1、1课题二 催化剂对过氧化氢分解速率的影响【学考报告】知识条目 加试要求不同的催化剂对同一反应的催化效果变量控制在实验研究中的应用cc一、催化剂与反应活化能分子或离子间的碰撞是发生化学反应的先决条件，但不是每次碰撞都会引发反应。能够引起反应的分子(或离子)间的相互碰撞叫做有效碰撞，能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化分子具有较高的能量，因此活化分子所占分数的大小决定反应速率的快慢。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差称为活化能。(催化剂降低反应活化能的示意图)催化剂能使反应的活化能降低(如图 Ea、 E a分别代表有、无催化剂时正反应的活化能)，使得具有平均能量的反应物分子只要吸收较少
2、的能量就能变成活化分子，活化分子所占分数增大，可以成千上万倍地加快反应速率。例如，二氧化硫氧化为三氧化硫，使用催化剂的速率是不使用催化剂的速率的一亿六千万倍。二、过氧化氢分解的影响因素1.影响过氧化氢分解的因素有溶液的酸碱性、光、热及遇到大多数金属氧化物。2.分解反应的化学方程式为 2H2O2 2H2OO 2。= = = = =催 化 剂 3.催化剂对化学反应速率的影响一般选用 MnO2作催化剂，其用量以及颗粒直径大小均会影响 H2O2分解的速率。通过观察比较 H2O2溶液中逸出气泡的快慢程度，或测定单位时间内 H2O2分解放出的 O2的体积判断 H2O2分解速率的大小。2图示为：使 用 催
3、化 剂降 低 反 应 所 需 要 的 能 量活 化 分 子 所 占 分 数 增 大单 位 时 间 有 效 碰 撞 次 数 增 多化 学 反 应 速 率 加 快思考：保存 H2O2溶液时要注意什么问题？提示 双氧水是稳定性较差的试剂，保存双氧水时要考虑的因素较多。如从催化分解这个角度考虑，因为很多物质会催化分解双氧水，如双氧水中不能混入金属氧化物等。另外，从安全角度考虑，易分解产生气体的试剂不宜放在密封的玻璃瓶中，双氧水通常盛放在干净的聚乙烯塑料瓶中。点拨一、理解催化剂概念1.催化剂虽然在反应前后的质量和化学性质没有发生变化，但它却参与了化学变化过程。在参与反应的过程中其化学性质和质量均发生改变
4、，即反应过程中必有催化剂参与的反应，又有使催化剂生成的反应。2.使用催化剂只能改变反应途径，不能改变反应的始态和终态，故催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡时的时间，而不能改变平衡状态，不能改变化学平衡常数，不能改变平衡转化率。3.对于可逆反应，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率。4.催化剂一般具有选择性，不同的催化剂针对不同的化学反应。同一反应选用不同的催化剂，其催化效果往往不相同。5.某种催化剂有一定的活化温度范围，在这个温度范围内该催化剂的催化活性最高。点拨二、实验注意事项1.为了便于比较，实验时应在同一地点、使用同一装置完成。32.实验装置中，分液漏斗可改用安全漏斗，以防在滴加双氧水
5、时，由于反应较快，导致瓶内压强迅速增大而致使液体不能顺利滴下。3.由于实验中使用 H2O2仅为 5 mL，催化剂也均称取 0.1 g，故锥形瓶最好用容积较小的，如 100 mL 锥形瓶，以免引起误差过大，也便于催化剂和 H2O2充分接触。4.教材方案是记录单位时间产生的气体的量。可改为收集等量气体所需的时间。例如，不使用量筒，改为记录集满一试管气体所需的时间。典例剖析某资料显示，能使双氧水分解的催化剂有很多种，生物催化剂(如猪肝)、离子型催化剂(如 FeCl3)和固体催化剂(如 MnO2)等都是较好的催化剂。某实验小组通过测定双氧水分解产生的 O2的压强，探究分解过氧化氢的最佳催化剂以及探究最
6、佳催化剂合适的催化条件。(一)探究一： 实验步骤：(1)往锥形瓶中加入 50 mL、1.5%的双氧水。(2)分别往锥形瓶中加 0.3 g 不同的催化剂粉末，立即塞上橡皮塞。(3)采集和记录数据。 (4)整理数据得出下表：不同催化剂“压强对时间的斜率”的比较催化剂 猪肝 马铃薯 氯化铜 氯化铁 氧化铜 二氧化锰压强对时间的斜率0.19 187 0.00 242 0.00 793 0.0 305 0.01 547 1.8 336该“探究一”实验的名称是_。该实验所得出的结论是_。(二)探究二：二氧化锰催化的最佳催化条件该实验小组的同学在进行探究二的实验时，得到了一系列的图表和数据。参看下图和表格分
7、别回答相关问题。43%的双氧水与不同用量二氧化锰的压力时间图表：不同浓度的双氧水在不同用量的二氧化锰作用下收集相同状况下同体积 O2所需时间分析图、表中数据我们可以得出：同浓度的双氧水的分解速率随着二氧化锰用量的增加而_。 如果从实验结果和节省药品的角度综合分析，当我们选用 3.0%的双氧水，加入_g 的二氧化锰能使实验效果最佳。该小组的某同学通过分析数据得出了当催化剂用量相同时双氧水的浓度越小反应速率越快的结论，你认为是否正确？_。你的理由是_。解析 (一)由题给信息可知，本实验是通过测定双氧水分解产生的 O2的压强，探究分解过氧化氢的最佳催化剂以及探究最佳催化剂合适的催化条件。(二)由表格
8、可知，同浓度的双氧水分解随二氧化锰的用量时间缩短，说明速率加快。3%双氧水分解用 0.3 g 二氧化锰和0.5 g 二氧化锰时间差不多，从节省药品角度选用 0.3 g 二氧化锰。答案 (一)探究使双氧水分解的最佳催化剂或探究各催化剂的催化效果 不同催化剂对双氧水分解的催化作用不同，其催化效果最好的是二氧化锰，其次是猪肝(只要答出相应的观点就给分)(二)(2)加快 0.3 不正确 因为同体积的双氧水浓度越小所含溶质越少，这是5影响分解速率的主要因素。另外从表中数据看出，同体积 3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，因而通过比较可以得出，此实验条件下
9、双氧水的浓度越大分解速率越快跟踪训练某化学实验小组欲制取氧化铜并证明氧化铜能加快氯酸钾的分解，进行了如下实验：.制取氧化铜(1)称取 2 g CuSO45H2O 在_(填仪器)中研细后倒入烧杯，加 10 mL 蒸馏水溶解。(2)向上述 CuSO4溶液中逐滴加入 NaOH 溶液，立即产生蓝色沉淀，继续滴加，直到不再产生沉淀，然后将所得混合物转移到_(填仪器)中，加热至沉淀全部变为黑色，停止加热。(3)将步骤(2)所得混合物溶解、过滤、洗涤、晾干后研细备用。回答下列问题：完成上面的空白。上述实验步骤中需要使用玻璃棒的是_(填实验序号)。步骤(3)中洗涤沉淀的操作是_。.该小组同学从资料中得知氧化铜
10、也能催化分解氯酸钾。他们为了比较氧化铜和二氧化锰的催化效果，设计用下图装置进行实验，实验时均以生成 25 mL 气体为准，其他可能影响实验的因素均已控制，相关数据见下表实验序号 KClO3质量 其他物质质量 待测数据(4) 1.2 g 无其他物质(5) 1.2 g CuO 0.5 g(6) 1.2 g MnO2 0.5 g回答下列问题：上述实验中的“待测数据”指_。若(5)(6)中待测数据分别为 10 和 7(单位相同)，则_6_(填写化学式)催化效果好。为探究 CuO 在实验(5)中是否起催化作用，需补做如下实验(无需写出具体操作)：a._，b.验证 CuO 的化学性质没有改变。解析 本题是
11、根据实验试题要求，对实验设计方案的考查。.(1)研钵；(2)要蒸发溶液用蒸发皿；(3)用到玻璃棒的有：(1)是加速溶解；(2)是引流转移；(3)过滤、洗涤是引流。.根据题意，实验要得出结果，必须测定生成 25 mL 气体所用的时间来确定谁的催化效果好。根据测得的时间可得出 MnO2的催化效果好。根据催化剂的特点，质量不变，速率加快，所以确定 a.测定 CuO 的质量是否改变。答案 .(1)研钵 (2)蒸发皿 (3)(1)(2)(3) 沿玻璃棒向过滤器中的沉淀上加蒸馏水至刚好浸没沉淀，待溶液滤出后，重复该操作 12 次.生成 25 mL 气体所用的时间 MnO 2 验证 CuO 的质量没有改变(
12、时间：45 分钟)1.下列关于催化剂的说法，正确的是( )A.催化剂能使不起反应的物质发生反应B.催化剂在化学反应前后，化学性质和质量都不变C.催化剂不能改变化学反应速率D.任何化学反应都需要催化剂答案 B2.能够增加反应物分子中活化分子百分数的是( )A.升高温度 B.减小压强C.增大压强 D.增大浓度解析 升高温度可以增加单位体积内的活化分子百分数；增大压强和增大浓度均不能增加活化分子百分数。答案 A3.亚氯酸盐(如 NaClO2)可用作漂白剂，在常温下不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO 2=4ClO2H Cl 2H 2O。分解时，刚加入硫酸，反应缓慢，随
13、后突然反应释放出大量 ClO2，这是因为( )7A.酸使亚氯酸的氧化性增强B.溶液中的 H 起催化作用C.溶液中的 Cl 起催化作用D.逸出的 ClO2使反应生成物的浓度降低解析 由题目信息可知，NaClO 2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应加快，这说明分解生成的产物中的某种物质起了催化剂的作用，故正确答案为 C。答案 C4.某反应过程中能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是( )A.该反应为放热反应B.催化剂改变了化学反应的热效应C.催化剂不改变化学反应过程D.催化剂改变了化学反应速率解析 A 项，反应物总能量低于生成物总能量应为吸热反应。催化剂降低反
14、应所需活化能，改变反应过程，改变化学反应速率，但不改变热效应，所以 D 正确。答案 D5.使用催化剂能加快反应速率的主要原因是( )A.活化分子能量明显增加B.降低活化分子的能量C.增加活化分子百分数D.增加反应活化能解析 使用催化剂，降低反应活化能，使部分能量较低的分子转化为活化分子，增加了单位体积内活化分子百分数，使反应速率加快。答案 C6.汽车尾气在光照下分解时，即开始光化学烟雾的循环，它的形成过程可用下列化学方程式表示：NO 2=NOO，2NOO 2=2NO2，O 2O= =O3，下列有关叙述不正确的是( )8A.此过程中，NO 2是催化剂B.在此过程中，NO 是中间产物C.此过程的总
15、反应方程式为 2O3=3O2D.光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍解析 NO 2在反应前后质量和化学性质均没发生变化，只是加快了 O2变成 O3的反应速率，因此 NO2是 O2变成 O3的催化剂。将三个方程式相加得到的总反应方程式为 3O2=2O3。答案 C7.已知：X(g)Y(g) 3Z(g)，X 与 Y 在有催化剂条件下发生反应建立的平衡如下列各图实线所示，在无催化剂条件下发生反应建立的平衡如下列各图虚线所示，则相应的图示正确的是( )解析 催化剂可增大化学反应速率，故 A、C 错；催化剂不能改变化学平衡，故 B 对，D 错。答案 B8.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S
16、2O3H 2SO4=Na2SO4SO 2SH 2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是( )Na2S2O3溶液 稀 H2SO4 H2O实验 反应温度/V/mL c/molL1 V/mL c/molL1 V/mLA 25 5 0.1 10 0.1 5B 25 5 0.2 5 0.2 10C 35 5 0.1 10 0.1 5D 35 5 0.2 5 0.2 10解析 结合选项知混合液的体积都为 20 mL，但选项 D 中反应温度最高、反应物 Na2S2O3的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。9答案 D9.比较 MnO2和 CuO 对 H2O2分解反应的催化能力大小的实验中，若
17、催化剂的质量均控制在0.1 g，6%的 H2O2溶液均取 5 mL，可选择的实验装置是( )解析 A、B 中长颈漏斗插入过短，不能形成液封，容易造成气体逸出；根据双氧水分解反应的化学方程式进行粗略计算可知，5 mL6%的 H2O2溶液完全分解产生的氧气在标况下体积约为 98.6 mL，C 中的量筒体积太小。故 D 项正确。答案 D10.酶是蛋白质，因而酶有蛋白质的特性。酶又是生物制造出来的催化剂，能在许多有机反应中发挥作用。下图表示温度 T 与反应速率 v 的关系曲线中，有酶参加的是( )解析 要从两个方面把握酶的催化作用：一是在室温下酶就能对某些有机反应充分发挥催化作用；二是酶作为蛋白质在稍
18、高温度下会发生变性而失去催化作用。D 图表示在适宜的温度下反应速率随温度升高而增大，温度过高时反应速率迅速减慢，符合酶的性质。答案 D11.据新华网报道，加拿大卡尔加里大学的两位研究者柯蒂斯和西蒙发明了一种新型“电催化剂” ，能够非常高效且廉价地将电能转化成化学能。该新型“电催化剂”是一种多孔金属氧化物固体，用于在电解器中催化水分解为氢气与氧气的一种特殊催化剂。下列说法中不正确的是( )A.使用电催化剂，加快了水的分解速率B.金属氧化物固体的量越多，水分解速率越快10C.反应一段时间，过滤、洗涤、干燥后发现金属氧化物固体的质量没有发生变化D.金属氧化物固体的多孔结构利于提高催化剂的效率解析 催
19、化剂的用量对化学反应速率有影响，在一定用量范围内，随着用量增加，反应时间缩短，反应速率加快；但催化剂的用量增加到一定值后，反应时间和反应速率不再改变，故 B 项错误。答案 B12.右图是研究催化剂对过氧化氢分解反应速率影响的实验装置图。某学生研究小组在 50 mL 量筒中盛满水，倒置于水槽中，通过分液漏斗把过氧化氢溶液加入锥形瓶中(内中已有适量催化剂)，记录各时间段收集到的氧气的体积。实验一：以二氧化锰作催化剂，进行以下四组实验。第 1 组：粉末状的二氧化锰 0.2 g 5 mL 6% H 2O2第 2 组：粉末状的二氧化锰 0.2 g 3 mL 10% H 2O2第 3 组：粉末状的二氧化锰
20、 0.1 g5 mL 6% H 2O2第 4 组：颗粒状的二氧化锰 0.1 g5 mL 6% H 2O2催化剂：MnO 2 第 1 组 第 2 组 第 3 组 第 4 组前 15s 产生氧气的量(mL) 11 15 8 7前 30s 产生氧气的量(mL) 21 24 11 9前 45s 产生氧气的量(mL) 31 35 18 12前 60s 产生氧气的量(mL) 45 48 26 15实验二：以不同的催化剂对过氧化氢(均为 5 mL 6% H2O2)分解反应速率影响进行研究，记录反应的时间 t 和相应的量筒内的气体体积读数 V，用( V2V1)/t 作为反应速率的表达式(单位：mLs 1 )，
21、得到以下实验数据：催化剂 产生气体速率/ mLs 1 催化剂 产生气体速率/ mLs 1MnO2 0.03 土豆 0.03CuO 0.07 活性炭 0.12(1)写出 H2O2分解的反应方程式_(2)实验一的几组数据能说明_(3)实验二的几组数据反映出_11(4)用碰撞理论解释催化剂能增大化学反应速率的原因_。答案 (1)2H 2O2 2H2OO 2 (2)第组和第组反映出浓度与反应速率的= = = = =催 化 剂 关系 第组和第组反映出催化剂颗粒大小对反应速率的影响 第组和第组反映出催化剂的用量与反应速率大小的关系 (3)反映出催化剂与反应液的接触面积的大小影响化学反应速率 (4)催化剂的
22、使用，降低了一个反应所需的活化能，从而增大了反应体系中活化分子的百分数，使有效碰撞的机会增多，导致反应速率明显加快。13.某实验小组以 H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。编号 反应物 催化剂 10 mL 2% H2O2溶液 无 10 mL 5% H2O2溶液 无 10 mL 5%H2O2溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液 10 mL 5% H2O2溶液少量 HCl 溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液 10 mL 5% H2O2溶液少量 NaOH 溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液(1)
23、催化剂能加快化学反应速率的原因是_。(2)常温下 5% H2O2溶液的 pH 约为 6，H 2O2的电离方程式为_。(3)实验和的目的是_。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下 H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_。(4)实验、中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。12分析图示能够得出的实验结论是_。解析 加入催化剂可降低反应的活化能，反应速率增大；因过氧化氢显示出弱酸性，因此为部分电离；实验和过氧化氢的浓度不同，实验目的是探究浓度对反应速率的影响，但可能因过氧化氢性质稳定，反应速率太慢，现象不明显，可以给不同浓度的过氧化氢提
24、供相同的温度或催化剂，进行探究浓度对反应速率的影响。分析实验、表中的反应物和催化剂结合图像知道，酸碱性环境影响反应速率，对平衡移动没有影响。答案 (1)降低了反应的活化能 (2)H 2O2H HO 2(3)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)(4)碱性环境能增大 H2O2分解的速率，酸性环境能减小 H2O2分解的速率，但酸碱性环境对平衡移动无影响14.铁生锈是比较常见的现象，某实验小组，为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续 3 分钟左右，观察到的实验现
25、象为：直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。试回答以下问题：13(1)由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_。能表示其原理的反应方程式为_。(2)仪器 A 的名称为_，其中装的药品可以是_，其作用是_。(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_。决定铁生锈快慢的一个重要因素是_。答案 (1)电化学腐蚀 负极：Fe2e =Fe2 ；正极：O 22H 2O4e =4OH (2)球形干燥管 (或无水氯化钙)碱石灰 干燥氧气 (3)H 2O 和 O2 O 2的浓度15.利用催化剂可使 NO
26、 和 CO 发生反应：2NO(g)2CO(g)2CO 2(g)N 2(g) H0。已知增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面的表中。实验编号 T()NO 初始浓度(molL1 )CO 初始浓度(molL1 )催化剂的比表面积(m2g1 ) 280 1.2103 5.8103 82 1.2103 124 350 82(1)请填全表中的各空格；(2)实验中，NO 的物质的量浓度( c)随时间( t)的变化如图所示。请在给出的坐标图中画出实验、中 NO 的物质的量浓度( c)随时间( t)变化
27、的曲线，并标明各曲线的实验编号。解析 (1)在其他量相同的情况下，才能判断变量对反应速率的影响，要验证温度对速率的影响，催化剂的比表面积、反应物的初始浓度等要相同；同理，要验证催化剂的比表面积对反应速率的影响，温度、反应物的初始浓度要相同。(2)、的区别是催化剂的比表面积不同，因此的反应速率较快，但催化剂不影响平衡的移动。、的区别是温度变化，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短，NO 转化率降低，故最终中 c(NO)较、中 c(NO)大。14答案 (1)实验编号 T()NO 初始浓度(molL1 )CO 初始浓度(molL1 )催化剂的比表面积(m 2g1 ) 280 5.8103 1.2103 5.8103(2)
