课题二 催化剂对过氧化氢分解速率的影响 【学考报告】知识条目加试要求①不同的催化剂对同一反应的催化效果②变量控制在实验研究中的应用cc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Ea、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2H2O22H2O＋O2↑3.催化剂对化学反应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，或测定单位时间内H2O2分解放出的O2的体积判断H2O2分解速率的大小。
图示为：↓↓↓↓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”的比较催化剂猪肝马铃薯氯化铜氯化铁氧化铜二氧化锰压强对时间的斜率0.19 1870.00 2420.00 7930.0 3050.01 5471.8 336①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，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或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 ④0.3 ⑤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 CuSO45H2O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)所得混合物溶解、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，相关数据见下表实验序号KClO3质量其他物质质量待测数据(4)1.2 g无其他物质(5)1.2 gCuO 0.5 g(6)1.2 gMnO2 0.5 g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 ②MnO2 ③验证CuO的质量没有改变(时间：45分钟)1.下列关于催化剂的说法，正确的是( )A.催化剂能使不起反应的物质发生反应B.催化剂在化学反应前后，化学性质和质量都不变C.催化剂不能改变化学反应速率D.任何化学反应都需要催化剂答案 B2.能够增加反应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 A3.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，刚加入硫酸，反应缓慢，随后突然反应释放出大量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使反应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，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应加快，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 C4.某反应过程中能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是( )A.该反应为放热反应B.催化剂改变了化学反应的热效应C.催化剂不改变化学反应过程D.催化剂改变了化学反应速率解析 A项，反应物总能量低于生成物总能量应为吸热反应催化剂降低反应所需活化能，改变反应过程，改变化学反应速率，但不改变热效应，所以D正确答案 D5.使用催化剂能加快反应速率的主要原因是( )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.增加反应活化能解析 使用催化剂，降低反应活化能，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，使反应速率加快。
答案 C6.汽车尾气在光照下分解时，即开始光化学烟雾的循环，它的形成过程可用下列化学方程式表示：NO2===NO＋O，2NO＋O2===2NO2，O2＋O===O3，下列有关叙述不正确的是( )A.此过程中，NO2是催化剂B.在此过程中，NO是中间产物C.此过程的总反应方程式为2O3===3O2D.光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍解析 NO2在反应前后质量和化学性质均没发生变化，只是加快了O2变成O3的反应速率，因此NO2是O2变。