高中化学 专题四 化学反应条件的控制 课题2 催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响学案 苏教版选修6
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课题2 催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响
一、H2O2分解实验的注意事项
1．为了便于比较，实验时应在同一地点、使用同一装置完成。
2．实验装置中，分液漏斗可改用恒压分液漏斗，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溶液仅为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。
【例1】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。
(1)在粉末状的二氧化锰上滴加适量水制成团状固体。
(2)实验装置如图所示。在烧瓶A中放入少量团状的MnO2，并尽可能靠近瓶侧壁。广口瓶B中加入约23容积的水(滴加几滴红墨水以增强实验效果)。
(3)将烧瓶A中装有MnO2的一侧稍垫高一些，然后打开分液漏斗的活塞使H2O2溶液流入烧瓶A中，接着关闭活塞。
(4)将烧瓶A放平，使H2O2溶液与MnO2接触。
请结合所学知识回答下列问题。
①第(4)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(3)步操作有什么意义？能不能省略？
________________________________________________________________________。
④H2O2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
④H2O2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
1－1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)他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)他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？________，若不能，还需进行的实验是________________________________________。
二、关于催化剂概念的理解
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。
【例2】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：
Ⅰ．制取氧化铜
(1)称取2 g CuSO4·5H2O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)所得混合物过滤、洗涤、晾干后研细备用。
请回答下列问题。
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(3)中洗涤沉淀的操作是__________。
Ⅱ．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 其他物质的质量 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
请回答下列问题。
①上述实验中的“待测数据”指________。
②若(5)(6)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。
Ⅱ．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，速率增大，所以a应该是验证CuO的质量是否改变。
答案：Ⅰ．(1)研钵 (2)蒸发皿 (3)②(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1～2次。
(Ⅱ)①生成25 mL气体所用的时间 ②MnO2 ③验证CuO的质量没有改变
2－1大约有85%的化学反应需要用催化剂，催化剂的研究是21世纪化学研究的重要课题之一。
Ⅰ．某中学化学小组查阅资料发现金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解，且A和二氧化锰的最佳催化温度均在500 ℃左右。于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验，实验时均以集满500 mL氧气为准(其他可能影响实验的因素均可忽略)。
用MnO2作催化剂
实验序号 KClO3的
质量/g MnO2的
质量/g 反应温
度/℃ 待测数据
1 8.0 2.0 500
2 8.0 2.0 500
用A作催化剂
实验序号 KClO3的
质量/g A的
质量/g 反应温
度/℃ 待测数据
1 8.0 2.0 500
2 8.0 2.0 500
试回答以下问题：
上述实验中的待测数据应是________________________________________________
________________________________________________________________________；
完成此研究后，他们准备发表一篇研究报告，请你替他们拟一个报告的题目：________________________________________________________________________。
Ⅱ．已知下列化学反应：5H2O2＋2KMnO4＋3H2SO4===K2SO4＋5O2↑＋2MnSO4＋8H2O。某化学研究性学习小组在做此实验时发现：在敞口容器中，当H2O2与酸化的KMnO4溶液混合时，开始放出氧气的速率很慢，一段时间后产生氧气的速率很快，经过测定发现溶液中温度变化不大，学生百思不得其解，向老师询问，老师认为影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、压强和催化剂，现随着反应的进行，反应物的浓度在逐渐降低，敞口容器的压强不受影响，反应的温度变化不大，则可能的影响因素是催化剂。在老师的提示下学生又做了三个对比实
验如下：
(1)空白实验
(2)起始时加入少量K2SO4固体
(3)起始时加入少量MnSO4固体
(4)起始时加入少量水
结果发现(1)(2)起始反应速率差不多，(4)的起始反应速率比(1)(2)慢，(3)的起始反应速率很快。请解释实验(Ⅱ)中反应速率变化的原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
2－2飘尘是物质燃烧时产生的粒状漂浮物，颗粒很小，不易沉降，它与空气中SO2、O2接触时，SO2会部分转化为SO3，使空气的酸度增加，飘尘所起的作用可能是( )
①氧化剂 ②还原剂 ③催化剂 ④吸附剂
A．①② B．①
C．①③ D．③④
2－3某温度下，在一容积可变的密闭容器里，反应2A(g)B(g)＋2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol、4 mol。在保持温度和压强不变的条件下，下列说法正确的是( )
A．充入1 mol稀有气体氦(He)，平衡将不发生移动
B．充入A、B、C各1 mol，平衡将向正反应方向移动
C．将A、B、C各物质的物质的量都减半，C的百分含量不变
D．加入催化剂，正、逆反应速率均加快，平衡向逆反应方向移动
答案：
【互动课堂】
触类旁通
1－1 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“红砖粉是过氧化氢溶液分解的催化剂”的结论，那么还需补充以下两个探究步骤：(1)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；(2)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。
