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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。 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。 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： ⑴A﹢B→AB 其速率K1较小 其催化的过程为： ⑵A﹢M→AM 其速率K2 较大 ⑶AM﹢B→AB﹢M 其速率K3较大 反应⑵﹢⑶得 ⑷A﹢B﹢M→AB﹢M 即得：A﹢B→AB 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。 催化剂的特点 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。 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。 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。 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473~523K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623~633K时用Al2O3做催化剂时得到CH2＝CH2和H2O；在673~723K时，使用ZnO或Cr2CO3做催化剂时得到1,3—丁二烯等。 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。 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。 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。 中学化学中有催化剂参加的反应 无机反应 MnO2 MnO2∕CuO △ 2KClO3 2KCl+3O2↑ （试验中如无MnO2可用CuO代替） MnO2 MnO2 2H2O2 2H2O+O2↑ 铁触媒高温 铁触媒 高温高压高压 N2+3H2 2NH3 Pt△ Pt △ 4NH3+5O2 4NO+6H2O Cl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： Cl 2O3 3O2 H2 H2O 3I2 +2Al 2AlI3 该反应在通常情况很难进行，滴加1~2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。 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。 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 C