2017-2018学年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速率的影响教学案苏教版选修6

课题二 催化剂对过氧化氢分解速率的影响
【学考报告】
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E a 、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2H 2O 2=====催化剂2H 2↑＋O 2↑。

3．催化剂对化学反应速率的影响
一般选用MnO 2作催化剂，其用量以及颗粒直径大小均会影响H 2O 2分解的速率。

通过观察比较H 2O 2溶液中逸出气泡的快慢程度，或测定单位时间内H 2O 2分解放出的O 2的体积判断H 2O 2分解速率的大小。

图示为：
使用催化剂
↓
↓
↓
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，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。

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
①该“探究一”实验的名称是___________________________________。

②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。

参看下图和表格分别回答相关问题。

3%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：
③同浓度的双氧水的分解速率随着二氧化锰用量的增加而________。

④如果从实验结果和节省药品的角度综合分析，你认为当我们选用 3.0%的双氧水，加入________g的二氧化锰能使实验效果最佳。

⑤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)①探究使双氧水分解的最佳催化剂②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)③加快④0.3⑤不正确因为同体积的双氧水浓度越小所含溶质越少，这是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：
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。

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：
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。

Ⅰ.(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。

Ⅱ.根据题意，④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。

⑤根据测得的时间可得出MnO2的催化效果好。

⑥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②MnO2③验证CuO的质量没有改变。