催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响1.ppt

课题2 催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 课题学习目标1 通过比较不同的催化剂对过氧化氢分解速率的影响的差异 从中认识到催化剂的种类 用量等的选择对实验效果的影响 2 认识实验方法的选择及反应条件的控制在实验研究中的重要作用 加深对化学反应条件控制的重要性的认识 3 尝试用比较法来寻找实验的最佳方案 通过实验提高处理实验数据和分析实验结果的能力 一 催化剂1 定义 在化学反应中能化学反应速率 本身化学性质和质量保持不变的物质 注意 1 催化剂的物理性质可能改变 催化剂可能参与中间反应 注意 2 催化剂能改变化学反应速率 但是它不能改变反应进行的方向 也不能使那些不可能发生的化学反应得以发生 写出 乙醇在铜催化条件下催化氧化的反应过程是 2Cu O2 加热 2CuOCH3CH2OH CuO 改变 注意 3 对于可逆反应 催化剂能同等程度地改变正 逆反应速率 缩短达到平衡的时间 不能使化学平衡发生移动 由此可见 某些催化剂参与化学反应的特点是 先消后生 但仅仅是改变始态到终态的途径 不改变反应的结果 2 如何选择合适的催化剂 催化剂 过渡金属元素及其化合物 硫酸工业 V2O5氨的催化氧化 Pt合成氨 Fe 铁触媒 氯酸钾分解制氧气 MnO2 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 能够发生有效碰撞的分子叫做 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了反应速率的快慢 活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差称为 有效碰撞 活化分子 活化能 3 为什么使用催化剂一般可以加快化学反应速率 催化剂能使反应的活化能 如图分别代表有 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 可以成千上万倍地增大反应速率 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 降低 列举为了减缓化学反应速率而使用的催化剂 橡胶制品中的防老化剂 食品中的防腐剂 该反应是热反应 有催化剂的曲线中出现两个峰的意义是 放 催化剂参与反应 可能是两步完成的反应 双氧水 金属氧化物 思考1 如何判断H2O2分解速率的大小 思考2 你认为保存H2O2时要注意些什么 双氧水稳定性较差 易分解 所以双氧水中不能混入金属氧化物 各种脏东西 应保存在棕色的试剂瓶或聚乙烯塑料瓶中 且放置在阴凉处 另外 因工业品中含较多的金属离子杂质 应加入稳定剂来抑制其催化分解 可以通过观察比较H2O2溶液中放出气泡的快慢程度 或测定单位时间内H2O2分解放出的O2的体积或测定收集等量的气体所需的时间 思考3 在H2O2分解实验过程中是否可以使用任意质量和形状的催化剂 催化剂的用量以及颗粒直径大小均会影响H2O2分解的速率 所以实验过程中不能使用任意质量和形状的催化剂 通过比较不同的催化剂对过氧化氢分解速率的影响的差异 从中认识到催化剂的种类 用量及其性状的选择对实验效果的影响 同时通过对实验现象的观察 对比和分析 加深对化学反应条件控制的重要性的认识 一 实验目的 不同催化剂作用下H2O2分解反应现象 定性实验 分别取一定量的MnO2 CuO Fe2O3 土豆等催化剂置于试管中 分别加入3ml10 H2O2溶液 定性观察反应的现象 剧烈冒气泡 放出大量的热有白烟 均匀冒气泡 反应较缓和 溶液呈淡蓝色有声响 反应较剧烈 放出大量的热 溶液呈棕黄色 均匀冒气泡 反应较缓和 溶液颜色不变 2H2O2 2H2O O2 1 首先从反应原理分析 2 考虑实验设计依据 1 确定判断依据 单位时间内氧气产生的体积 3 排除干扰因素 控制好与实验相关的各项反应条件 2 设计反应实验装置 测定单位时间氧气产生的体积 3 设计实验方案 4 实验操作与现象 数据 记录 5 现象分析与数据处理 二 实验步骤 3 设计实验方案 1 装置设计 X 种类 FeCl3MnO2CuO自选催化剂用量 0 1gMnO20 1gFeCl30 1gCuO性状 粉末状块状 实验操作要点及主要实验现象 课题方案设计 1 同一催化剂不同的状态对化学反应速率的影响 采用MnO2作催化剂 用类比的方法进行实验 用粉末状和颗粒状两种 且采取不振荡和振荡二种形式 催化剂的用量均取0 1g 2 用不同的催化剂对化学反应速率的影响 采用CuO 活性炭 FeCl3 KI等作H2O2分解的催化剂 各物质的用量均取0 1g 3 实验装置可按教材P49图4 4所示组装 实验时 在50ml量筒中盛满水 倒置于水槽中 通过分液漏斗把5ml6 H2O2溶液加入锥形瓶中 记录各时间段收集到的氧气的体积 实验一 以0 1g不同状态MnO2作催化剂进行对比实验 实验结论 1 同一催化剂在不同颗粒状态下催化效率不同 2 同一催化剂在不同接触面积条件下催化效率不同 实验二 以0 1g不同物质作催化剂进行对比实验 实验二结论 1 实验所选择的MnO2 CuO 活性炭 FeCl3 KI均能催化双氧水分解 在同一条件下 MnO2的催化效率最好 2 影响双氧水分解的催化剂不止一种 可通过实验去探究 3 不同催化剂对同一化学反应催化效率不同 补充说明 1 该实验均在同一地点 使用同一装置完成 实验所用均为6 的H2O2和质量均为0 1g的固体催化剂 实验时室温为8 对H2O2分解有点偏低 2 按照教材所讲 还可用CuO Fe2O3等作H2O2分解的催化剂 但若在6 的双氧水中 CuO Fe2O3的催化效果不明显 如按教材课题实施 不能收集到氧气 3 如改用15 的双氧水进行实验 能看到CuO Fe2O3 有明显的催化作用 但收集量较少 实验还不是很成功 4 如再改变实验条件 在微热条件下 明显观察到CuO Fe2O3对H2O2有较好的催化作用 故本实验在室温较低条件下不宜选用CuO Fe2O3作催化剂来完成教材实验 实验注意事项 2 实验装置中 分液漏斗应改用安全漏斗 恒压漏斗 以防在滴加双氧水 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 实验中仪器要求 由于教材中使用H2O2仅为5ml 催化剂也均称取0 1g 故锥形瓶最好用容积较小的 如100ml锥形瓶 以免引起误差过大 也便于催化剂和H2O2充分接触 1 为了便于比较 实验时应在同一地点 使用同一装置完成 练习 1 下列说法正确的是 双选 A 增大反应物浓度 可增大单位体积内活化分子的百分数 从而使有效碰撞次数增大B 有气体参加的化学反应 若增大压强 即缩小反应容器的体积 可增加活化分子的百分数 从而使反应速率增大C 升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数D 催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数 从而成千成万倍地增大反应速率 CD 2 下列有关H2O2的说法正确的是 A 在无催化剂时 不会分解成水和氧气B 过氧化氢和水一样无色无味 对皮肤无害C Fe3 和过氧化氢酶都能加速过氧化氢的分解反应D 在有催化剂存在时 H2O2分解反应向正反应方向移动 C 3 某金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解 且A和二氧化锰的最佳催化温度均在500 左右 于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验 实验时均以收集500mL氧气为准 2 完成此研究后 他们准备写一篇研究报告 请你替他们拟一个研究报告的题目 收集满500mL所需的时间 1 上述实验中的待测数据应是 探究A和MnO2催化氯酸钾分解性能的比较 4 下面是某研究小组研究不同催化剂对H2O2分解反应的催化效果时所得结果 1 从表可以得出 活性炭FeCl3和MnO2 粉末状 几种催化剂中 催化效率由大到小的顺序是 等质量的固体催化剂 颗粒大小对催化剂效率有何影响 粉末状MnO2FeCl3 活性炭 颗粒越小 接触面积越大 催化效果最好 3 对FeCl3的催化作用 有人认为是Fe3 起催化作用 有人认为是Cl 起催化作用 请你设计一个实验进行验证 2 实验发现 新鲜的动物肝脏对H2O2的分解也有显著的催化作用 但当往溶液中加入盐酸 或给溶液加热时 就会失去催化能力 合理的解释是 盐酸或者加热使动物肝脏中的过氧化氢酶失去了活性 往盛有H2O2的试管中滴加几滴盐酸 或其他含氯离子的溶液 如果分解速度加快 说明起催化作用的是氯离子 反之 起催化作用的是Fe3 其他合理答案也可 练习5 氧化铜是一种黑色固体 可溶于稀硫酸 某同学想知道是稀硫酸的哪种粒子 H2O H SO42 能使氧化铜溶解 请你和他一起通过如图 和 三个实验完成这次探究活动 1 某同学提出的假设是 2 通过实验 可以证明 3 要证明另外两种粒子能否溶解氧化铜 还需要进行实验 和 在 中加入稀硫酸后氧化铜溶解 则进一步所做的确认为 在 中先加入 再加入 4 探究结果为 你认为除实验 和 所用的试剂外 还能溶解氧化铜的一种常见物质是 H2O H SO42 中的某一种粒子能够使CuO溶解 水不能使氧化铜溶解 而是另外的H SO42 两种粒子中的一种粒子使CuO溶解 Na2SO4 或K2SO4等 稀硫酸 氧化铜固体溶于稀H2SO4是稀硫酸H 在起作用 而H2O SO42 两种粒子都不能使CuO溶解 硝酸或盐酸等 6 为比较FeCl3和CuSO4两种盐对H2O2分解的催化效果 他们分成甲 乙两组 分别设计了如图1 图2所示的实验并进行了实验 设两种盐溶液的浓度等条件相同 1 指出仪器名称 AB 2 写出该反应的化学方程式 3 图1可通过观察来定性比较得出结论 有同学提出将药品CuSO4改为CuCl2更为合理 其理由是 你认为还可以作何改进 4 检查图2装置气密性的方法是 填 打开 或 关闭 仪器A的活塞 将注射器活塞拉出一定距离 一段时间后松开活塞 观察到活塞又回到了原位 则说明装置气密性良好 该组同学利用图二所示实验需测量的数据是 分液漏斗 锥形瓶 反应产生气泡快慢 是控制阴离子相同 排除阴离子的干扰 将FeCl3改为Fe2 SO4 3 关闭 一定时间内收集到的气体体积 A 一定时间内收集到的气体体积B 收集一定体积的气体所需双氧水的质量 A 7 已知某重金属化合物能催化H2O2的分解 氨气和氧气的混合气体在一定的组成范围内点燃时能剧烈燃烧而发生爆炸 下图是氨的催化氧化的实验装置 试管中加入适量浓氨水并滴入2ml5 AgNO3溶液 B为胶头滴管 预先吸有25 的H2O2溶液 A是一只气球 C为一段废温度计的玻璃柱 内有很细的小孔 能让气体限量通过 D中装有铂石棉催化剂 点燃酒精灯一段时间后 将B中的H2O2溶液慢慢地滴入试管 试管中产生大量气体使气球鼓起 不久 锥形瓶内出现红棕色气体 回答下列问题 1 浓氨水中滴AgNO3溶液 无明显的沉淀现象 生成的含银的阳离子是 2 试管中产生的气体是 写出有关反应的化学方程式 3 D中发生反应的化学方程式 4 C的作用是 5 本实验还可以用其他药品 例如在试管中加 胶头滴管预先吸入 6 此实验装置的缺点是缺少装置 C D Ag NH3 2 O2 NH3 2H2O2 2H2O O2 Ag NH 3OH 4NH3 5O2 4NO 6H2O Pt 限流 阻燃防爆 Na2O2 浓氨水 尾气吸收 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 制取氧化铜 称取2gCuSO4 5H2O在 填仪器 中研细后倒入烧杯 加10mL蒸馏水溶解 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 将步骤 所得混合物过滤 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 中洗涤沉淀的操作是 研钵 蒸发皿 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 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 设计用如图装置进行实验 实验时均以生成25mL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 回答下列问题 1 上述实验中的 待测数据 指 2 若 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 生成25mL气体所用的时间 MnO2 验证CuO的质量没有改变 影响化学反应速率的客观因素有许多 如温度 浓度 催化剂 表面积等 因此探究客观条件与化学反应速率关系的实验设计及改进也就有许许多多 某同学设计如下实验证明MnO2在H2O2的分解反应过程中起催化作用 请结合所学知识回答下列问题 1 第 步操作后 可能会有什么现象 解释其原因 2 为什么要将二氧化锰制成团状 且尽可能靠近瓶壁 3 第 步操作有什么意义 能不能省略 4 H2O2溶液用量太多或太少能不能达到实验目的 广口瓶B中的水被压出 形成红色的喷泉 MnO2催化了H2O2的分解反应 产生大量O2 使装置内部气体压强增大 B中的水被压出 避免MnO2与H2O2溶液接触 起对照实验的作用 证明在H2O2的分解过程中MnO2的催化作用 不能省略 H2O2用量太多 反应剧烈 产生大量气体 可能会把塞子冲出 H2O2用量太少 产生O2的量过少 装置内气体压强小 不能产生喷泉现象 变式训练某同学在做过氧化氢分解的实验时 不小心将过氧化氢溶液滴到地面的红砖上 发现有大量的气泡产生 聪明的她立即想到 红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂呢 于是她立即查阅资料 设计实验方案进行探究 提出问题 红砖粉能不能作过氧化氢分解的催化剂 猜想 1 红砖粉能够作过氧化氢分解的催化剂 2 红砖粉不能作过氧化氢分解的催化剂 证明猜想 1 该同学直接将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中 发现木条不复燃 说明 2 她将装有过氧化氢溶液的试管微微加热 发现有 产生 再将带火星的木条伸入试管 发现木条复燃 说明 3 她在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量的红砖粉 再将带火星的木条伸入试管中 可观