趙向軍-催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響

催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響

趙向軍北京市順義區(qū)第一中學(xué)特級(jí)教師

2009.04.01【實(shí)驗(yàn)2-4】實(shí)驗(yàn)裝置10mL10%的過氧化氫溶液，用帶有余燼的木條檢驗(yàn)不復(fù)燃。再經(jīng)漏斗向錐形瓶?jī)?nèi)加入少量二氧化錳粉末，用帶有余燼的木條檢驗(yàn)復(fù)燃。MnO2【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

結(jié)論

先在一個(gè)錐形瓶里加入10mL10%的過氧化氫溶液，觀察帶有余燼的木條是否復(fù)燃。再經(jīng)漏斗向另一個(gè)裝有10mL10%過氧化氫溶液的錐形瓶?jī)?nèi)加入少量MnO2粉末，再觀察帶有余燼的木條是否復(fù)燃加入二氧化錳后快速產(chǎn)生氣體使用催化劑能加快反應(yīng)速率化學(xué)方程式2H2O22H2O+O2↑MnO2實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

結(jié)論

少量催化劑就能起顯著的催化作用；參與反應(yīng)并在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)組成不變；1.催化劑一種能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身質(zhì)量和組成保持不變的物質(zhì)。2.特點(diǎn)3.原理改變反應(yīng)路徑，降低活化能。

右圖中,藍(lán)線和紅線分別表示無催化劑和有催化劑的反應(yīng)過程中,反應(yīng)物和生成物的能量與活化能的關(guān)系。顯然，有催化劑時(shí)反應(yīng)的活化能E2比無催化劑時(shí)反應(yīng)的活化能E1降低了很多。這樣使反應(yīng)體系中含有的活化分子百分?jǐn)?shù)提高，從而使有效碰撞的幾率提高，反應(yīng)速率增大。E1E2【思考】如何改變反應(yīng)路徑，降低活化能？反應(yīng)進(jìn)程能量A+B+C[AC]+BAB+C無催化劑有催化劑EE1E2催化作用的能量圖

催化劑與反應(yīng)物生成了不穩(wěn)定的中間化合物，改變了反應(yīng)途徑，降低了反應(yīng)的活化能。上圖中:紅線表示化學(xué)反應(yīng)A+B→AB，所需的活化能為E。第一步反應(yīng)的活化能為E1，第二步反應(yīng)的活化能為E2，E1和E2均小于E，而且，通過反應(yīng)催化劑得以再生。

粉紅線表示在催化劑C的參與下，反應(yīng)按以下兩步進(jìn)行：(1)A+C→AC(2)AC+B→AB+C汽車走盤山公路催化劑使反應(yīng)分多步進(jìn)行，降低了反應(yīng)的活化能，類似于汽車走盤山公路降低坡度而容易翻越高山。汽車穿越隧道催化劑使反應(yīng)分多步進(jìn)行，降低了反應(yīng)的活化能，類似于汽車穿越隧道而更容易翻越高山。【科學(xué)探究】通過實(shí)驗(yàn)篩選使10%過氧化氫溶液分解的催化劑。第1組木炭和活性炭（非金屬單質(zhì)）

☆如在每升H2O2中加入3μg的膠態(tài)鉑，即可顯著促進(jìn)H2O2分解成H2O和O2。第2組銅的化合物

硫酸銅晶體硫酸銅溶液6mol/LNaOH溶液第3組鐵的化合物

氯化鐵溶液6mol/LNaOH溶液第4組銀的化合物

2%硝酸銀溶液6mol/LNaOH溶液第5組鉻的化合物

思考：加三氧化鉻后反應(yīng)劇烈。是三氧化鉻跟過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)劇烈，還是三氧化鉻對(duì)過氧化氫的分解的催化作用更好？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)。

催化劑：存在少量就能顯著改變反應(yīng)速率而本身組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。【成果交流1】催化劑與催化作用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑參與化學(xué)反應(yīng)，改變了反應(yīng)機(jī)理，降低了反應(yīng)活化能，增大了活化分子分?jǐn)?shù)，反應(yīng)速率顯著增大?；罨芙档褪够罨肿影俜?jǐn)?shù)增加催化原理：催化作用的特點(diǎn)：①只能對(duì)可能發(fā)生的反應(yīng)起作用。②通過改變反應(yīng)途徑以縮短反應(yīng)的時(shí)間。同時(shí)改變正、逆反應(yīng)速率。④只有在特定的條件下催化劑才能表現(xiàn)活性。③催化劑有選擇性，選擇不同的催化劑會(huì)有利于不同種產(chǎn)物的生成。不同反應(yīng)需要不同的催化劑。酶催化：具有高度的催化活性特點(diǎn)：①高效②高選擇性③條件溫和下頁酶的活性一般是非酶催化劑的106～1010倍，與沒有催化劑的反應(yīng)相比，最多可高出1017倍。催化劑在工業(yè)生產(chǎn)上有十分廣泛的應(yīng)用，化工生產(chǎn)中85%左右的化學(xué)反應(yīng)需要使用催化劑。國民經(jīng)濟(jì)有20%的產(chǎn)值是由催化而來的。催化作用是一種極為普通的現(xiàn)象，金屬離子可催化許多氧化還原反應(yīng)，酸堿可催化許多有機(jī)反應(yīng)。當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展歸功于各種催化劑的應(yīng)用和改良?！境晒涣?】催化劑的應(yīng)用無機(jī)化工原料硝酸、硫酸的生產(chǎn)，合成氨，汽油、煤油、柴油的精制，塑料、橡膠以及化纖單體的合成與聚合等等都是隨工業(yè)催化劑的研制成功才得以推廣應(yīng)用的。

生物體內(nèi)的催化劑是酶，上千種不同的酶控制著生物體內(nèi)各種生物化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行，所以催化作用對(duì)國民經(jīng)濟(jì)、生理活動(dòng)等都具有重大意義。

2008年1月9日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤向獲得2007年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的中國科學(xué)院院士、中國工程院院士閔恩澤頒獎(jiǎng)。

閔恩澤:為中國制造了催化劑上世紀(jì)60年代,閔恩澤為中國自主開發(fā)了微球硅鋁裂化催化劑,打破了國外技術(shù)封鎖.他為我國煉油催化劑制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ).近年來,閩恩澤進(jìn)入綠色化學(xué)的研究領(lǐng)域,把催化劑科學(xué)及時(shí)擴(kuò)張到了應(yīng)用于生物資源的加工利用。在國家需要的時(shí)候,他站出來.燃燒自己,照亮能源產(chǎn)業(yè).把創(chuàng)新當(dāng)成快樂,把混沌變得清澈,他為中國制造了催化劑.點(diǎn)石成金,引領(lǐng)變化,永不失活,她就是中國科學(xué)的催化劑。1909年W.奧斯特瓦爾德（德國人）提出催化劑概念從事催化作用、化學(xué)平衡以及反應(yīng)速度的研究1912年P(guān).薩巴蒂（法國人）

使用細(xì)金屬粉末作催化劑，發(fā)明了一種制取氫化不飽和烴的有效方法

1929年A.哈登（英國），馮·奧伊勒–歇爾平（瑞典）闡明了糖發(fā)酵過程和酶的催化作用1963年K.齊格勒（德國）、G.納塔（意大利）發(fā)現(xiàn)了利用新型催化劑進(jìn)行聚合的方法，并從事這方面的基礎(chǔ)研究1967年R.G.W.諾里會(huì)、G.波特（英國）M.艾根（德國）發(fā)明了測(cè)定快速化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)1997年P(guān).B.博耶（美國）、J.E.沃克爾（英國）、J.C.斯科（丹麥）發(fā)現(xiàn)人體細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)儲(chǔ)藏轉(zhuǎn)移能量的離子傳輸酶2001年威廉·諾爾斯、巴里·夏普萊斯(美國)、野依良治(日本)在“手性催化氫化反應(yīng)”領(lǐng)域取得成就2005年法國化學(xué)家伊夫·肖萬、美國化學(xué)家羅伯特·格拉布和理查德·施羅克解釋了烯烴復(fù)分解反應(yīng)是如何進(jìn)行的，并制造出效果優(yōu)良的催化劑?！境晒涣?】催化劑與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)二十世紀(jì)世界最重要的發(fā)明——合成氨

催化劑的發(fā)展改變了人的生活，舉一個(gè)例子：1904～1913年，德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了合成氨技術(shù)。哈伯試驗(yàn)了幾千種催化劑，最后選出一種催化劑，由于它的轉(zhuǎn)化率