催化剂通过提供活化能较低的另一条途径来加快反应,而且不会被用完。它不改变生成产物的总量。这三点正是满分答案通常包含的内容。
本课属于反应速率单元,接在粉末与块状之后,并用最简单的方式引入活化能的概念。
什么是活化能?
活化能是碰撞的粒子要发生反应所需的最低能量。能量低于这个值的碰撞会弹开,不发生反应。
催化剂提供一条所需能量较低的不同途径。能量要求降低后,更大比例的碰撞成为有效碰撞,所以即使温度和浓度不变,速率也会上升。
催化剂改变什么,不改变什么?
| 量 | 催化剂会改变吗? |
|---|---|
| 反应速率 | 会,速率上升 |
| 活化能 | 会,另一条途径的数值较低 |
| 产物的量(不可逆反应的最终产量) | 不会 |
| 反应结束时催化剂的质量 | 不会,可以回收(物理形态可能改变) |
| 配平的方程式 | 不会,催化剂不写成反应物 |
催化剂可以参与中间的步骤,但到最后会再生。这就是同一小份催化剂可以重复使用的原因。
例题
以下是编造数据。过氧化氢分解的方程式是:
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
一项学校水平的比较实验(只能在有监督的实验室里进行),用两份样品,每份含 0.0200 mol 过氧化氢。一份加入固体催化剂,另一份不加。
**步骤 1,用比例。**H₂O₂ : O₂ 是 2 : 1,所以生成的氧气 = 0.0200 ÷ 2 = 0.0100 mol。
**步骤 2,换算成体积。**在室温室压下,0.0100 × 24 = 0.24 dm³ = 240 cm³。
**步骤 3,比较两个结果。**加催化剂的样品更快达到 240 cm³。没加的样品最终也会达到 240 cm³。
**步骤 4,检查催化剂。**编造的测量:催化剂在过滤、洗涤、烘干后,质量反应前是 0.50 g,反应后仍是 0.50 g。它没有被用完。
步骤 5,写出解释。“催化剂提供活化能较低的另一条途径,所以每秒有更多碰撞是有效的,速率上升。同样多的过氧化氢产生同样体积的氧气。”
要注意哪个错误?
错误答案:“催化剂被用完了,所以反应变慢并停下来。”
反应变慢是因为反应物在被消耗,而不是催化剂。如果催化剂被消耗,它最后的质量会变小。催化剂可能会被覆盖或结块,物理形态也可能改变,但在化学上是一样的。
另一个错误是说催化剂“给粒子更多能量”。粒子的能量没变,是那条途径所需的能量更低。
自我检测
1. 说出上面例子中催化剂没有改变的两件事。
查看答案
以下任意两项:氧气的最终体积(240 cm³)、所需的过氧化氢的量、催化剂的化学性质和质量。
2. 0.0400 mol 过氧化氢无论有没有催化剂都完全分解。在室温室压下(每摩尔 24 dm³),生成多少体积的氧气?
查看答案
O₂ = 0.0400 ÷ 2 = 0.0200 mol。体积 = 0.0200 × 24 = 0.480 dm³ = 480 cm³。
3. 改正这句话:“催化剂是一种很快被用完的反应物。”
查看答案
“催化剂不是反应物,也不会被用完。它通过活化能较低的途径加快反应,到最后在化学上没有改变。”
接下来学什么?
现在把到目前为止的所有想法结合起来,见判断数据集中的公平比较。用摩尔与方程式比例辅导工具核对气体体积,并用方程式配平推理训练器确认方程式。
如果你想用真实题目检查自己写的催化剂说法,我们的老师可以在线上一对一化学补习中帮你做到。