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第6讲：催化剂及性质探究实验
专题一：催化剂的定义
1. 催化剂是指在化学反应中能改变其它物质的反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质（又叫触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。 2. 催化剂具有“一变”和“两不变”的特点。
“一变”：a．改变其他物质的反应速率；
“两不变”：a．在化学反应前后，催化剂本身的质量不变；
b．在化学反应前后，催化剂本身的化学性质不变。
课堂练习
【例1】催化剂在化学反应前后（ ）
A．物理性质和化学性质都不变
B．物理性质、化学性质和质量都不变
C．物理性质、和质量都不变
D．化学性质和质量都不变
【例2】下列对催化剂的描述正确的是（　　）
A．任何化学反应都需要催化剂 B．某些化学反应可以有多种催化剂
C．催化剂在化学反应前后本身的质量发生了变化 D．只有分解反应才需要催化剂
【例3】下列关于催化剂的叙述正确的是（ ）
A. 能加快物质的化学反应速率的是催化剂，减慢化学反应速率的不是催化剂
B. 加入二氧化锰可以使过氧化氢产生更多的氧气
C. 催化剂在催化过程中所有的性质不变
D. 同一个反应可以选用不同的催化剂
【例4】下列有关催化剂的叙述正确的是（ ）
A. 在化学反应里能加快其他物质的化学反应速率，而本身质量和性质在反应前后都没改变的物质叫催 化剂
B. 二氧化锰是一切化学反应的催化剂
C. 在过氧化氢的分解反应前后，二氧化锰的质量和化学性质都没有发生改变
D. 要使过氧化氢分解放出氧气，必须要加入二氧化锰，否则就不能发生反应
【例5】用双氧水制取氧气时，若忘记加二氧化锰，其结果是
A. 不放出氧气 B. 放出氧气速率慢
C. 放出氧气总量会减少 D. 放出的氧气不纯
【例6】在试管中加入少量镁和碘反应时，无明显现象，若向其中滴入几滴水，则迅速反应，且反应前后水的质量和化学性质都有未改变，则上述反应中水是（　　）
A．反应物 B．催化剂 C．生成物 D．不相干的物质
【例7】某课外小组取上述“红色”水，加入适量纳米二氧化钛，进行“污水变纯净水”的趣味实验．纳米二氧化钛是一种新型材料，在可见光下能促使有色物质降解为水和CO2．据此推测，纳米二氧化钛在污水处理中可作（　　）
A．吸附剂 B．絮凝剂 C．消毒剂 D．催化剂
【例8】某容器中有M、N、X三种物质，它们在一定条件下发生下列反应：M+X═G+Q、G+Q═N+X其中可能属于该反应催化剂的物质是（　　）
X B．M C．N D．Q
【例9】 研究表明，氯酸钾在二氧化锰作催化剂并加热的条件下能迅速分解生成氯化钾和氧气。同时还发现许多金属氧化物对氯酸钾的分解都有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示：
温 催 度 化剂℃ 反应程度 氧化镁 氧化铜 氧化铁 氧化铝
开始反应 490 305 470 515
剧烈反应 545 350 490 540
实验室用氯酸钾来制取氧气，如果不用二氧化锰作催化剂，最好选用（ ）
A、氧化铜 B、氧化铝 C、氧化铁 D、氧化镁
【例10】下列关于催化剂的说法正确的是（　　）
A．催化剂不能改变生成物的质量　
B．催化剂只能加快化学反应速率，但本身的性质不变
C．二氧化锰可作任何反应的催化剂　
D．没有催化剂就不能进行化学反应
【例11】 为寻找常温下能加速过氧化氢分解的物质，并通过实验比较它们的效果，设计了下图所示的实验，在四组对比实验中，效果较差的是（ ）
第一组 第二组 第三组 第四组
A. 第一组同时实验，观察比较反应过程中两个气球体积的变化
B. 第二组同时实验，观察比较反应过程中两者产生气泡的快慢
C. 第三组分两次实验，看木条是否能复燃
D. 第四组分两次实验，比较收集一定体积的气体所需要的时间
【例12】将一定质量的甲、乙、丙、丁四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下表，下列说法错误的是（ ）
物质 甲 乙 丙 丁
反应前的质量/g 6．4 4.0 3.2 1.8
反应后的质量/g 5.2 7.2 x 1.8
A．x=2.0 B．甲和乙是反应物
C．该反应是化合反应 D．丁可能是催化剂
【例13】在一个密闭容器中放入W、G、H、P四种物质，在一定条件下发生化学反应，一段时间后，测得有关数据如下表：
物质 W G H P
反应前质量/g 18 1 2 32
反应后质量/g 待测 26 2 12
关于此反应的认识不正确的是（ ）
A．物质H可能是该反应的催化剂 B．该反应一定是化合反应
C．在反应物和生成物中，G、P的质量比为4:5 D．待测值为13
【例14】下列每组对比实验不能达到实验目的是
选项 实验设计 实验目的
实验一 实验二
A 将带火星的木条伸入装有5mL5%的过氧化氢溶液的试管中 将带火星的木条伸入装有少量MnO2和5mL5%的过氧化氢溶液的试管中 探究催化剂对化学反应速率的影响
B 将铁丝放入2mL10%的硫酸铜溶液中 将银丝放入2mL10%的硫酸铜溶液中 探究铁、铜、银三种金属的活动性顺序
C 将5g氯化钠加入20mL20℃的水中 将5g硝酸钾加入20mL10℃的水中 比较两种物质溶解度大小
D 将植物嫩叶浸泡在10mL蒸馏水中 取10mL蒸馏水，通入过量二氧化硫气体，再将植物嫩叶浸泡其中 模拟酸雨的危害
【例15】一定条件下，在一个密闭容器内发生某反应，测得反应过程中各物质的质量如下表所示，下列说法错误的是（ ）
物质 X Y Q W
反应前质量/g 10 10 10 2
反应后质量/g 7 2 21 待测
A. 参加反应的各物质的质量比是7:2
B. 该反应是化合反应，W可能是催化剂
C. X、Y两种物质中所含元素种类一定与Q相同
D. Q物质一定不是单质
专题二：催化剂的性质探究
做题方法;把握变量，控制变量的方法掌握好
【例1】科学探究是奇妙的过程，请你一起参与实验探究，并填写下列空白：
（1）[提出问题]
小慧同学用“双氧水“（过氧化氢溶液）清洗伤口时，不心将过氧化氢溶液滴到水泥地板上，发现有大量气泡产生．小慧联想到自己曾经用二氧化锰做过氧化氢的催化剂，他想，水泥块能否也可做过氧化氢分解的催化剂呢？于是他到附近的工地上取回一些小水泥块，并用蒸馏水浸泡、冲洗、干燥，并进行以下探究．
（2）[猜想]水泥块能做过氧化氢分解的催化剂
[实验验证]
实验步骤 实验现象 实验结论
实验一 木条不复燃 常温下过氧化氢溶液分解速度非常缓慢
实验二 在装有过氧化氢溶液的试管中加入水泥块，然后将带火星的木条伸入试管中 木条复燃
（4）[结论]水泥块能加快过氧化氢的分解速率，故水泥块能做过氧化氢分解的催化剂
（5）[讨论与反思]小清认为：仅凭上述两个实验还不能证明水泥块为过氧化氢的催化剂，他还觉得需要增加一个探究实验，探究：　 　
[实验步骤]①准确称量水泥块的质量； ②完成实验二； ③待反应结束，将实验二试管里的物质进行过滤，洗涤﹣﹣，﹣﹣．④对比反应前后水泥质量
[分析]如果水泥块反应前后质量不变，则说明水泥块可以做过氧化氢的催化剂
（6）但小华认为，要证明小慧的猜想，小清的补充实验还是不足够，还需要再补充一个探究实验：探究　 　．
（7）某学习小组的同学做了该实验后，发现二氧化锰的量不同，反应速率不同．于是进行了进一步的探究．他们做了这样一组实验：每次均用30ml10%的过氧化氢溶液，加入不同质量的二氧化锰，测定各次收集到500ml氧气所用时间，结果如下（其它实验条件均相同）
实验次序 1 2 3 4 5
二氧化锰的质量/g 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
所用时间/s 17 7 4 2 2
根据上述试验数据，他们应该得到的结论是　 　；事实上，有许多因素可能影响到该反应的快慢．请说出你的一个猜想：　 　．
【例2】学习了MnO2对过氧化氢有催化作用的知识后．某同学想：Fe2O3能否起到类似MnO2的催化剂作用呢？于是进行了如下探究．
【猜想】Ⅰ．Fe2O3不是催化剂、也不参与反应，反应前后质量和化学性质不变；
Ⅱ．Fe2O3参与反应产生O2，反应前后质量和化学性质发生了改变；
Ⅲ．Fe2O3是反应的催化剂，反应前后　 　．
【实验】用天平称量m1g Fe2O3，取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，进行图15所示实验：
（1）回答下表中问题：
步骤③的现象 步骤⑥、⑦的结果 步骤⑧的现象 结论
A．　 　；B．带火星的木条复燃． m2　 　m1（填“大于”、小于“或”等于“”） A．溶液中有气泡放出；B．　 　． 猜想ⅠⅡ不成立；猜想Ⅲ成立．
（2）步骤　 　（填序号）的目的是证明Fe2O3能加快过氧化氢溶液分解的速率．
（3）步骤⑧的目的是　 　．
（4）过氧化氢能被Fe2O3催化分解放出氧气的化学方程式为　 　．
【例3】实验室常用过氧化氢溶液和用二氧化锰作催化剂制取氧气．
【提出问题】二氧化锰是催化剂，二氧化锰的用量对反应速率是否有影响？
【设计实验】（1）实验装置如图所示．
（2）实验记录：每次用30mL10%的过氧化氢溶液，采用不同量二氧化锰粉末做催化剂进行实验，测定相关数据记录于下表中：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
MnO2（g） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
待测数据
【分析】（1）写出该反应的符号表达式　　 ．
（2）上述实验应该测定的“待测数据”可能是　　 ．
（3）10次实验“每次用30mL 10%的过氧化氢溶液”的目的是　　 ．
（4）若第2次实验比第3次实验的“待测数据”更　　 （填“大“或“小“），说明催化剂的用量越多，反应越快．
【实验与结果】经多次实验证明，第1次实验至第7次实验中过氧化氢的分解速率依次加快，第7次实验至第10次实验所记录的“待测数据”无明显差异．
【结论】　 　．
【评价与反思】氧化铜是否也能用做过氧化氢溶液制取氧气的催化剂？如何设计实验验证．　 　．
【例4】 “用双氧水和二氧化锰制氧气”的反应方程式为：　 　。 某同学做了该实验后，展开了下列思考与探究：
（1）催化剂MnO2的用量对反应速率有没有影响呢？
他做了这样一组实验：每次均用30mL10%的H2O2溶液，采用不同量MnO2粉末做催化剂，测定各次收集到500mL氧气时所用的时间，结果如下：（其他实验条件均相同）
实验次序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
MnO2粉末用量（克） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
所用时间（秒） 17 8 7 5 4 3 2 2 2 2
请分析表中数据回答：MnO2的用量对反应速率有没有影响呢？如果有，是怎样影响的呢？
答：　 　。
（2）H2O2溶液的溶质质量分数对反应速率有没有影响呢？
他又做了一组实验：每次均取5mL30%的H2O2溶液，然后稀释成不同溶质质量分数的溶液进行实验。记录数据如下：（实验均在20℃室温下进行，其他实验条件也均相同）
实验次序 1 2 3 4 5 6 7 8
H2O2溶液溶质质量分数 1% 3% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
MnO2粉末用量（克） 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
收集到540mL气体时所用时间（秒） 660 220 205 80 25 9 4 3
反应后液体温度（℃） 24 34 39 56 65 67 69 70
请分析表中数据回答：H2O2溶液的溶质质量分数对反应速率有没有影响呢？如果有，是怎样影响的呢？
答：　 　。
由表中数据还可看出，该反应是个 　 反应（填“放热”或“吸热”）。
（3） 还有哪些因素可能影响该反应的速率呢？
请说出你的一个猜想：　 　。
【例5】以下是某研究小组探究影响反应速率部分因素的相关实验数据。
实验序号 H2O2溶液溶质质量分数% H2O2溶液体积/mL 温度℃ MnO2的用量/g 收集氧气的体积/mL 反应所需的时间/s[
① 5 1 20 0．1 4 16.75
② 15 1 20 0．1 4 4.04
③ 30 5 20 0．1 2 49.21
④ 30 5 20 0．5 2 10.76
（1）通过实验①和②对比可知，化学反应速率与 有关；
从实验 和 对比可知，化学反应速率与催化剂的关系是：
。
（2）化学反应的实质是微观粒子相互接触、碰撞的结果，化学反应速率与微观粒子的概率有关。试从微观角度解释“反应物浓度越大，化学反应速率越快”的原因是：
。（2分）
（3）用一定量15%的过氧化氢溶液制氧气，为了减小反应速率，可加适量的水稀释，产生氧气的总重量 （选填“减小”或“不变”或“增大”）。
（4）还有哪些因素可能影响该反应的速度呢
请说出你的一个猜想: 。
【例6】为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响，某同学做了以下实验，请回答
编号 操作 实验现象
① 分别在试管A、B中加入5mL 5% H2O2溶液，各滴入2滴等浓度 FeCl3溶液．待试管中均有适量气泡出现时，将试管A放入盛有5℃左右冷水的烧杯中浸泡；将试管B放入盛有40℃左右热水的烧杯中浸泡． 试管A中不再产生气泡；试管B中产生的气泡量增大．
② 另取两支试管分别加入5mL 5% H2O2溶液和5mL 10% H2O2溶液 试管A、B中均未明显见到有气泡产生．
（1）过氧化氢分解的化学方程式为 ．
（2）实验①的目的是 ．
实验中滴加FeCl3溶液的目的是 ．
（3）实验②未观察到预期的实验现象，为了帮助该同学达到实验目的，你提出的对上述操作的改进意见是 　 ．（用实验中提供的试剂）．
（4）某同学在50mL一定浓度的H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰，放出气体的体积与反应时间的关系如图1所示，则A、B、C三点所表示的瞬时反应速率最慢的是 ．
（5）催化剂是化学反应前后 均未改变的一类化学物质．
（6）对于H2O2分解反应，Cu2+也有一定的催化作用．为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验．请回答相关问题：
①定性分析：如图甲可通过观察 ，定性比较得出结论．有同学提出将FeCl3改为 更为合理，其理由是 ．
②定量分析：用图乙所示装置做对照实验，实验时均以生成40mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略．实验中需要测量的数据是 ．
课后作业
【练1】在一个密闭容器中放入X、Y、Z、W四种物质，在一定条件下发生化学反应，一段时间后，测得有关数据如下表。则关于此反应的认识不正确的是（ ）
物 质 X Y Z W
反应前的质量（g） 2 1 16 16
反应后的质量（g） 17 m 6 11
A．物质Y可能是该反应的催化剂
B．该反应的基本类型为化合反应
C．参加反应的Z与 W的质量比为2︰3
D．反应后容器中Z与Y的质量比为6︰1
【练2】将一定质量的a、b、c、d四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下表所示：
物 质 a b c d
反应前质量（g） 6.4 3.2 4.0 0.5
反应后质量（g） 待测 2.56 7.2 0.5
下列说法中错误的是 （ ）
A. 反应后a物质的质量为3.84g
B. a和b是反应物，d可能是催化剂。
C. c物质中元素的种类，一定与a、b两种物质中元素的种类相同
D. 若物质a与物质b的相对分子质量之比为2：1，则a与b充分反应时的质量之比为2：1
【练3】密闭容器内有M、N、P、Q四种物质，一定条件下反应一段时间后，测得密闭容器内仍然是M、N、P、Q四种物质。反应前和反应一段时间后各物质的质量见下表：
物质 M N P Q
反应前质量（g） 15．8 8．4 31．6 1．6
一段时间后质量（g） 待测 14 21．6 6
下列说法正确的是
A．该反应类型属置换反应 B．物质P一定是化合物
C．反应生成的N与Q的质量比为7：3 D．M肯定为该反应的催化剂
【练4】将一定质量的a、b、c、d四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下，下列说法中错误的是
物 质 a b c d
反应前质量(g) 6.4 3.2 4.0 0.5
反应后质量(g) 待测 2.56 7.2 0.5
物 质 a b c d
反应前质量(g) 6.4 3.2 4.0 0.5
反应后质量(g) 待测 2.56 7.2 0.5
物 质 a b c d
反应前质量(g) 6.4 3.2 4.0 0.5
反应后质量(g) 待测 2.56 7.2 0.5
A.a和b是反应物，d可能是催化剂。
B.反应后a物质的质量为4.64g
C.c物质中元素的种类，一定等于a、b二种物质中元素的种类
D.若a与b的相对分子质量之比为2︰1，则反应中a与b的化学计量数之比为2︰1
【练5】某兴趣小组为探究氧化铁能否做过氧化氢分解的催化剂，进行了如下探究：
【猜想与假设】a．氧化铁可作过氧化氢分解的催化剂；b．氧化铁对过氧化氢分解没有催化作用．
【设计与实验】
序号 操作 记录的现象
① 向试管中加入5mL5%的过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管中 木条不复燃
② 向试管中加入少量氧化铁粉末，将带火星的木条伸入试管中 　 　
③ 将上步反应后试管内的物质过滤，将滤渣加入稀盐酸中 　 　
【结论】氧化铁能做过氧化氢分解的催化剂．
【分析】实验③的目的是　 　．
【评价】小红同学分析后，认为仅凭上述实验还不足以证明氧化铁是过氧化氢分解的催化剂．小红的理由是　 　．经进一步完善实验，确认氧化铁是过氧化氢分解的催化剂．
【反思】氧化铁和二氧化锰均可作过氧化氢的催化剂，设计实验比较这两种物质的催化剂效果时需控制的变量有过氧化氢溶液的浓度、过氧化氢溶液的质量、反应温度及　 　．
【练6】在学完氧气的实验室制法后，老师给某化学兴趣小组的同学布置任务：通过实验证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”．
兴趣小组的同学设计并完成了下表所示的探究实验：
实验操作 实验现象 实验结论或总结
结论 总结
实验一 取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星的木条 有气泡产生，木条不复燃 过氧化氢分解产生氧气，但是反应慢． 二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
实验二 向盛水的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条 没有明显现象 　．
实验三 　 　． 　 　． 二氧化锰能加快过氧化氢的分解
（1）请你帮小组内的同学填写上表中未填完的空格．
（2）在上述的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是　 　．
（3）老师认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她要求同学们补充设计了两个方面的探究实验，最终证明了“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”．
第一方面的实验操作中包含了两次称量，其目的是：　 　．
第二方面的实验是利用“实验三”反应后试管内的剩余物继续实验，其实验是验证　 　
【练7】某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究实验。
一、为探究催化剂的种类对双氧水分解速度的影响，甲设计以下对比实验：
Ⅰ．将3．0g 10%过氧化氢溶液与1．0g MnO2均匀混合
Ⅱ．将x g10% H2O2溶液与1．0g CuO均匀混合
在相同温度下，比较两组实验产生O2的快慢。
（1）为了Ⅰ与Ⅱ中对比x的值应为 。
（2）甲选用下列装置测量产生O2的快慢，正确的是 （填编号）。
二、探究影响双氧水分解速度的某种因素。实验数据记录如下（常温通常指20℃）
实验 温度 药品 氧气体积/ml 反应所需时间/s
① 常 温 5% H2O2 0
常 温 5% H2O2 MnO2 125 20
② 常 温 5% H2O2 MnO2 125 20
热水中 5% H2O2 MnO2 125 18
③ 常 温 5% H2O2 MnO2 125 20
常 温 30% H2O2 MnO2 125 5
（1）通过实验①对比可知，化学反应快慢与 有关。
（2）通过对比实验 可知，反应物浓度大，反应速率快。
（3）除了上述的两个因素能影响化学反应快慢，你认为另一个影响因素是 ，其关系是 。
（4）由上述实验可知温度、浓度、催化剂等都是影响化学反应速率，实验室用过氧化氢制取氧气的最合适的条件是 。

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