華振

在化學(xué)反應(yīng)中，有些化學(xué)反應(yīng)常需要催化劑的幫助才能進(jìn)行，那么在中學(xué)化學(xué)中常用的催化劑有哪些？ 催化劑在化學(xué)反應(yīng)中究竟起到哪些作用和特點(diǎn)呢？下面就一起來(lái)探討這兩個(gè)問(wèn)題.

一、常用的催化劑

二、弄清催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用與特點(diǎn)

1. 催化劑在化學(xué)反應(yīng)中有沒(méi)有變化？

催化劑在化學(xué)反應(yīng)中是要發(fā)生變化的，只不過(guò)在變化前后，其組成、性質(zhì)及質(zhì)量沒(méi)有發(fā)生變化而已.例如，用KClO3制取O2的過(guò)程中，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為

在這個(gè)反應(yīng)的過(guò)程中，作為催化劑的MnO2在反應(yīng)前后，其質(zhì)量及性質(zhì)都沒(méi)有發(fā)生任何變化.

2. 催化劑與阻化劑在改變化學(xué)反應(yīng)速率上有何不同？

催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)的速率，而阻化劑則只能降低化學(xué)反應(yīng)的速率.

3. 在可逆反應(yīng)中，催化劑是否改變平衡狀態(tài)？

催化劑在改變可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率上是相同的，即可同等程度地增大或減小正、逆反應(yīng)的速率.由此可知，催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，而對(duì)化學(xué)平衡是沒(méi)有任何影響的.

4. 只要能改變化學(xué)反應(yīng)速率的物質(zhì)都是催化劑嗎？

不一定.例如，鹵代烴不溶或微溶于水，水解很慢，并且是一個(gè)可逆反應(yīng)，通常加入強(qiáng)堿溶液與鹵代烴共熱，水解反應(yīng)速率加快，可是堿與水解所得氫鹵酸反應(yīng)生成了鹽，因此強(qiáng)堿并不是水解反應(yīng)的催化劑.

5. 催化劑的催化作用與溫度有沒(méi)有關(guān)系？

對(duì)于有些催化劑有溫度要求，溫度必須限制在一定的范圍內(nèi)時(shí)才能起到催化作用.例如，在SO2轉(zhuǎn)化為SO3的過(guò)程中，使用氧化鐵作為催化劑時(shí)，溫度就應(yīng)達(dá)到640℃以上，催化劑才具有活性.

6. 對(duì)于同一反應(yīng)只有一種催化劑可用嗎？

不一定.例如，在SO2轉(zhuǎn)化為SO3的過(guò)程中，就有三種催化劑可供選擇使用，它們是鉑催化劑、氧化鐵催化劑和釩催化劑.

注意：除了催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)的速率外，可以改變化學(xué)反應(yīng)速率的因素有很多，例如：通過(guò)加熱、降溫、增減濃度、增減壓強(qiáng)、光照及反應(yīng)介質(zhì)等均可使反應(yīng)速率發(fā)生改變.

7. 同一種催化劑只能對(duì)某一特定反應(yīng)起催化作用嗎？

不一定.如硫酸就能對(duì)多個(gè)反應(yīng)起催化作用.例如：

再如：利用氯酸鉀和雙氧水制取氧氣，二氧化錳均可用作催化劑.

8. 同一化學(xué)反應(yīng)可以有幾種不同的催化劑嗎？

可以.例如用KClO3制取氧氣，不光可以用二氧化錳作催化劑，也可以用氧化鐵、氧化銅等作為催化劑.不過(guò)，

要注意的是，催化劑通常具有專一性，多數(shù)情況下都是一對(duì)一的.但是一個(gè)反應(yīng)可以使用多種不同催化劑的例子也比較多，只是要看哪中催化劑的效果更好而已.再例如，某反應(yīng)需要三價(jià)鐵離子作為催化劑，催化劑的種類可以使氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵等.

三、考題分析

例 （2016浙江卷）催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問(wèn)題的重要手段之一.研究表明，在Cu/ZnO催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO.反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下

某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1∶2.2，在相同壓強(qiáng)下，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

請(qǐng)回答（不考慮溫度對(duì)△H的影響）：

（1） 反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K=___；反應(yīng)Ⅱ的△H2=___kJ·mol-1.

（2） 有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___.

A. 使用催化劑Gat.1

B. 使用催化劑Gat.1

C. 降低反應(yīng)溫度

D. 投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E. 增大CO2和H2的初始投料比

（3） 表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是____.

（4） 在圖1中分別畫(huà)出反應(yīng)I在無(wú)催化劑、有Gat.1和有Gat.2三種情況下“反應(yīng)過(guò)程——能量”示意圖.

（5） 研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在___極，該電極反應(yīng)式是____.

解析 （1） 反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為：

反應(yīng)CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）的ΔH2=H2標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱-CO標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱+ΔH3=-285.8 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1+ 44 kJ·mol-1=+41.2 kJ·mol-1.

故兩空應(yīng)分別填：

c（CH3OH）·c（H2O）c（CO2）·c3（H2） 41.2.

（2） 使用催化劑對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)沒(méi)有影響；降低溫度平衡正向移動(dòng)，有利于提高CO2的轉(zhuǎn)化率；增加反應(yīng)物濃度平衡正向移動(dòng)，也有利于提高CO2的轉(zhuǎn)化率；增大CO2與H2的初始投料比，能提高H2的轉(zhuǎn)化率，CO2的轉(zhuǎn)化率降低.故應(yīng)選C、D.

（3） 表1中數(shù)據(jù)表明反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，由于不同的催化劑對(duì)反應(yīng)I的催化能力不同，因而在該時(shí)刻不對(duì)甲醇的選擇性有影響.

（4） 綜合表中CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性數(shù)據(jù)可知，Gat.2的催化效率比Gat.1的高，故Gat.2能更好地降低反應(yīng)I的活化能.示意圖如圖2所示.圖2

（5） CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH是還原反應(yīng)，所以在陰極上反應(yīng)，相應(yīng)的電極反應(yīng)式為