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速率的影響教學(xué)案蘇教版選修6.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速率的影響教學(xué)案蘇教版選修6 　【學(xué)考報告】 知識條目 加試要求 ①不同的催化劑對同一反應(yīng)的催化效果 ②變量控制在實驗研究中的應(yīng)用 c c 一、催化劑與反應(yīng)活化能 分子或離子間的碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的先決條件，但不是每次碰撞都會引發(fā)反應(yīng)。能夠引起反應(yīng)的分子(或離子)間的相互碰撞叫做有效碰撞，能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化分子具有較高的能量，因此活化分子所占分?jǐn)?shù)的大小決定反應(yīng)速率的快慢?；罨肿拥钠骄芰颗c所有分子的平均能量的差稱為活化能。 (催化劑降低反應(yīng)活化能的示意圖) 催化劑能使反應(yīng)的活化能降低(如圖Ea、E′a分別代表有、無催化劑時正反應(yīng)的活化能)，使得具有平均能量的反應(yīng)物分子只要吸收較少的能量就能變成活化分子，活化分子所占分?jǐn)?shù)增大，可以成千上萬倍地加快反應(yīng)速率。例如，二氧化硫氧化為三氧化硫，使用催化劑的速率是不使用催化劑的速率的一億六千萬倍。 二、過氧化氫分解的影響因素 1．影響過氧化氫分解的因素有溶液的酸堿性、光、熱及遇到大多數(shù)金屬氧化物。 2．分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2O22H2↑＋O2↑。 3．催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 一般選用MnO2作催化劑，其用量以及顆粒直徑大小均會影響H2O2分解的速率。通過觀察比較H2O2溶液中逸出氣泡的快慢程度，或測定單位時間內(nèi)H2O2分解放出的O2的體積判斷H2O2分解速率的大小。 圖示為： ↓ ↓ ↓ ↓ 思考：保存H2O2溶液時要注意什么問題？ 提示　雙氧水是穩(wěn)定性較差的試劑，保存雙氧水時要考慮的因素較多。如從催化分解這個角度考慮，因為很多物質(zhì)會催化分解雙氧水，如雙氧水中不能混入金屬氧化物等。另外，從安全角度考慮，易分解產(chǎn)生氣體的試劑不宜放在密封的玻璃瓶中，雙氧水通常盛放在干凈的聚乙烯塑料瓶中。  點撥一、理解催化劑概念 1．催化劑雖然在反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化，但它卻參與了化學(xué)變化過程。在參與反應(yīng)的過程中其化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量均發(fā)生改變，即反應(yīng)過程中必有催化劑參與的反應(yīng)，又有使催化劑生成的反應(yīng)。 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)到平衡時的時間，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。 3．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。 4．催化劑一般具有選擇性，不同的催化劑針對不同的化學(xué)反應(yīng)。同一反應(yīng)選用不同的催化劑，其催化效果往往不相同。 5．某種催化劑有一定的活化溫度范圍，在這個溫度范圍內(nèi)該催化劑的催化活性最高。 點撥二、實驗注意事項 1．為了便于比較，實驗時應(yīng)在同一地點、使用同一裝置完成。 2．實驗裝置中，分液漏斗可改用安全漏斗，以防在滴加雙氧水時，由于反應(yīng)較快，導(dǎo)致瓶內(nèi)壓強迅速增大而致使液體不能順利滴下。 3．由于實驗中使用H2O2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間產(chǎn)生的氣體的量。可改為收集等量氣體所需的時間。例如，不使用量筒，改為記錄集滿一試管氣體所需的時間。 [典例剖析] 某資料顯示，能使雙氧水分解的催化劑有很多種，生物催化劑(如豬肝)、離子型催化劑(如FeCl3)和固體催化劑(如MnO2)等都是較好的催化劑。某實驗小組通過測定雙氧水分解產(chǎn)生的O2的壓強，探究分解過氧化氫的最佳催化劑以及探究最佳催化劑合適的催化條件。 (一)探究一： 實驗步驟：(1)往錐形瓶中加入50 mL、1.5%的雙氧水。(2)分別往錐形瓶中加0.3 g不同的催化劑粉末，立即塞上橡皮塞。(3)采集和記錄數(shù)據(jù)。 (4)整理數(shù)據(jù)得出下表： 不同催化劑“壓強對時間的斜率”的比較 催化劑 豬肝 馬鈴薯 氯化銅 氯化鐵 氧化銅 二氧化錳 壓強對時 間的斜率 0.19 187 0.00 242 0.00 793 0.0 305 0.01 547 1.8 336 ①該“探究一”實驗的名稱是___________________________________。 ②該實驗所得出的結(jié)論是_________________________________________ ______________________________________________________________。 (二)探究二：二氧化錳催化的最佳催化條件 該實驗小組的同學(xué)在進(jìn)行探究二的實驗時，得到了一系列的圖表和數(shù)據(jù)。參看下圖和表格分別回答相關(guān)問題。 3%的雙氧水與不同用量二氧化錳的壓力—時間圖 表：不同濃度的雙氧水在不同用量的二氧化錳作用下收集相同狀況下同體積O2所需時間 分析圖、表中數(shù)據(jù)我們可以得出： ③同濃度的雙氧水的分解速率隨著二氧化錳用量的增加而________。 ④如果從實驗結(jié)果和節(jié)省藥品的角度綜合分析，你認(rèn)為當(dāng)我們選用3.0%的雙氧水，加入________g的二氧化錳能使實驗效果最佳。 ⑤該小組的某同學(xué)通過分析數(shù)據(jù)得出了當(dāng)催化劑用量相同時雙氧水的濃度越小反應(yīng)速率越快的結(jié)論，你認(rèn)為是否正確？________。你的理由是_____________________________________________________________ _____________________________________________________________。 解析　(一)由題給信息可知，本實驗是通過測定雙氧水分解產(chǎn)生的O2的壓強，探究分解過氧化氫的最佳催化劑以及探究最佳催化劑合適的催化條件。(二)由表格可知，同濃度的雙氧水分解隨二氧化錳的用量時間縮短，說明速率加快。3%雙氧水分解用0.3 g二氧化錳和0.5 g二氧化錳時間差不多，從節(jié)省藥品角度選用0.3 g二氧化錳。 答案　(一)①探究使雙氧水分解的最佳催化劑　②不同催化劑對雙氧水分解的催化作用不同，其催化效果最好的是二氧化錳，其次是豬肝(只要答出相應(yīng)的觀點就給分) (二))(2)③加快 ?、?.3　⑤不正確　因為同體積的雙氧水濃度越小所含溶質(zhì)越少，這是影響分解速率的主要因素。另外從表中數(shù)據(jù)看出，同體積3.0%的雙氧水中的溶質(zhì)含量是1.5%的二倍，但反應(yīng)的時間卻比其反應(yīng)時間的二倍小得多，因而通過比較可以得出，此實驗條件下雙氧水的濃度越大分解速率越快 [跟蹤訓(xùn)練] 某化學(xué)實驗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)行了如下實驗： 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。 回答下列問題： ①完成上面的空白。 ②上述實驗步驟中需要使用玻璃棒的是________(填實驗序號)。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)計用下圖裝置進(jìn)行實驗，實驗時均以生成25 mL氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實驗的因素均已控制，相關(guān)數(shù)據(jù)見下表： 實驗序號 KClO3質(zhì)量 其他物質(zhì)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 回答下列問題： ①上述實驗中的“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在實驗(5)中是否起催化作用，需補做如下實驗(無需寫出具體操作)：a.________，b.驗證CuO的化學(xué)性質(zhì)沒有改變。 解析　本題是根據(jù)實驗試題要求，對實驗設(shè)計方案的考查。Ⅰ.(1)研缽；(2)要蒸發(fā)溶液用蒸發(fā)皿；(3)用到玻璃棒的有：(1)是加速溶解；(2)是引流轉(zhuǎn)移；(3)過濾、洗滌是引流。 Ⅱ.根據(jù)題意，④實驗要得出結(jié)果，必須測定生成25 mL氣體所用的時間來確定誰的催化效果好。⑤根據(jù)測得的時間可得出MnO2的催化效果好。⑥根據(jù)催化劑的特點，質(zhì)量不變，速率加快，所以確定a.測定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氣體所用的時間　 ②MnO2　③驗證CuO的質(zhì)量沒有改變