中学化学中的催化剂.doc

中学化学中的催化剂陕西省神木县第六中学 冯胜民 719300催化剂在中学化学中经常出现，而且种类较多，涉及的化学反应也很多，很多同学在解决有关催化剂问题是往往表现出概念不清，分类不清，使用混淆等诸多问题。因此，有必要对中学化学中的催化剂做一个较为全面的总结。一、 催化剂的概念所谓催化剂指的是在化学反应中能改变化学反应的速率，而自身的质量和化学性质在反应前后不变的物质，催化剂所起的作用称为催化作用。催化剂从催化作用上可分为正催化剂和负催化剂。正催化剂指能加快化学反应速率的催化剂，负催化剂指能减慢化学反应速率的催化剂。负催化剂的研究意义远不及正催化剂，中学化学中也不涉及。因此，如没有特别说明，一般说的催化剂都指的是正催化剂。二、 催化剂的催化原理由于催化剂在化学反应前后其质量和化学性质不变，因此有的同学认为催化剂不参加化学反应，实际上，催化剂正式由于参加了化学反应才改变了化学反应进行的速率，这可从其 催化原理上看出：设催化剂M可加速反应：ABAB其速率K1较小其催化的过程为：AMAM其速率K2 较大 AMBABM其速率K3较大反应得ABMABM即得：ABAB其速率K4比K1要大的多。所以，催化剂实际上参加了化学反应，虽然其质量和化学性质并没有改变，但常有物理状态上的改变。如实验室制O2用MnO2来催化KClO3的分解，反应后MnO2会由原来的颗粒状变为粉末状。工业上NH3的催化氧化用的是铂网，使用一段时间后表面就会变得很粗糙。三、 催化剂的特点1、 能够强烈的改变化学反应的速率。某些催化剂具有很高的活性，能够大大加快化学反应速率。例如，HI在500K分解时，加入某种Au的化合物作催化剂时，化学反应速率会增大约一千万倍。2、 参加化学反应，但其质量和化学性质在反应前后不变，仅仅有物理状态上的变化。3、 对可逆反应而言，若某物质对正反应是催化剂，则对逆反应也是催化剂，且催化效果相同，即该催化剂能同等程度地改变正逆反应的速率。所以催化剂可加快可逆反应达到化学平衡状态的时间，却不能改变化学平衡状态。4、 催化剂有特殊的选择性。某一类的反应只能用某些催化剂。如催化KClO3 和H2O2分解用的MnO2，对NH3和SO2的催化氧化却不起任何作用。又如C2H5OH在使用不同的催化剂时会得到不同的产品。在473523K时用金属Cu或Ag做催化剂时得到CH3CHO和H2，H2再被O2氧化得到H2O，在623633K时用Al2O3做催化剂时得到CH2CH2和H2O；在673723K时，使用ZnO或Cr2CO3做催化剂时得到1,3丁二烯等。5、 被催化的反应的反应速率和催化剂的浓度成正比，对固体催化剂而言，单独增加其用量远不及设法增加其与反应物的接触面所起的效果好。如实验室制O2应尽可能将KClO3 和MnO2研成细粉，并充分混合以得到更好的效果。又如工业上催化氧化NH3时要把金属铂制成铂网以增加和NH3、O2的接触面积。6、 催化剂的催化效果与温度有关，同一催化剂在不同温度下的催化效果相差是很大的。工业生产中涉及到有催化剂的可逆反应时，温度的选择首先考虑的就是催化剂活性最大时的温度。如工业合成氨的温度选700K就是因为该温度时催化剂铁触媒的活性最大。7、 某些杂质，即使少量也可强烈的影响催化剂的活性，使其失去催化作用，这称为催化剂中毒。如工业制H2SO4过程中，SO2在接触氧化之前一定要经过净化，除去其中的砷、硒化合物及矿尘等，它们都会使催化剂V2O5中毒。四、 中学化学中有催化剂参加的反应1、 无机反应MnO2CuO2KClO3 2KCl+3O2（试验中如无MnO2可用CuO代替）MnO22H2O2 2H2O+O2铁触媒高温高压高压N2+3H2 2NH3Pt4NH3+5O2 4NO+6H2OCl臭氧层的破坏主要是由于氟利昂CCl2F2收太阳紫外线照射分解出的卤素原子催化了O3的分解：2O3 3O2H2O3I2 +2Al 2AlI3该反应在通常情况很难进行，滴加12滴水后迅速反应，反应放出的热量会使未反应的I2升华成紫色的蒸气，通常称该反应为“滴水生烟”，此外将Al粉换成Mg、Zn、Fe、Cu，亦可进行。2、 有机反应有机反应往往进行的较慢，且常伴有副反应发生，因此常要加热，加催化剂等外界条件，而催化剂使用较多的有酸类（浓H2SO4、稀H2SO4等）和金属类。（1） 浓H2SO4作催化剂主要是包括醇类的脱水、酯化反应、硝化反应、纤维素的水解等。CH3CH2OH CH2CH2 + H2O2CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2OCH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O +HNO3 + H2O + 3HNO3 + 3H2OH2SO4(C6H10O5)n (纤维素) + nH2O n C6H12O6(葡萄糖) （2） 稀H2SO4作催化剂主要是一些水解反应，如酯类水解、糖类水解，实际上脂类和糖类的水解，只需无机酸即可，但一般不选用易挥发的HCl，及易挥发、易分解、具有强氧化性的HNO3。H2SO4CH3COOCH2CH3 + H2O CH3COOH + CH3CH2OHC12H22O11(蔗糖) + H2O C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6(果糖)C12H22O11(麦芽糖) + H2O 2C6H12O6(葡萄糖)(C6H10O5)n (淀粉) + nH2O n C6H12O6(葡萄糖)值得注意的是很多同学认为酯类水解加碱也可起催化作用，实际上碱不是催化剂，加入碱会中和水解产生的酸，使水解平衡正向移动并趋于完全。（3） 金属催化剂 主要包括不饱和结构与H2的加成，醇的催化氧化，苯的卤代反应。NiHgCl2CH2CH2 +H2 CH3CH3NiHgCl2CHCH +H2 CH3CH3 NiHgCl2 + 3H2 FeHgCl2 + Br2 + HBrCuAgHgCl22CH3CH2OH + O2 2CH3CHO + 2H2OCu的催化原理是： 2Cu + O2 2 CuO CH3CH2OH + CuO CH3CHO + H2O + Cu（4） 酶酶作为催化剂主要在动物体内新陈代谢中起作用，其主要特点有三个：条件温和，不需加热，具有高度专一性，具有高效催化作用。酒化酶HgCl2C6H12O6 2CH3CH