2019-2020年高中化學(xué)專題四化學(xué)反應(yīng)條件的控制課題2催化劑對過氧化氫分解反應(yīng)速率的影響學(xué)案蘇教版選修.doc

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2019-2020年高中化學(xué)專題四化學(xué)反應(yīng)條件的控制課題2催化劑對過氧化氫分解反應(yīng)速率的影響學(xué)案蘇教版選修 一、H2O2分解實(shí)驗(yàn)的注意事項(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，分液漏斗可改用恒壓分液漏斗，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溶液僅為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。 4．教材方案是記錄單位時(shí)間產(chǎn)生的氣體的量?？筛臑橛涗浭占攘繗怏w所需的時(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。 【例1】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。 (1)在粉末狀的二氧化錳上滴加適量水制成團(tuán)狀固體。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。在燒瓶A中放入少量團(tuán)狀的MnO2，并盡可能靠近瓶側(cè)壁。廣口瓶B中加入約容積的水(滴加幾滴紅墨水以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果)。 (3)將燒瓶A中裝有MnO2的一側(cè)稍墊高一些，然后打開分液漏斗的活塞使H2O2溶液流入燒瓶A中，接著關(guān)閉活塞。 (4)將燒瓶A放平，使H2O2溶液與MnO2接觸。 請結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題。 ①第(4)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？ ________________________________________________________________________。 ③第(3)步操作有什么意義？能不能省略？ ________________________________________________________________________。 ④H2O2溶液用量太多或太少能不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? ________________________________________________________________________。 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。 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 ④H2O2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 1－1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。 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，說明______________________________________________________。 (2)他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)他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__________________________________________________________。 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？________，若不能，還需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是________________________________________。 二、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)。 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。 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)。 【例2】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)： Ⅰ．制取氧化銅 (1)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。 (2)向上述CuSO4溶液中逐滴加入NaOH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Ｖ辜訜帷? (3)將步驟(2)所得混合物過濾、洗滌、晾干后研細(xì)備用。 請回答下列問題。 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(3)中洗滌沉淀的操作是__________。 Ⅱ．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)用下圖裝置進(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) (4) 1.2 g 無其他物質(zhì) (5) 1.2 g CuO 0.5 g (6) 1.2 g MnO2 0.5 g 請回答下列問題。 ①上述實(shí)驗(yàn)中的“待測數(shù)據(jù)”指________。 ②若(5)(6)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。 解析：本題是根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要求，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的考查。 Ⅱ．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，速率增大，所以a應(yīng)該是驗(yàn)證CuO的質(zhì)量是否改變。 答案：Ⅰ．(1)研缽　(2)蒸發(fā)皿　(3)②(1)(2)(3)　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1～2次。 (Ⅱ)①生成25 mL氣體所用的時(shí)間?、贛nO2　③驗(yàn)證CuO的質(zhì)量沒有改變 2－1大約有85%的化學(xué)反應(yīng)需要用催化劑，催化劑的研究是21世紀(jì)化學(xué)研究的重要課題之一。 Ⅰ．某中學(xué)化學(xué)小組查閱資料發(fā)現(xiàn)金屬氧化物A也能催化氯酸鉀的分解，且A和二氧化錳的最佳催化溫度均在500 ℃左右。于是對A和二氧化錳的催化性能進(jìn)行了定量對照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以集滿500 mL氧氣為準(zhǔn)(其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均可忽略)。 用MnO2作催化劑 實(shí)驗(yàn)序號 KClO3的 質(zhì)量/g MnO2的 質(zhì)量/g 反應(yīng)溫 度/℃ 待測數(shù)據(jù) 1 8.0 2.0 500 2 8.0 2.0 500 用A作催化劑 實(shí)驗(yàn)序號 KClO3的 質(zhì)量/g A的 質(zhì)量/g 反應(yīng)溫 度/℃ 待測數(shù)據(jù) 1 8.0 2.0 500 2 8.0 2.0 500 試回答以下問題： 上述實(shí)驗(yàn)中的待測數(shù)據(jù)應(yīng)是________________________________________________ ________________________________________________________________________； 完成此研究后，他們準(zhǔn)備發(fā)表一篇研究報(bào)告，請你替他們擬一個(gè)報(bào)告的題目：________________________________________________________________________。 Ⅱ．已知下列化學(xué)反應(yīng)：5H2O2＋2KMnO4＋3H2SO4===K2SO4＋5O2↑＋2MnSO4＋8H2O。某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在敞口容器中，當(dāng)H2O2與酸化的KMnO4溶液混合時(shí)，開始放出氧氣的速率很慢，一段時(shí)間后產(chǎn)生氧氣的速率很快，經(jīng)過測定發(fā)現(xiàn)溶液中溫度變化不大，學(xué)生百思不得其解，向老師詢問，老師認(rèn)為影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素有濃度、溫度、壓強(qiáng)和催化劑，現(xiàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度在逐漸降低，敞口容器的壓強(qiáng)不受影響，反應(yīng)的溫度變化不大，則可能的影響因素是催化劑。在老師的提示下學(xué)生又做了三個(gè)對比實(shí)驗(yàn)如下： (1)空白實(shí)驗(yàn) (2)起始時(shí)加入少量K2SO4固體 (3)起始時(shí)加入少量MnSO4固體 (4)起始時(shí)加入少量水 結(jié)果發(fā)現(xiàn)(1)(2)起始反應(yīng)速率差不多，(4)的起始反應(yīng)速率比(1)(2)慢，(3)的起始反應(yīng)速率很快。請解釋實(shí)驗(yàn)(Ⅱ)中反應(yīng)速率變化的原因是______________________________________ ________________________________________________________________________。 2－2飄塵是物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的粒狀漂浮物，顆粒很小，不易沉降，它與空氣中SO2、O2接觸時(shí)，SO2會部分轉(zhuǎn)化為SO3，使空氣的酸度增加，飄塵所起的作用可能是(　　) ①氧化劑　②還原劑?、鄞呋瘎、芪絼? A．①②　　　　　　B．① C．①③　　　　　　D．③④ 2－3某溫度下，在一容積可變的密閉容器里，反應(yīng)2A(g)B(g)＋2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4 mol、2 mol、4 mol。在保持溫度和壓強(qiáng)不變的條件下，下列說法正確的是(　　) A．充入1 mol稀有氣體氦(He)，平衡將不發(fā)生移動 B．充入A、B、C各1 mol，平衡將向正反應(yīng)方向移動 C．將A、B、C各物質(zhì)的物質(zhì)的量都減半，C的百分含量不變 D．加入催化劑，正、逆反應(yīng)速率均加快，平衡向逆反應(yīng)方向移動 答案： 【互動課堂】 觸類旁通 1－1　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。所以，通過上述實(shí)驗(yàn)不能得出“紅磚粉是過氧化氫溶液分解的催化劑”的結(jié)論，那么還需補(bǔ)充以下兩個(gè)探究步驟：(1)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；(2)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。 答案：(1)H2O2常溫下不易分解 (2)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　①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，②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。 2－1　解析：Ⅰ．相同條件下，催化劑的性能主要體現(xiàn)在對化學(xué)反應(yīng)速率的影響方面，因此在實(shí)驗(yàn)過程中需測集滿500 mL氧氣所用的時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)主要從定量的角度對不同催化劑的催化效果進(jìn)行對比分析研究。Ⅱ．反應(yīng)開始慢，后來快，說明生成的產(chǎn)物對反應(yīng)起了催化作用，由題給信息知，起催化作用的產(chǎn)物為MnSO4。 答案：Ⅰ．相同條件下集滿500 mL氧氣所用的時(shí)間　不同催化劑的催化效果對照研究 Ⅱ．反應(yīng)生成的MnSO4對此反應(yīng)起催化作用，故反應(yīng)速率先慢后快 2－2　D　解析：SO2不易被氧化成SO3，而在與飄塵接觸時(shí)，SO2可轉(zhuǎn)化為SO3，由此可推得飄塵的作用是催化劑和吸附劑。 2－3　C　解析：等溫等壓條件下，A項(xiàng)導(dǎo)致平衡體系壓強(qiáng)減小，所以平衡向逆反應(yīng)方向移動；B項(xiàng)相當(dāng)于先充入A、B、C分別為1 mol、0.5 mol、1 mol平衡不移動，然后再加入0.5 mol B，導(dǎo)致平衡向逆反應(yīng)方向移動；C項(xiàng)和原平衡的比例關(guān)系一致，是等效平衡；D項(xiàng)平衡不動。