苏教版 化学 选修6 专题4课题2　催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响

欢迎进入化学课堂 课题2催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 学习目标1 通过比较不同的催化剂对过氧化氢分解速率的影响的差异 从中认识到催化剂的种类 用量等的选择对实验效果的影响 2 认识实验方法的选择及反应条件的控制在实验研究中的重要作用 加深对化学反应条件控制的重要性的认识 3 尝试用比较法来寻找实验的最佳方案 通过实验提高处理实验数据和分析实验结果的能力 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 课题2 课前自主学案 一 实验原理1 催化剂的作用在化工生产中 常常加入催化剂以促进化学反应的进行 例如 硫酸工业中 由二氧化硫制三氧化硫的反应常用五氧化二钒作催化剂 氮气与氢气合成氨的反应 使用的是以铁为主体的多成分催化剂 生物体内的化学反应也与催化剂有着密切的关系 生物体内的各种 具有催化活性 是生物催化剂 酶 催化剂虽然在反应前后的 和 没有发生变化 但有些催化剂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 即反应过程中必定既包括有催化剂参与的反应 又包括使催化剂再生成的反应 例 氮的氧化物NO破坏臭氧层 NO O3 NO2 O2 NO2 O NO O2 由此可见 某些催化剂参与化学反应的特点是 先消后生 但仅仅是改变始态到终态的途径 不改变反应的结果 质量 化学性质 因此 某一物质在化学反应中是否为催化剂应从两个方面判断 一看该物质是否改变了化学反应速率 二看反应前后该物质的质量和化学性质是否发生改变 催化剂能增大化学反应速率 但是它不能改变反应进行的方向 也不能使那些不可能发生的化学反应得以发生 2 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 能够发生有效碰撞的分子叫做 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了反应速率的快慢 活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差称为 有效碰撞 活化分子 活化能 催化剂能使反应的活化能 如图分别代表有 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 可以成千上万倍地增大反应速率 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 降低 双氧水 金属氧化物 判断H2O2分解速率的大小 可以通过观察比较H2O2溶液中放出气泡的快慢程度 或测定单位时间内H2O2分解放出的O2的体积 思考感悟1 你认为保存H2O2时要注意些什么 提示 双氧水稳定性较差 易分解 故应保存在棕色瓶或塑料容器中 且放置在阴凉处 另外 因工业品中含较多的金属离子杂质 应加入稳定剂来抑制其催化分解 二 实验步骤1 采用 等作H2O2分解的催化剂 各物质的用量以0 1g左右为宜 2 实验装置可按右图组装 实验时 在50mL量筒中盛满水 倒置于水槽中 通过分液漏斗把5mL6 H2O2溶液加入锥形瓶中 记录各时间段收集到的氧气的体积 3 可以自己选择并使用某些物质 如氧化铜 活性炭 氯化铜 猪肝 土豆等 作为催化剂进行实验 把实验结果记录下来 MnO2 Fe2O3 思考感悟2 在H2O2分解实验过程中是否可以使用任意质量和形状的催化剂 提示 催化剂的用量以及颗粒直径大小均会影响H2O2分解的速率 所以实验过程中不能使用任意质量和形状的催化剂 解析 选B 使用催化剂能改变化学反应速率 催化剂参与化学反应过程 在反应前后的化学性质和质量不发生改变 故A C D是正确的 即选B 2 2011年唐山高二检测 用铝粉和碘甲烷制取 CH3 3Al时 于100 搅拌65h 产率为0 若用超声波 则室温下反应2 5小时 产率为96 有关叙述正确的是 A 超声波加快反应速率的作用小于搅拌B 超声波使Al溶于CH3I中乳化成为胶体C 超声波使化学反应物局部急剧升温D 超声波使CH3I分解为碘和甲烷的速度加快解析 选B 超声波作用于混合物中使铝粉与碘甲烷的接触面积增大 从而加快了化学反应速率 3 工业合成氨反应中 使用催化剂和施以高压 下列叙述正确的是 A 都能提高反应速率 都对化学平衡状态无影响B 都对化学平衡状态有影响 都不影响达到平衡状态所用的时间C 都能缩短达到平衡状态所用的时间 只有加压对化学平衡状态有影响D 催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间 而压强无此作用 解析 选C 对于合成氨反应N2 g 3H2 g 2NH3 g 催化剂只能提高反应速率 使反应达到平衡状态所用的时间缩短 不能使化学平衡发生移动 高压能提高反应速率 使反应达到平衡状态所用的时间缩短 也能使化学平衡向生成氨的方向移动 课堂互动讲练 1 对于可逆反应 催化剂能同等程度地改变正 逆反应速率 在一定条件下 正反应的优良催化剂必定是逆反应的优良催化剂 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 反应的热效应也和催化剂的存在与否无关 3 催化剂只能加速热力学上认为可以实现的反应 对于通过热力学计算不能发生的反应 催化剂不能使其发生 任何催化剂都不能改变反应发生的方向 4 使用催化剂可以改变反应速率 改变 包括加快和减慢 前者称之为正催化剂 后者称之为负催化剂 通常情况下 正催化剂用得较多 因此 若无特殊说明 都是指正催化剂 5 催化剂的催化作用具有一定的选择性 某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂 但对其他反应就不一定有催化作用 没有万能的催化剂 催化剂只能在一定的条件下 催化某个或几个反应 2011年无锡高二检测 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 称取2gCuSO4 5H2O在 填仪器 中研细后倒入烧杯 加10mL蒸馏水溶解 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 将步骤 所得混合物过滤 洗涤 晾干后研细备用 回答下列问题 1 完成上面的空白 2 上述实验步骤中需要使用玻璃棒的是 填实验序号 步骤 中洗涤沉淀的操作是 该小组同学从资料中得知氧化铜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 设计用如图装置进行实验 实验时均以生成25mL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 回答下列问题 1 上述实验中的 待测数据 指 2 若 中待测数据分别为10和7 单位相同 则 填写化学式 催化效果好 3 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 本题是根据实验试题要求 对实验设计方案的考查 1 研钵 蒸发溶液用蒸发皿 2 玻璃棒的作用是 加速溶解 引流转移 过滤 洗涤时引流 根据题意 实验要得出结果 必须测定生成25mL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 化学性质不变 所以确定a 测定CuO的质量是否改变 答案 1 研钵蒸发皿 2 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1 2次 1 生成25mL气体所用的时间 2 MnO2 3 验证CuO的质量没有改变 变式训练1下列说法正确的是 双选 A 增大反应物浓度 可增大单位体积内活化分子的百分数 从而使有效碰撞次数增大B 有气体参加的化学反应 若增大压强 即缩小反应容器的体积 可增加活化分子的百分数 从而使反应速率增大C 升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数D 催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数 从而成千成万倍地增大反应速率 解析 选CD 浓度和压强的变化改变单位体积内分子总数 活化分子的百分数不变 单位体积内活化分子的数目发生变化 温度 催化剂是改变活化分子的百分数 单位体积内分子总数不变 故应选CD 1 为了便于比较 实验时应在同一地点 使用同一装置完成 2 实验装置中 分液漏斗可改用安全漏斗 以防在滴加双氧水时 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5mL 催化剂也均称取0 1g 故锥形瓶最好用容积较小的 如100mL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 可改为记录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 影响化学反应速率的客观因素有许多 如温度 浓度 催化剂 表面积等 因此探究客观条件与化学反应速率关系的实验设计及改进也就有许许多多 某同学设计如下实验证明MnO2在H2O2的分解反应过程中起催化作用 请结合所学知识回答下列问题 1 第 步操作后 可能会有什么现象 解释其原因 2 为什么要将二氧化锰制成团状 且尽可能靠近瓶壁 3 第 步操作有什么意义 能不能省略 4 H2O2溶液用量太多或太少能不能达到实验目的 解析 本题主要利用喷泉实验的原理 使广口瓶内外形成较大的压强差 答案 1 广口瓶B中的水被压出 形成红色的喷泉 MnO2催化了H2O2的分解反应 产生大量O2 使装置内部气体压强增大 B中的水被压出 2 避免MnO2与H2O2溶液接触 3 起对照实验的作用 证明在H2O2的分解过程中MnO2的催化作用 不能省略 4 H2O2用量太多 反应剧烈 产生大量气体 可能会把塞子冲出 H2O2用量太少 产生O2的量过少 装置内气体压强小 不能产生喷泉现象 变式训练2某同学在做过氧化氢分解的实验时 不小心将过氧化氢溶液滴到地面的红砖上 发现有大量的气泡产生 聪明的她立即想到 红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂呢 于是她立即查阅资料 设计实验方案进行探究 提出问题 红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂 猜想 1 红砖粉能够作过氧化氢分解的催化剂 2 红砖粉不能作过氧化氢分解的催化剂 证明猜想 1 该同学直接将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中 发现木条不复燃 说明 2 她将装有过氧化氢溶液的试管微微加热 发现有 产生 再将带火星的木条伸入试管 发现木条复燃 说明 3 她在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量的红砖粉 再将带火星的木条伸入试管中 可观察到 说明 于是该同学得出 红砖粉是过氧化氢分解的催化剂 你认为通过上述实验能否得出以上结论 填 能 或 不能 若不能 还需进行的实验是 解析 在该同学的探究方案中 其证明猜想的三个步骤仅仅是对红砖粉是否加快过氧化氢溶液分解速率进行了探究 不难发现红砖粉的确改变了过氧化氢溶液的分解速率 红砖粉使过氧化氢溶液在常温下就能迅速分解 产生氧气 但是 该同学的整个实验设计方案中 没有涉及红砖粉在化学反应前后其质量和化学性质是否改变的探究过程 所以 通过上述实验不能得出 红砖粉是过氧化氢分解的催化剂 的结论 那么还需补充以下两个探究步骤 探究红砖粉在过氧化氢溶液分解前后其质量是否发生改变 探究红砖粉在过氧化氢溶液分解前后其化学性质是否发生改变 答案 1 H2O2常温下不易分解 2 气泡H2O2受热发生分解 3 有大量气泡产生且木条复燃红砖粉使H2O2溶液在常温下就能迅速分解 产生氧气不能 测量红砖粉在过氧化氢溶液分解前后质量是否发生改变 检测红砖粉在过氧化氢溶液分解前后化学性质是否发生改变 探究整合应用 过氧化氢酶的催化作用酶是一种生物催化剂 具有一般催化剂的通性 也有其自身的特性 如具有高效性 专一性 酶的催化活性受酸 碱 温度等条件的影响 还受一些药物 毒物 辅助因子 辅基等的影响 某学生为了研究MnO2催化H2O2的分解设计了如下装置 回答下列问题 1 分液漏斗中盛有液体 打开分液漏斗的活塞时液体H2O2不能流下 可能的原因有 2 该同学发现 小试管中的液体几乎无明显的实验现象 锥形瓶中的溶液产生大量气泡 但反应一段时间后 锥形瓶内溶液产生气体的速率逐渐变慢 原因可能是什么 如何设计实验证明 假设一 实验操作和结论 假设二 实验操作和结论 3 现有切成片状的新鲜土豆和煮熟的土豆 证明新鲜土豆也能催化H2O2分解 已知新鲜土豆中含有过氧化氢酶 的实验方法是 解析 本题考查MnO2催化H2O2分解的问题 实验装置和设问的角度都很新颖 1 是学生使用分液漏斗经常出现的问题 可能的原因有 漏斗上口的塞子没有打开或漏斗塞子上的凹槽与颈部的通气孔未对准 2 锥形瓶内H2O2的分解速率变小 只能是H2O2或MnO2的原因 可能的原因 一是H2O2的浓度变稀致使产生气泡的速率减小 实验操作是向锥形瓶中添加H2O2溶液 若反应速率增大 则假设成立 二是部分MnO2的催化活性降低或丧失 实验操作是向锥形瓶中再加入MnO2粉末 若反应速率增大 则假设成立 3 将片状的新鲜土豆和煮熟的土豆同时放入H2O2溶液中 新鲜土豆片表面产生大量气泡 而煮熟土豆片表面无明显现象 过氧化氢酶在高温下已变性 失去催化活性 即可证明 答案 1 漏斗上口的塞子没有打开或漏斗塞子的凹槽与颈部的通气孔未对准 2 H2O2的浓度变稀致使产生气泡变慢向锥形瓶中添加H2O2溶液 若反应速率增大 则假设成立部分MnO2的催化活性降低或丧失向锥形瓶中再加入MnO2粉末 若反应速率增大 则假设成立 3 将片状的新鲜土豆和煮熟的土豆同时放入H2O2溶液中 新鲜土豆片表面产生大量气泡 而煮熟土豆片表面无明显现象 即可证明 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全