清泉州阳光实验学校高中化学 化学反应条件的控制 课题二 催化剂对过氧化氢分解速率的影响高中化学

清泉州阳光实验学校课题二催化剂对过氧化氢分解
速率的影响
【学考报告】
一、催化剂与反响活化能
分子或者者离子间的碰撞是发生化学反响的先决条件，但不是每次碰撞都会引发反响。

可以引起反响的分子(或者者离子)间的互相碰撞叫做有效碰撞，可以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响速率的快慢。

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。

(催化剂降低反响活化能的示意图)
催化剂能使反响的活化能降低(如图Ea、E′a分别代表有、无催化剂时正反响的活化能)，使得具有平均能量的反响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响速率。

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.分解反响的化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑。

3.催化剂对化学反响速率的影响
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，或者者测定单位时间是是内H2O2分解放出的O2的体积判断H2O2分解速率的大小。

图示为：
↓
↓
↓
↓
考虑：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，从平安角度考虑，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.催化剂虽然在反响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。

在参与反响的过程中其化学性质和质量均发生改变，即反响过程中必有催化剂参与的反响，又有使催化剂生成的反响。

2.使用催化剂只能改变反响途径，不能改变反响的始态和终态，故催化剂只能加快反响速率，缩短到达平衡时的时间是是，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.对于可逆反响，催化剂能同等程度地改变正、逆反响速率。

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响。

同一反响选用不同的催化剂，其催化效果往往不一样。

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、实验本卷须知
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，分液漏斗可改用平安漏斗，以防在滴加双氧水时，由于反响较快，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是是产生的气体的量。

可改为搜集等量气体所需的时间是是。

例如，不使用量筒，改为记录集满一试管气体所需的时间是是。

[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正确催化剂以及探究最正确催化剂适宜的催化条件。

(一)探究一：
实验步骤：(1)往锥形瓶中参加50mL、%的双氧水。

(2)分别往锥形瓶中加0.3g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“压强对时间是是的斜率〞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正确催化条件
该实验小组的同学在进展探究二的实验时，得到了一系列的图表和数据。

参看以下列图和表格分别答复相关问题。

3%的双氧水与不同用量二氧化锰的压力—时间是是图
表：不同浓度的双氧水在不同用量的二氧化锰作用下搜集一样状况下同体积O2所需时间是是
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假设从实验结果和节药品的角度综合分析，当我们选用3.0%的双氧水，参加________g的二氧化锰能使实验效果最正确。

⑤该小组的某同学通过分析数据得出了当催化剂用量一样时双氧水的浓度越小反响速率越快的结论，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正确催化剂以及探究最正确催化剂适宜的催化条件。

(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是是缩短，说明速率加快。

3%双氧水分解用0.3g二氧化锰和0.5g二氧化锰时间是是差不多，从节药品角度选用0.3g二氧化锰。

答案(一)①探究使双氧水分解的最正确催化剂或者者探究各催化剂的催化效果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%的二倍，但反响的时间是是却比其反响时间是是的二倍小得多，因此通过比较可以得出，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，进展了如下实验：
Ⅰ.制取氧化铜
(1)称取2gCuSO4·5H2O在________(填仪器)中研细后倒入烧杯，加10mL蒸馏水溶解。

(2)向上述CuSO4溶液中逐滴参加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，停顿加热。

(3)将步骤(2)所得混合物溶解、过滤、洗涤、晾干后研细备用。

答复以下问题：
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，设计用以下列图装置进展实验，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
答复以下问题：
①上述实验中的“待测数据〞指_______________________________________。

②假设(5)(6)中待测数据分别为10和7(单位一样)，那么_______________________
______________________________________________________________________(填写上上化学式)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(无需写出详细操作)：a.________，b.验证CuO的化学性质没有改变。

解析此题是根据实验试题要求，对实验设计方案的考察。

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25mL气体所用的时间是是来确定谁的催化效果好。

⑤根据测得的时间是是可得出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25mL气体所用的时间是是②MnO2③验证CuO的质量没有改变
(时间是是：45分钟)
1.以下关于催化剂的说法，正确的选项是()
A.催化剂能使不起反响的物质发生反响
B.催化剂在化学反响前后，化学性质和质量都不变
C.催化剂不能改变化学反响速率
D.任何化学反响都需要催化剂
答案B
2.可以增加反响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A
3.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：5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O。

分解时，刚参加硫酸，反响缓慢，随后突然反响释放出大量ClO2，这是因为()
A.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使反响生成物的浓度降低
解析由题目信息可知，NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚参加硫酸时反响缓慢，随后突然反响加快，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C
4.某反响过程中能量变化如下列图，以下有关表达正确的选项是()
A.该反响为放热反响
B.催化剂改变了化学反响的热效应
C.催化剂不改变化学反响过程
D.催化剂改变了化学反响速率
解析A项，反响物总能量低于生成物总能量应为吸热反响。

催化剂降低反响所需活化能，改变反响过程，改变化学反响速率，但不改变热效应，所以D正确。

答案D
5.使用催化剂能加快反响速率的主要原因是()
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.增加反响活化能
解析使用催化剂，降低反响活化能，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，使反响速率加快。

答案C
6.汽车尾气在光照下分解时，即开始光化学烟雾的循环，它的形成过程可用以下化学方程式表示：NO2===NO ＋O，2NO＋O2===2NO2，O2＋O===O3，以下有关表达不正确的选项是()
A.此过程中，NO2是催化剂
B.在此过程中，NO是中间产物
C.此过程的总反响方程式为2O3===3O2
D.光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍
解析NO2在反响前后质量和化学性质均没发生变化，只是加快了O2变成O3的反响速率，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响方程式为3O2===2O3。

答案C
7.：X(g)＋Y(g)3Z(g)，X与Y在有催化剂条件下发生反响建立的平衡如以下各图实线所示，在无催化剂条件下发生反响建立的平衡如以下各图虚线所示，那么相应的图示正确的选项是()
解析催化剂可增大化学反响速率，故A、C错；催化剂不能改变化学平衡，故B对，D错。

答案B
8.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反响的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，以下各组实验中最先出现浑浊的是()
Na2S2O3溶液稀H2SO4 H2O 实验反响温度/℃
c/mol·L－
V/mL c/mol·L－1 V/mL
V/mL
1
解析结合选项知混合液的体积都为20mL，但选项D中反响温度最高、反响物Na2S2O3的浓度最大，其反响速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。

答案D
9.比较MnO2和CuO对H2O2分解反响的催化才能大小的实验中，假设催化剂的质量均控制在0.1g，6%的H2O2溶液均取5mL，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；根据双氧水分解反响的化学方程式进展粗略计算可知，5mL6%的H2O2溶液完全分解产生的氧气在标况下体积约为9mL，C中的量筒体积太小。

故D项正确。

答案D
10.酶是蛋白质，因此酶有蛋白质的特性。

酶又是生物制造出来的催化剂，能在许多有机反响中发挥作用。

以下列图表示温度T与反响速率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响充分发挥催化作用；二是酶作为蛋白质在稍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响速率随温度升高而增大，温度过高时反响速率迅速减慢，符合酶的性质。

答案D
11.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创造了一种新型“电催化剂〞，可以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。

以下说法中不正确的选项是()
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
C.反响一段时间是是，过滤、洗涤、枯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构造利于进步催化剂的效率
解析催化剂的用量对化学反响速率有影响，在一定用量范围内，随着用量增加，反响时间是是缩短，反响速率加快；但催化剂的用量增加到一定值后，反响时间是是和反响速率不再改变，故B项错误。

答案B
12.右图是研究催化剂对过氧化氢分解反响速率影响的实验装置图。

某学生研究小
组在50mL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参加锥形
瓶中(内中已有适量催化剂)，记录各时间是是段搜集到的氧气的体积。

实验一：以二氧化锰作催化剂，进展以下四组实验。

第1组：粉末状的二氧化锰0.2g＋5mL6%H2O2
第2组：粉末状的二氧化锰0.2g＋3mL10%H2O2
第3组：粉末状的二氧化锰0.1g＋5mL6%H2O2
第4组：颗粒状的二氧化锰0.1g＋5mL6%H2O2
催化剂：MnO2 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5mL6%H2O2)分解反响速率影响进展研究，记录反响的时间是是t 和相应的量筒内的气体体积读数V，用(V2—V1)/t作为反响速率的表达式(单位：mL·s－1)，得到以下实验数据：
催化剂产生气体速率/mL·s－1 催化剂产生气体速率/mL·s－1
(1)写出H2O2分解的反响方程式_________________________________________
(2)实验一的几组数据能说明____________________________________________
(3)实验二的几组数据反映出_____________________________________________
(4)用碰撞理论解释催化剂能增大化学反响速率的原因
____________________________________________________________________。

答案(1)2H2O22H2O＋O2↑(2)第①组和第②组反映出浓度与反响速率的关系第③组和第④组反映出催化剂颗粒大小对反响速率的影响第①组和第③组反映出催化剂的用量与反响速率大小的关系(3)反映出催化剂与反响液的接触面积的大小影响化学反响速率(4)催化剂的使用，降低了一个反响所需的活化能，从而增大了反响体系中活化分子的百分数，使有效碰撞的时机增多，导致反响速率明显加快。

13.某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反响速率的影响。

在常温下按照如下方案完成实验。

(1)催化剂能加快化学反响速率的原因是_____________________________________________________________
____________________________________________________________________。

(2)常温下5%H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为
____________________________________________________________________。

(3)实验①和②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。

为了到达实验目的，你对原实验方案的改进是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。

(4)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间是是变化的关系如下列图。

分析图示可以得出的实验结论是_________________________________________
____________________________________________________________________。

解析参加催化剂可降低反响的活化能，反响速率增大；因过氧化氢显示出弱酸性，因此为部分电离；实验①和②过氧化氢的浓度不同，实验目的是探究浓度对反响速率的影响，但可能因过氧化氢性质稳定，反响速率太慢，现象不明显，可以给不同浓度的过氧化氢提供一样的温度或者者催化剂，进展探究浓度对反响速率的影响。

分析实验③、④、⑤表中的反响物和催化剂结合图像知道，酸碱性环境影响反响速率，对平衡挪动没有影响。

答案(1)降低了反响的活化能(2)H2O2H＋＋HO
(3)探究浓度对反响速率的影响向反响物中参加等量同种催化剂(或者者将盛有反响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挪动无影响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，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝外表颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中枯燥的铁
丝外表仍然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝仍然光亮。

试答复以下问题：
(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________。

能表示其原理的反响方程式为_________________________________。

(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：Fe－2e－===Fe2＋；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)球形枯燥管(或者者无水氯化钙)碱石灰枯燥氧气(3)H2O和O2O2的浓度
15.利用催化剂可使NO和CO发生反响：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)ΔH＜0。

增大催化剂的比外表积可进步化学反响速率。

为了分别验证温度、催化剂的比外表积对化学反响速率的影响规律，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
(mol·L－1) CO初始浓度
(mol·L－1)
催化剂的比外表积
(m2·g－1)
Ⅰ280 ×10－3 ×10－3 82
Ⅱ×10－3 124
Ⅲ350 82
(1)请填全表中的各空格；
(2)实验Ⅰ中，NO的物质的量浓度(c)随时间是是(t)的变化如下列图。

请在给出的坐标图中画出实验Ⅱ、Ⅲ中NO的物质的量浓度(c)随时间是是(t)变化的曲线，并标明各曲线的实验编号。

解析(1)在其他量一样的情况下，才能判断变量对反响速率的影响，要验证温度对速率的影响，催化剂的比外表积、反响物的初始浓度等要一样；同理，要验证催化剂的比外表积对反响速率的影响，温度、反响物的初始浓度要一样。

(2)Ⅰ、Ⅱ的区别是催化剂的比外表积不同，因此Ⅱ的反响速率较快，但催化剂不影响
平衡的挪动。

Ⅰ、Ⅲ的区别是温度变化，温度升高，化学反响速率加快，到达平衡的时间是是缩短，NO转化率降低，故最终Ⅲ中c(NO)较Ⅰ、Ⅱ中c(NO)大。

答案(1)
(2)。