赵向军-催化剂对反应速率的影响

催化剂对反应速率的影响

赵向军北京市顺义区第一中学特级教师

2009.04.01【实验2-4】实验装置10mL10%的过氧化氢溶液，用带有余烬的木条检验不复燃。再经漏斗向锥形瓶内加入少量二氧化锰粉末，用带有余烬的木条检验复燃。MnO2【实验现象】实验装置实验方案实验现象

结论

先在一个锥形瓶里加入10mL10%的过氧化氢溶液，观察带有余烬的木条是否复燃。再经漏斗向另一个装有10mL10%过氧化氢溶液的锥形瓶内加入少量MnO2粉末，再观察带有余烬的木条是否复燃加入二氧化锰后快速产生气体使用催化剂能加快反应速率化学方程式2H2O22H2O+O2↑MnO2实验方案实验现象

结论

少量催化剂就能起显著的催化作用；参与反应并在反应前后质量和化学组成不变；1.催化剂一种能改变化学反应速率，而本身质量和组成保持不变的物质。2.特点3.原理改变反应路径，降低活化能。

右图中,蓝线和红线分别表示无催化剂和有催化剂的反应过程中,反应物和生成物的能量与活化能的关系。显然，有催化剂时反应的活化能E2比无催化剂时反应的活化能E1降低了很多。这样使反应体系中含有的活化分子百分数提高，从而使有效碰撞的几率提高，反应速率增大。E1E2【思考】如何改变反应路径，降低活化能？反应进程能量A+B+C[AC]+BAB+C无催化剂有催化剂EE1E2催化作用的能量图

催化剂与反应物生成了不稳定的中间化合物，改变了反应途径，降低了反应的活化能。上图中:红线表示化学反应A+B→AB，所需的活化能为E。第一步反应的活化能为E1，第二步反应的活化能为E2，E1和E2均小于E，而且，通过反应催化剂得以再生。

粉红线表示在催化剂C的参与下，反应按以下两步进行：(1)A+C→AC(2)AC+B→AB+C汽车走盘山公路催化剂使反应分多步进行，降低了反应的活化能，类似于汽车走盘山公路降低坡度而容易翻越高山。汽车穿越隧道催化剂使反应分多步进行，降低了反应的活化能，类似于汽车穿越隧道而更容易翻越高山。【科学探究】通过实验筛选使10%过氧化氢溶液分解的催化剂。第1组木炭和活性炭（非金属单质）

☆如在每升H2O2中加入3μg的胶态铂，即可显著促进H2O2分解成H2O和O2。第2组铜的化合物

硫酸铜晶体硫酸铜溶液6mol/LNaOH溶液第3组铁的化合物

氯化铁溶液6mol/LNaOH溶液第4组银的化合物

2%硝酸银溶液6mol/LNaOH溶液第5组铬的化合物

思考：加三氧化铬后反应剧烈。是三氧化铬跟过氧化氢发生氧化还原反应剧烈，还是三氧化铬对过氧化氢的分解的催化作用更好？请设计实验方案检验。

催化剂：存在少量就能显著改变反应速率而本身组成、质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。【成果交流1】催化剂与催化作用实验结果表明，催化剂参与化学反应，改变了反应机理，降低了反应活化能，增大了活化分子分数，反应速率显著增大。活化能降低使活化分子百分数增加催化原理：催化作用的特点：①只能对可能发生的反应起作用。②通过改变反应途径以缩短反应的时间。同时改变正、逆反应速率。④只有在特定的条件下催化剂才能表现活性。③催化剂有选择性，选择不同的催化剂会有利于不同种产物的生成。不同反应需要不同的催化剂。酶催化：具有高度的催化活性特点：①高效②高选择性③条件温和下页酶的活性一般是非酶催化剂的106～1010倍，与没有催化剂的反应相比，最多可高出1017倍。催化剂在工业生产上有十分广泛的应用，化工生产中85%左右的化学反应需要使用催化剂。国民经济有20%的产值是由催化而来的。催化作用是一种极为普通的现象，金属离子可催化许多氧化还原反应，酸碱可催化许多有机反应。当代化学工业的迅速发展归功于各种催化剂的应用和改良。【成果交流2】催化剂的应用无机化工原料硝酸、硫酸的生产，合成氨，汽油、煤油、柴油的精制，塑料、橡胶以及化纤单体的合成与聚合等等都是随工业催化剂的研制成功才得以推广应用的。

生物体内的催化剂是酶，上千种不同的酶控制着生物体内各种生物化学反应的正常进行，所以催化作用对国民经济、生理活动等都具有重大意义。

2008年1月9日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛向获得2007年度国家最高科学技术奖的中国科学院院士、中国工程院院士闵恩泽颁奖。

闵恩泽:为中国制造了催化剂上世纪60年代,闵恩泽为中国自主开发了微球硅铝裂化催化剂,打破了国外技术封锁.他为我国炼油催化剂制造技术奠定了基础.近年来,闽恩泽进入绿色化学的研究领域,把催化剂科学及时扩张到了应用于生物资源的加工利用。在国家需要的时候,他站出来.燃烧自己,照亮能源产业.把创新当成快乐,把混沌变得清澈,他为中国制造了催化剂.点石成金,引领变化,永不失活,她就是中国科学的催化剂。1909年W.奥斯特瓦尔德（德国人）提出催化剂概念从事催化作用、化学平衡以及反应速度的研究1912年P.萨巴蒂（法国人）

使用细金属粉末作催化剂，发明了一种制取氢化不饱和烃的有效方法

1929年A.哈登（英国），冯·奥伊勒–歇尔平（瑞典）阐明了糖发酵过程和酶的催化作用1963年K.齐格勒（德国）、G.纳塔（意大利）发现了利用新型催化剂进行聚合的方法，并从事这方面的基础研究1967年R.G.W.诺里会、G.波特（英国）M.艾根（德国）发明了测定快速化学反应的技术1997年P.B.博耶（美国）、J.E.沃克尔（英国）、J.C.斯科（丹麦）发现人体细胞内负责储藏转移能量的离子传输酶2001年威廉·诺尔斯、巴里·夏普莱斯(美国)、野依良治(日本)在“手性催化氢化反应”领域取得成就2005年法国化学家伊夫·肖万、美国化学家罗伯特·格拉布和理查德·施罗克解释了烯烃复分解反应是如何进行的，并制造出效果优良的催化剂。【成果交流3】催化剂与诺贝尔化学奖二十世纪世界最重要的发明——合成氨

催化剂的发展改变了人的生活，举一个例子：1904～1913年，德国化学家哈伯发明了合成氨技术。哈伯试验了几千种催化剂，最后选出一种催化剂，由于它的转化率