vD
=△CA:△CB:△CC:△CD
=△nA:△nB:△nC:△nD
⑵
对同一化学反应,用不同物质表示其化学反应的速率时,数值不同,但含义相同
⑶
比较同一反应在不同条件下的化学反应速率的大小,必须把不同条件下的不同物质表示的速率,换算成为同种物质同一单位表示的反应速率,才能比较
两点注意:①vi速率一律取正值即:vi
>
0
②纯固体、纯液体浓度为定值,一般不表示速率
二、影响反应速率的因素
内因:反应物本身的性质。
外因:1、浓度:
物质浓度越大反应速率越大(固体、纯液体除外)【固体反应物表面积的大小会影响化学反应速率】
2、压强:对于气体来说,增大压强就是增大反应物的浓度,因而可以增大化学反应速率。
对于非气体(固体、液体、溶液)来说,改变压强对反应速率
①恒温时:增加压强引起体积缩小引起浓度增大引起反应速率加快。
②恒容时:a.充入气体反应物引起浓度增大引起总压增大引起反应速率加快。
b.充入“惰气”引起总压增大,但各物质浓度不变,反应速率不变。
③恒压时:充入“惰气”引起体积增大引起各反应物浓度减少引起反应速率减慢。
3、温度:
每升高10℃
,化学反应速率通常增大到原来的2~4倍。
4、催化剂:正催化剂能提高反应速率。催化剂在一定条件下活性最大。
㈤ 如何促进化学反应的进行
增加其中一种反应物的用量 使其充分反应 提高其产率
改变反应条件 使其充分反应 提高产率
将产物及时从反应堆中提取出来 是化学反应正向进行 提高其产率
增加接触面积 是反应物得到充分接触 使其达到完全反应的理想状态 提到产率
㈥ 化学反应的影响因素有哪些,如何提高化学反应的选择性
化学反应的影响因素:
浓度
如果我们将浓度增大,也就是使单位体积内分子总数增加了,由于单位体积内分子总量的增加,就造成了单位体积里边碰撞次数增加了,也就是有效的碰撞次数增加了,因此造成化学反应速率增大,也就是说增大浓度可以增大化学反应速率。
压强
压强的改变在化学当中操作起来是减小体积,当我们把一个含有气体的化学反应的容器增大压强的时候,也就是减小体积。当我们减小体积的时候,这时候就造成了气体相关物质的浓度变大了,如果浓度变大了,就会造成有效碰撞在单位体积里边次数的增加,进一步增长了化学反应速率的增大,这就是压强影响的因素。
温度
温度是分子动能的标志,当我们将温度升高的时候,分子的能量就提高了。分子的能量提高,可以表现为分子运动的速度加快了。当高速运动的分子相撞的时候,那么它们有效碰撞就要增加,真正发生化学反应的机会就增加了,最终导致化学反应速率增大。
催化剂
正催化剂可以降低反应所需要的能量。因此化学反应当中,只有那些具有较高能量的分子,在相撞的时候才能够有效的发生化学反应。但含有较高能量的分子在分子总数中所占的比例非常小,如果我们要能够使用某一种催化剂,降低化学反应所需要的能量,也就是说使更多的分子达到反应所需要的能量,这个时候有效碰撞次数就增加,进一步造成了化学反应速率的增大。
提高化学反应的选择性是合成化学的主题,在诸多提高反应选择性的方法中,利用微反应器(或称为纳米反应器)控制反应方向已显示出良好的前景。利用微反应器控制反应方向,提高反应的选择性.所使用的微反应器包括:环状配体化合物的空穴(环糊精、冠醚、杯芳烃等),分子聚集体(胶束、反胶束、LB膜、囊泡、液晶等)以及多孔固体(分子筛、硅胶、氧化铝、粘土等)。
㈦ 为什么颗粒细化能提高材料的化学反应活性、燃烧结性能
颗粒细化可以增加反应物的接触面积,提高反应的效率。
㈧ 加热,无机催化剂,酶都可以加快化学反应速度,它们的作用原理各是什么
加热,有利于提高分子的活化能,使有效分子数增多,进而加快反应速率。无机催化剂能降低反应整体所需要的能量,进而增加有效分子的百分比,反应速率加快;酶,本身也是一种催化剂,不过是一种有机催化剂,和无机催化剂原理基本一致,不过酶具有最适温度和活性温度,在最适温度时酶的活性最强,进而更有利于加快反应速率;然而,高于活性温度,会导致酶失去活性,不再具备催化能力
㈨ 如何更好地提高酶的活力或催化效率
温度,溶液酸碱性:将温度控制在酶活性最强的范围内,根据不同种类酶控制溶液PH值,使酶具有催化效率高的因素有以下几个方面。
(一)邻近与定向效应
是指酶受底物诱导发生构象变化,使底物与酶的活性中心楔合,对于双分子反应来说,两个底物能集中在酶活性中心,彼此靠近并有一定的取向。这样就大大提高了活性部位上底物的有效浓度,使一个分子间的反应变成了一个近似于分子内的反应,从而增加了反应速度。
(二)底物分子敏感键扭曲变形
酶活性中心的结构有一种可适应性,当专一性底物与活性中心结合时,可以诱导酶分子构象的变化,使反应所需要的酶中的催化基团与结合基团正确的排列和定位,使催化基团能够合适地处在被作用的键的地方,这也就是前面提到过的“诱导契合”学说。与此同时,变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力”,甚至“变形”,从而促进酶-底物络合物进入过渡态,降低了反应活化能,加速了酶促反应。实际上这是酶与底
物诱导契合的动态过程。酶活性中心的某些基团,在底物的分步反应中,经常表现为酸碱催化与共价催化的作用。
(三)酸碱催化
酸碱催化有狭义的和广义的。最初,化学家们认为:酸是H+离子,碱是OH -离子。狭义的酸碱催化就是H+离子或OH -离子对化学反应速度表现出的催化作用。酸碱催化在有机化学反应中是比较普遍的现象。如在酸碱的作用下,蛋白质可能水解为氨基酸,脂肪可以水解为甘油和脂肪酸。由于细胞内的环境接近中性,H+与OH -离子的浓度都很低,因此,在生物体内进行的酶促反应,H+与OH -离子的直接作用相当微弱。随着科学的发展,概念的深化,后来把酸定义为质子的供体,碱定义为质子的受体。现在所说的酸碱催化作用,则是指组成酶活性中心的极性基团,在底物的变化中起质子的供体或受体的作用,这就是广义的酸碱催化。发生在细胞内的许多类型的有机反应都是广义的酸碱催化。例如,羰基的水化、羧酸酯或磷酸酯的水解、各种分子的重排以及许多取代反应都属此种类型。酶活性中心处可以提供质子或接受质子而起广义酸碱催化作用的功能基团有:谷氨酸、天冬氨酸侧链上的羧基,丝氨酸、酪氨酸中的羟基,半胱氨酸中的巯基,赖氨酸侧链上的氨基,精氨酸中的胍基和组氨酸中的咪唑基。其中组氨酸的咪唑基值得特别注意,因为它既是一个很强的亲核基团,又是一个有效的广义酸碱功能基团。
影响酸碱催化反应速度的因素有两个,第一个是酸碱的强度,在这些功能基团中,组氨酸的咪唑基的解离情况pK值为6.0,在生理pH条件下,既可以作质子的供体又可作质子的受体。因此,咪唑基是催化中最有效最活泼的一个催化功能基团;第二个是这些功能基团供出质子或接受质子的速度,其中的咪唑基的情况特别突出,它供出或接受质子的速度十分迅速,其半衰期小于10-10秒。而且,供出或接受质子的速度几乎相等。由于咪唑基有如此的优点,所以虽然组氨酸在大多数蛋白质中含量很少,却很重要,在许多酶的活性中心处都含有组氨酸。推测很可能在生物进化过程中,它不是作为一般的结构蛋白成分,而是被选择作为酶分子中的催化结构而存在下来的。具有酸碱催化特征的酶促反应,酶与底物结合成的中间产物是离子型络合物。
(四)共价催化
还有一些酶以另一种方式来提高催化反应的速度,即共价催化。它是指酶活性中心处的极性基团,在催化底物发生反应的过程中,首先以共价键与底物结合,生成一个活性很高的共价型的中间产物,此中间产物很容易向着最终产物的方向变化,故反应所需的活化能大大降低,反应速度明显加快。根据活性中心处极性基团对底物进攻的方式不同,共价催化可分为亲电催化与亲核催化两种。较常见的是活性中心处的亲核基团对底物的亲核进攻。亲核基团含有未成键的电子对,在酶促反应中,它向底物上缺少电子的正碳原子进攻。因亲核基团对底物亲核进攻而进行的催化作用,称为亲核催化。活性中心处的亲核基团有:丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基等。此外,辅酶中还含有另一些亲核中心。以硫胺素为辅酶的一些酶如丙酮酸脱羧酶、含辅酶A的一些脂肪降解酶、含巯基的木瓜蛋白酶、以丝氨酸为催化基团的蛋白水解酶等,都有亲核催化的机制。同理,亲电催化则是亲电基团对底物亲电进攻而引起的催化作用。常见的亲电基团有NH3+、Mg2+、Mn2+、Fe2+等。
(五)活性中心低介电微环境
酶分子中的疏水侧链一般在分子内部组成疏水的非极性区,而表面则为亲水基团组成的亲水极性区。这就是说在酶分子上存在不同的微环境。
酶的活性中心凹穴内相对地说是非极性的,而在疏水的非极性区介电常数低,因此,酶的催化基团被低介电环境所包围,在某些情况下排除高极性的水分子。这样,底物分子敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力,有助于加速酶的反应。酶活性中心的这种性质也是使某些酶催化总速度增长的一个原因。
上面介绍了使酶具有高催化效率的几个因素。实际上,它们并不是在所有的酶中同时起作用,更可能的情况是对不同的酶起主要作用的因素不完全相同,各自都有其特点,可以分别受一种或几种因素的影响,也就是说各种酶的作用机理是不尽相同的。目前研究较为深入的有胰凝乳蛋白酶、溶菌酶、羧肽酶A等。在此,我们以胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)为例,较详细地介绍这方面的研究结果,以便具体地了解酶的作用机理。
胰凝乳蛋白酶是胰脏中合成的一种蛋白水解酶。在胰脏中它以酶原的形式合成,是由245个氨基酸残基组成的单一多肽链,通过5个二硫键交联起来的。酶原是酶的无活性的前体。胰凝乳蛋白酶原与其它酶原,包括胰蛋白酶原、羧肽酶原、弹性蛋白酶原,一起储存在胰脏的脂类-蛋白质膜上。当需要消化时,它们即分泌到十二指肠的管中,在那里被激活而成为有活性的蛋白酶。
胰凝乳蛋白酶的活性中心由Asp102、His57及Ser195组成的。其中Ser195是酶活性中心的底物结合部位,His57是活性中心内的催化部位。Asp102、His57、Ser195三者构成一个氢键体系。大部分情况下,Asp102以离子化形式-COO-存在,Ser195以非离子化形式-CH2OH存在。由于His57的咪唑基的特殊性,既是一个很强的亲核基团,又是一个有效的广义酸碱功能基团,从而成为Asp102羧基及Ser195羟基间的桥梁。Ser195由于His57及Asp102的影响而成为很强的亲核基团,易于供给电子,如同接力赛跑那样,Asp102从Ser195吸引的一个质子是质子先从Ser195传递到His57上,再由His57传递给Asp102。
我们把胰凝乳蛋白酶活性中心处Asp102与His57之间以及His57与Ser195之间形成氢键而建立起的一个平衡体系称为电荷转接系统,又称电荷中继网(charge relay network)。
胰凝乳蛋白酶在动物小肠中催化蛋白质的水解,它具有基团专一性,水解芳香族氨基酸,如苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的羧基端形成的肽键。此酶催化的底物是含酰胺键的多肽和H2O,产物为胺和酸。催化的全过程分为两大阶段。
第一阶段——水解反应的酰化阶段,产生第一个产物胺。
肽键水解是从Ser195的氧原子对底物敏感肽键的羰基碳原子进行亲核攻击开始的,结果形成了一个不稳定的四联体,相当于中间产物ES,,它包括Ser195的羟基、底物的酰基部分、底物的氨基部分及His57的咪唑基,通过电荷转接系统很容易地发生了反应。酶-底物的过渡态很快分解,敏感肽键C-N断裂,产生第一个产物胺及酰基-酶中间产物,底物中的酸成分与Ser195羟基相连接。
第二阶段——水解反应的脱酰阶段。胺从底物中释放出来,形成酰化胰凝乳蛋白酶,即酶-底物中间复合物。接着水分子进入活性中心,电荷转接系统从水中吸收一个质子,结果OH -立即亲核攻击已连在Ser195上的底物的酰基碳原子,也形成一个短暂的四联体。然后,Ser195的C-O键裂解产生第二个产物酸,这时酶又恢复自由状态,再去进行下一轮催化。除胰凝乳蛋白酶外,在催化中具有“天冬氨酸、组氨酸、丝氨酸”电荷转接系统的酶还有胰蛋白酶、弹性蛋白酶及枯草杆菌蛋白酶等,它们可能有类似的催化机理。在上述胰凝乳蛋白酶的催化反应中,组氨酸咪唑基起着广义酸碱催化剂的作用,先促进Ser195的羟基亲核地附着到底物敏感肽键中的羰基碳原子上,形成共价的酰化中间物,再促进酰化的ES中间物上的酰基转移到水(或其它的酰基受体如醇、氨基酸等)上。通过这个电荷转接系统,进行酸碱催化及形成共价中间产物,催化速度增加约为非酶催化水解反应的103倍。
㈩ 催化剂是如何加快化学反应速率的
活化分子才能参与反应,溶液中的分子并不全是活化分子,只有其中的活化分子才能参与反应,升高温度可以使其中一部分不是活化分子的分子变成活化分子,改变压强就使增加单位体积内的活化分子数,相当于压缩,而催化剂则是使反应所需的活化能降低,使其中原本不是活化分子的分子所具有的能量也能够参与反应,其实催化剂并不是不参与反应,有一种说法是这样,催化剂催化的反应分为两步,第一步先与其中一种反应物反应第二步再与另外的反应物反应,同时催化剂在这步反应种又被生成,相当于没参与反应,而相对与没加催化剂的反应,速度又提高了好多倍。