催化劑對過氧化氫分解反應(yīng)速率影響

1、關(guān)于催化劑對過氧化氫分解反應(yīng)速率的影響第1頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過比較不同的催化劑對過氧化氫分解速率的影響的差異，從中認(rèn)識到催化劑的種類、用量等的選擇對實(shí)驗(yàn)效果的影響。2.認(rèn)識實(shí)驗(yàn)方法的選擇及反應(yīng)條件的控制在實(shí)驗(yàn)研究中的重要作用，加深對化學(xué)反應(yīng)條件控制的重要性的認(rèn)識。3.嘗試用比較法來尋找實(shí)驗(yàn)的最佳方案，通過實(shí)驗(yàn)提高處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。第2頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)原理1催化劑的作用在化工生產(chǎn)中，常常加入催化劑以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。例如，硫酸工業(yè)中，由二氧化硫制三氧化硫的反應(yīng)常用五氧化二

2、釩作催化劑；氮?dú)馀c氫氣合成氨的反應(yīng)，使用的是以鐵為主體的多成分催化劑；生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)也與催化劑有著密切的關(guān)系，生物體內(nèi)的各種_具有催化活性，是生物催化劑。酶第3頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四催化劑雖然在反應(yīng)前后的_和_沒有發(fā)生變化，但有些催化劑卻參與了化學(xué)變化過程，在參與反應(yīng)的過程中其化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量均發(fā)生改變，即反應(yīng)過程中必定既包括有催化劑參與的反應(yīng)，又包括使催化劑再生成的反應(yīng)。例：氮的氧化物NO破壞臭氧層：NOO3=NO2O2，NO2O=NOO2，由此可見，某些催化劑參與化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)是“先消后生”。但僅僅是改變始態(tài)到終態(tài)的途徑，不改變反應(yīng)的結(jié)果。質(zhì)量化學(xué)性質(zhì)第

3、4頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四因此，某一物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中是否為催化劑應(yīng)從兩個(gè)方面判斷：一看該物質(zhì)是否改變了化學(xué)反應(yīng)速率。二看反應(yīng)前后該物質(zhì)的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)是否發(fā)生改變。催化劑能增大化學(xué)反應(yīng)速率，但是它不能改變反應(yīng)進(jìn)行的方向，也不能使那些不可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生。第5頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四2催化劑與反應(yīng)活化能第6頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四分子或離子間的碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的先決條件，但不是每次碰撞都會引發(fā)反應(yīng)。能夠引起反應(yīng)的分子(或離子)間的相互碰撞叫做_，能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做_。活化分子具有較高

4、的能量，因此活化分子所占分?jǐn)?shù)的大小決定了反應(yīng)速率的快慢?；罨肿拥钠骄芰颗c所有分子的平均能量的差稱為_。有效碰撞活化分子活化能第7頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四催化劑能使反應(yīng)的活化能_ (如圖分別代表有、無催化劑時(shí)正反應(yīng)的活化能)，使得具有平均能量的反應(yīng)物分子只要吸收較少的能量就能變成活化分子，活化分子所占分?jǐn)?shù)增大，可以成千上萬倍地增大反應(yīng)速率。如，二氧化硫氧化為三氧化硫，使用催化劑的速率是不使用催化劑的速率的一億六千萬倍。降低第8頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四雙氧水金屬氧化物第9頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四判斷

5、H2O2分解速率的大小，可以通過觀察比較H2O2溶液中放出氣泡的快慢程度，或測定單位時(shí)間內(nèi)H2O2分解放出的O2的體積。思考感悟1你認(rèn)為保存H2O2時(shí)要注意些什么？【提示】雙氧水穩(wěn)定性較差、易分解，故應(yīng)保存在棕色瓶或塑料容器中，且放置在陰涼處。另外，因工業(yè)品中含較多的金屬離子雜質(zhì)，應(yīng)加入穩(wěn)定劑來抑制其催化分解。第10頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四二、實(shí)驗(yàn)步驟1.采用_、_等作H2O2分解的催化劑。各物質(zhì)的用量以0.1 g左右為宜。2. 實(shí)驗(yàn)裝置可按右圖組裝。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在50 mL量筒中盛滿水，倒置于水槽中，通過分液漏斗把 5 mL 6% H2O2溶液加入錐形瓶中。記錄各

6、時(shí)間段收集到的氧氣的體積。3可以自己選擇并使用某些物質(zhì)(如氧化銅、活性炭、氯化銅、豬肝、土豆等)作為催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來。MnO2Fe2O3第11頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四思考感悟2.在H2O2分解實(shí)驗(yàn)過程中是否可以使用任意質(zhì)量和形狀的催化劑？【提示】催化劑的用量以及顆粒直徑大小均會影響H2O2分解的速率。所以實(shí)驗(yàn)過程中不能使用任意質(zhì)量和形狀的催化劑。第12頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四第13頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四解析：選B。使用催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，催化劑參與化學(xué)反應(yīng)過程，在反應(yīng)前后的

7、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量不發(fā)生改變。故A、C、D是正確的，即選B。第14頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四2用鋁粉和碘甲烷制取(CH3)3Al時(shí)，于100 攪拌65 h，產(chǎn)率為0，若用超聲波，則室溫下反應(yīng)2.5小時(shí)，產(chǎn)率為96%。有關(guān)敘述正確的是()A超聲波加快反應(yīng)速率的作用小于攪拌B超聲波使Al溶于CH3I中乳化成為膠體C超聲波使化學(xué)反應(yīng)物局部急劇升溫D超聲波使CH3I分解為碘和甲烷的速度加快解析：選B。超聲波作用于混合物中使鋁粉與碘甲烷的接觸面積增大，從而加快了化學(xué)反應(yīng)速率。第15頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四3工業(yè)合成氨反應(yīng)中，使用催化劑和施以高壓，

8、下列敘述正確的是()A都能提高反應(yīng)速率，都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響B(tài)都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響，都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，只有加壓對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間，而壓強(qiáng)無此作用第16頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四解析：選C。對于合成氨反應(yīng)N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，催化劑只能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，高壓能提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間縮短，也能使化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。第17頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四要點(diǎn)

9、一關(guān)于催化劑概念的理解1對于可逆反應(yīng)，催化劑能同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率。在一定條件下，正反應(yīng)的優(yōu)良催化劑必定是逆反應(yīng)的優(yōu)良催化劑。2使用催化劑只能改變反應(yīng)途徑，不能改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，故催化劑只能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，而不能改變平衡狀態(tài)，不能改變化學(xué)平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)的熱效應(yīng)也和催化劑的存在與否無關(guān)。第18頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四3催化劑只能加速熱力學(xué)上認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)，對于通過熱力學(xué)計(jì)算不能發(fā)生的反應(yīng)，催化劑不能使其發(fā)生；任何催化劑都不能改變反應(yīng)發(fā)生的方向。4使用催化劑可以改變反應(yīng)速率?！案淖儭卑涌旌蜏p慢，前者稱之為正催

10、化劑，后者稱之為負(fù)催化劑。通常情況下，正催化劑用得較多，因此，若無特殊說明，都是指正催化劑。第19頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四5催化劑的催化作用具有一定的選擇性。某種催化劑對某一反應(yīng)可能是活性很強(qiáng)的催化劑，但對其他反應(yīng)就不一定有催化作用。沒有萬能的催化劑，催化劑只能在一定的條件下，催化某個(gè)或幾個(gè)反應(yīng)。第20頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四 某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組欲制取氧化銅并證明氧化銅能加快氯酸鉀的分解，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：.制取氧化銅稱取2 g CuSO45H2O在_(填儀器)中研細(xì)后倒入燒杯，加10 mL蒸餾水溶解。向上述CuSO4溶液中逐滴加入Na

11、OH溶液，立即產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加，直到不再產(chǎn)生沉淀，然后將所得混合物轉(zhuǎn)移到_(填儀器)中，加熱至沉淀全部變?yōu)楹谏?，停止加熱。?第21頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四將步驟所得混合物過濾、洗滌、晾干后研細(xì)備用?；卮鹣铝袉栴}：(1)完成上面的空白。(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟中需要使用玻璃棒的是_(填實(shí)驗(yàn)序號)。步驟中洗滌沉淀的操作是_。第22頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四.該小組同學(xué)從資料中得知氧化銅也能催化分解氯酸鉀。他們?yōu)榱吮容^氧化銅和二氧化錳的催化效果，設(shè)計(jì)用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成25 mL氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已控制，相

12、關(guān)數(shù)據(jù)見下表：實(shí)驗(yàn)序號KClO3質(zhì)量其他物質(zhì)的質(zhì)量待測數(shù)據(jù)1.2 g無其他物質(zhì)1.2 gCuO 0.5 g1.2 gMnO2 0.5 g 第23頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四第24頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四回答下列問題：(1)上述實(shí)驗(yàn)中的“待測數(shù)據(jù)”指_。(2)若中待測數(shù)據(jù)分別為10和7(單位相同)，則_(填寫化學(xué)式)催化效果好。(3)為探究CuO在實(shí)驗(yàn)(5)中是否起催化作用，需補(bǔ)做如下實(shí)驗(yàn)(無需寫出具體操作)：a_，b驗(yàn)證CuO的化學(xué)性質(zhì)沒有改變。第25頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四【解析】本題是根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要

13、求，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的考查。.(1)研缽；蒸發(fā)溶液用蒸發(fā)皿；(2)玻璃棒的作用是：加速溶解；引流轉(zhuǎn)移；過濾、洗滌時(shí)引流。.根據(jù)題意，實(shí)驗(yàn)要得出結(jié)果，必須測定生成25 mL氣體所用的時(shí)間來確定誰的催化效果好。根據(jù)測得的時(shí)間可得出MnO2的催化效果好。根據(jù)催化劑的特點(diǎn)，質(zhì)量不變，化學(xué)性質(zhì)不變，所以確定a.測定CuO的質(zhì)量是否改變。第26頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四【答案】.(1)研缽蒸發(fā)皿(2)沿玻璃棒向過濾器中的沉淀上加蒸餾水至剛好浸沒沉淀，待溶液濾出后，重復(fù)該操作12次.(1)生成25 mL氣體所用的時(shí)間(2)MnO2(3)驗(yàn)證CuO的質(zhì)量沒有改變第27頁，共52頁，

14、2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四變式訓(xùn)練1下列說法正確的是(雙選)()A增大反應(yīng)物濃度，可增大單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而使有效碰撞次數(shù)增大B有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，若增大壓強(qiáng)(即縮小反應(yīng)容器的體積)，可增加活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而使反應(yīng)速率增大C升高溫度能使化學(xué)反應(yīng)速率增大的主要原因是增加了反應(yīng)物分子中活化分子的百分?jǐn)?shù)D催化劑能增大單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而成千成萬倍地增大反應(yīng)速率第28頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四解析：選CD。濃度和壓強(qiáng)的變化改變單位體積內(nèi)分子總數(shù)，活化分子的百分?jǐn)?shù)不變，單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目發(fā)生變化；溫度、催化劑是改變活化分子

15、的百分?jǐn)?shù)，單位體積內(nèi)分子總數(shù)不變。故應(yīng)選CD。第29頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四要點(diǎn)二H2O2分解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1為了便于比較，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)在同一地點(diǎn)、使用同一裝置完成。2實(shí)驗(yàn)裝置中，分液漏斗可改用安全漏斗，以防在滴加雙氧水時(shí)，由于反應(yīng)較快，導(dǎo)致瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速增大而致使液體不能順利滴下。3由于實(shí)驗(yàn)中使用H2O2僅為5 mL，催化劑也均稱取0.1 g，故錐形瓶最好用容積較小的，如100 mL錐形瓶，以免引起誤差過大，也便于催化劑和H2O2充分接觸。第30頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四4教材方案是記錄單位時(shí)間產(chǎn)生的氣體的量，可改為記錄收集等量氣體所需的

16、時(shí)間。例如，不使用量筒，改為記錄集滿一試管氣體所需的時(shí)間。第31頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四 影響化學(xué)反應(yīng)速率的客觀因素有許多，如溫度、濃度、催化劑、表面積等。因此探究客觀條件與化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及改進(jìn)也就有許許多多。某同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)證明MnO2在H2O2的分解反應(yīng)過程中起催化作用。例2第32頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四第33頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四請結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題：(1)第步操作后，可能會有什么現(xiàn)象？解釋其原因。_。(2)為什么要將二氧化錳制成團(tuán)狀，且盡可能靠近瓶壁？_。第34頁，共5

17、2頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四(3)第步操作有什么意義？能不能省略？_。(4)H2O2溶液用量太多或太少能不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模縚。【解析】本題主要利用噴泉實(shí)驗(yàn)的原理，使廣口瓶內(nèi)外形成較大的壓強(qiáng)差。第35頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四【答案】(1)廣口瓶B中的水被壓出，形成紅色的噴泉。MnO2催化了H2O2的分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量O2，使裝置內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大，B中的水被壓出(2)避免MnO2與H2O2溶液接觸(3)起對照實(shí)驗(yàn)的作用，證明在H2O2的分解過程中MnO2的催化作用。不能省略(4)H2O2用量太多，反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量氣體，可能會把塞子沖出；H2O2

18、用量太少，產(chǎn)生O2的量過少，裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)小，不能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象第36頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四變式訓(xùn)練2某同學(xué)在做過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心將過氧化氫溶液滴到地面的紅磚上，發(fā)現(xiàn)有大量的氣泡產(chǎn)生。聰明的她立即想到：紅磚粉能不能作過氧化氫分解的催化劑呢？于是她立即查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。提出問題紅磚粉能不能作過氧化氫分解的催化劑？猜想(1)紅磚粉能夠作過氧化氫分解的催化劑。(2)紅磚粉不能作過氧化氫分解的催化劑。第37頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四證明猜想(1)該同學(xué)直接將帶火星的木條伸入裝有過氧化氫溶液的試管中，發(fā)現(xiàn)木條不復(fù)燃，說

19、明_。第38頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四(2)她將裝有過氧化氫溶液的試管微微加熱，發(fā)現(xiàn)有_產(chǎn)生，再將帶火星的木條伸入試管，發(fā)現(xiàn)木條復(fù)燃，說明_。(3)她在裝有過氧化氫溶液的試管中加入少量的紅磚粉，再將帶火星的木條伸入試管中，可觀察到_，說明_。第39頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四于是該同學(xué)得出：紅磚粉是過氧化氫分解的催化劑。你認(rèn)為通過上述實(shí)驗(yàn)?zāi)芊竦贸鲆陨辖Y(jié)論？_(填“能”或“不能”)，若不能，還需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是_。第40頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四解析：在該同學(xué)的探究方案中，其證明猜想的三個(gè)步驟僅僅是對紅磚粉是否加

20、快過氧化氫溶液分解速率進(jìn)行了探究，不難發(fā)現(xiàn)紅磚粉的確改變了過氧化氫溶液的分解速率，紅磚粉使過氧化氫溶液在常溫下就能迅速分解，產(chǎn)生氧氣。但是，該同學(xué)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中，沒有涉及紅磚粉在化學(xué)反應(yīng)前后其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)是否改變的探究過程。第41頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四所以，通過上述實(shí)驗(yàn)不能得出“紅磚粉是過氧化氫分解的催化劑”的結(jié)論，那么還需補(bǔ)充以下兩個(gè)探究步驟：探究紅磚粉在過氧化氫溶液分解前后其質(zhì)量是否發(fā)生改變；探究紅磚粉在過氧化氫溶液分解前后其化學(xué)性質(zhì)是否發(fā)生改變。第42頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四答案：(1)H2O2常溫下不易分解(2)

21、氣泡H2O2受熱發(fā)生分解(3)有大量氣泡產(chǎn)生且木條復(fù)燃紅磚粉使H2O2溶液在常溫下就能迅速分解，產(chǎn)生氧氣不能測量紅磚粉在過氧化氫溶液分解前后質(zhì)量是否發(fā)生改變，檢測紅磚粉在過氧化氫溶液分解前后化學(xué)性質(zhì)是否發(fā)生改變第43頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四過氧化氫酶的催化作用酶是一種生物催化劑，具有一般催化劑的通性，也有其自身的特性，如具有高效性、專一性。酶的催化活性受酸、堿、溫度等條件的影響，還受一些藥物、毒物、輔助因子、輔基等的影響。第44頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四 某學(xué)生為了研究MnO2催化H2O2的分解設(shè)計(jì)了如下裝置，回答下列問題。例1第45頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星期四(1)分液漏斗中盛有液體，打開分液漏斗的活塞時(shí)液體H2O2不能流下，可能的原因有_。第46頁，共52頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)55分，星