催化剂不是不能改变化学平衡吗，为什么能提高化学反应的选择性？-欣猫博客

关于催化剂对化学平衡与化学反应选择性的影响，在这里首先要明确一点：化学平衡是热力学概念而化学反应选择性是动力学概念。催化剂影响的是化学反应的快慢也就是对反应动力学进行影响，当然最终能够影响化学反应的选择性，这是非常正常的。催化剂对反应过程的选择性影响我现在能够想到 3 个例子。

首先是对平行反应的影响

平行反应就是物质 A 可以反应同时生成物质 B 和物质 C，如果这个两个反应是不可逆反应的化，如果有一种催化剂可以催化 A 转化为 B 的反应，这样一来 A 转化为 B 的速度就会比转化为 C 的速度快，自然 B 的选择性就能够提高，这就像一个水池同时向另两个水池放水，如果把 B 水池的水管开大，那么水进入 B 水池的量就会更多。因此对于平行反应，可以通过对其中一个反应分支设计催化剂达到高的选择性。但是这个过程要求这两个反应不能是可逆反应，或者至少有一个不可逆反应，如果都是可逆反应的话，那么改变催化剂对最终的反应平衡时没有影响的。

其次是对串联反应的影响

化工生产中还有一系列反应是所谓串联反应，也就是 A 通过反应生成 P，P 进一步进行反应生成 Q。往往在这个过程中 P 作为中间产物对我们是有用的。比如说乙醇选择氧化，第一步选择性氧化生成乙醛是有价值的产品，如果乙醛进一步氧化变成二氧化碳和水，那这样的反应就没意义了。使用催化剂可以提高中间产物的选择性，主要的原理是这样的：利用催化剂增大第一步的反应速率，同时第二步反应速率不变，这样在一定时间内就用更多的产物转化为 P，而 P 转化为 Q 的量就很少，这样一来通过控制合理的反应时间我们就能得到较提高产品 P 的选择性。这就像有三个串联的水库，有鱼在水库里游，如果我们增大第一个水库与第二个水库间的水流量，同时控制第二个水库与第三个水库的流量，这样一来，水库里的鱼就会在第二个水库中聚集，这样一来我们在第二个水库中捞鱼就非常容易了。

最后是对扩散与传递过程的影响

对于这方面的影响，最经典的例子就是空间选择催化，

这个例子就是甲苯的烷基化，按照化学反应来看，最终会形成三种二甲苯的同分异构体，一般来说对二甲苯比较值钱一点，因此我们希望提高对二甲苯的选择性，这个过程目前通过 ZSM-5 分子筛催化剂实现。整个反应的机理是这样的，甲苯首先扩散到分子筛孔道里，在孔道内部进行反应，生成的产物再从孔道里扩散出来。在这个过程中，三种二甲苯分子此尺寸大小不同，其中对二甲苯尺寸最小在 5.7A 左右，ZSM-5 的孔道恰好尺寸就是 5.2-5.8A，其他两种二甲苯尺寸都在 6A 以上。这种情况下在分子筛内部生成了其他两种构型的二甲苯，却无法通过孔道扩散出来。只有对二甲苯可以通过孔道，这样一来我们就通过扩散过程提高了对二甲苯的选择性。