催化剂的重新认识（17张ppt）
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(共17张PPT)
奉化中学 赵俊
催化剂，让我再多看你一眼！
2Cu + O2 = 2CuO
△
CuO + CH3CH2OH → Cu + CH3CHO + H2O
△
Cu
△
2CH3CH2OH +O2 2CH3CHO + 2H2O
第一步：
第二步：
催化剂
中间产物
中间产物
催化剂
催化剂：改变反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后没有发生改变。
（参与反应!）
（17-4-31）
1. 已知：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4 = 2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O
Clˉ存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高，并产生微量氯气。该过程可能经两步反应完成，将其补充完整：①__________________________________(用离子方程式表示)，
②H2O2＋Cl2 = 2Clˉ＋O2＋2H+。
2ClO3- + 2Cl- + 4H+ = 2ClO2 + Cl2 + 2H2O
为什么催化剂参与反应就能加快反应速率？
过渡态理论
实验表明，催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率的。如图所示，没有催化剂参与的反应，活化能较大，则反应速率较小；而又催化剂参与的反应，活化能较小，则反应速率越大！
为探究MnO2的量对H2O2分解催化效果的影响，乙同学分别量取加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的，测量所得气体体积，数据如表：
你的发现：
在一定质量范围内，质量越大，反应速率越快
扩散 吸附 活化反应 脱附 扩散
0.4g
发现1:
发现2：
同种等质量的固体催化剂，颗粒越小催化效果越好
同一反应，可以使用不同的催化剂
不同催化剂，催化效率不同
催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
某实验控制CO2和H2初始投料比为1 : 2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:
[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒，Cat.2:Cu/ZnO 纳米片；
甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比。
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
问题1：543K时，Cat.1对反应I、II催化效果相同吗？如果不同，对哪个
反应催化效果更好？为什么？
问题2：543K时，Cat.2对反应I、II催化效果相同吗？如果不同，对哪个
反应催化效果更好？为什么？
问题3：工业生产中想要得到更多的目标产物CH3OH，选哪一种催化剂？
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题4：在右图中分别画出反应I在无催化剂、
有Cat.1和由Cat.2三种情况下
“反应过程～能量”示意图。
问题5：表中CO2 的转化率数据指的是平衡转化率还是非平衡转化率？
问题6：在543K时，其他条件相同时，使用
Cat.1和Cat.2，在图中画出反应开始
至达到化学平衡状态时CH3OH的产
率与时间关系曲线
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题7：在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用Cat.1和Cat.2催化时的转化率与温度的、关系如图所示
（1）a、b、c、d、e点是否到达平衡状态？
（2）在图中描绘出CO2的平衡转化率随温度变化的曲线
（3）c点后CO2转化率降低的原因可能有哪些？
（4）e点转化率出现突变的原因可能是什么？
含碳物质（或其他物质）在催化剂孔中沉积，造成孔径减小，使反应物分子不能扩散进入孔中
由高温引起的催化剂结构和性能的变化。
杂质吸附在活性中心上，与活性中心作用，变成别的物质
扩散 吸附 活化反应 脱附 扩散
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题8：有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有____________
A. 使用催化剂Cat.1 B. 使用催化剂Cat.2
C. 降低反应温度 D. 投料比不变，增加反应物的浓度
E. 增大CO2和H2的初始投料比
C D
问题9：既然催化剂不能提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，为什么工业生产中
却要使用催化剂呢？
【试一试】1. 用水吸收NOX的相关热化学方程式如下：
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线
如图所示，在50~250℃范围内随着温度的升高，
NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是
________________________________________；
当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________。
迅速上升是催化剂活性随温度升高与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大
催化剂活性下降
【试一试2】
B. 催化剂M在温度高于500℃催化活性降低
√
A. c曲线的最高点一定到达平衡状态
×
C. 甲醇的选择性越高，产率就越高
×
D. 要提高CO转化为CH3OH的平衡转化率使用催化剂Q最佳
×
E. 催化剂可以降低反应的活化能和焓变
×
奉化中学 赵俊
催化剂，让我再多看你一眼！
2Cu + O2 = 2CuO
△
CuO + CH3CH2OH → Cu + CH3CHO + H2O
△
Cu
△
2CH3CH2OH +O2 2CH3CHO + 2H2O
第一步：
第二步：
催化剂
中间产物
中间产物
催化剂
催化剂：改变反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后没有发生改变。
（参与反应!）
（17-4-31）
1. 已知：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4 = 2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O
Clˉ存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高，并产生微量氯气。该过程可能经两步反应完成，将其补充完整：①__________________________________(用离子方程式表示)，
②H2O2＋Cl2 = 2Clˉ＋O2＋2H+。
2ClO3- + 2Cl- + 4H+ = 2ClO2 + Cl2 + 2H2O
为什么催化剂参与反应就能加快反应速率？
过渡态理论
实验表明，催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率的。如图所示，没有催化剂参与的反应，活化能较大，则反应速率较小；而又催化剂参与的反应，活化能较小，则反应速率越大！
为探究MnO2的量对H2O2分解催化效果的影响，乙同学分别量取加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的，测量所得气体体积，数据如表：
你的发现：
在一定质量范围内，质量越大，反应速率越快
扩散 吸附 活化反应 脱附 扩散
0.4g
发现1:
发现2：
同种等质量的固体催化剂，颗粒越小催化效果越好
同一反应，可以使用不同的催化剂
不同催化剂，催化效率不同
催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
某实验控制CO2和H2初始投料比为1 : 2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:
[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒，Cat.2:Cu/ZnO 纳米片；
甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比。
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
问题1：543K时，Cat.1对反应I、II催化效果相同吗？如果不同，对哪个
反应催化效果更好？为什么？
问题2：543K时，Cat.2对反应I、II催化效果相同吗？如果不同，对哪个
反应催化效果更好？为什么？
问题3：工业生产中想要得到更多的目标产物CH3OH，选哪一种催化剂？
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题4：在右图中分别画出反应I在无催化剂、
有Cat.1和由Cat.2三种情况下
“反应过程～能量”示意图。
问题5：表中CO2 的转化率数据指的是平衡转化率还是非平衡转化率？
问题6：在543K时，其他条件相同时，使用
Cat.1和Cat.2，在图中画出反应开始
至达到化学平衡状态时CH3OH的产
率与时间关系曲线
T (K) 催化剂 CO2转化率（％） 甲醇选择性（％）
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 12.0 71.6
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题7：在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用Cat.1和Cat.2催化时的转化率与温度的、关系如图所示
（1）a、b、c、d、e点是否到达平衡状态？
（2）在图中描绘出CO2的平衡转化率随温度变化的曲线
（3）c点后CO2转化率降低的原因可能有哪些？
（4）e点转化率出现突变的原因可能是什么？
含碳物质（或其他物质）在催化剂孔中沉积，造成孔径减小，使反应物分子不能扩散进入孔中
由高温引起的催化剂结构和性能的变化。
杂质吸附在活性中心上，与活性中心作用，变成别的物质
扩散 吸附 活化反应 脱附 扩散
I. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 = -53.7 kJ·mol-1
II.CO2(g)+H2(g) CO(g)+ H2O(g) ΔH2 = + 41.2 kJ·mol-1
问题8：有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有____________
A. 使用催化剂Cat.1 B. 使用催化剂Cat.2
C. 降低反应温度 D. 投料比不变，增加反应物的浓度
E. 增大CO2和H2的初始投料比
C D
问题9：既然催化剂不能提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，为什么工业生产中
却要使用催化剂呢？
【试一试】1. 用水吸收NOX的相关热化学方程式如下：
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线
如图所示，在50~250℃范围内随着温度的升高，
NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是
________________________________________；
当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________。
迅速上升是催化剂活性随温度升高与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大
催化剂活性下降
【试一试2】
B. 催化剂M在温度高于500℃催化活性降低
√
A. c曲线的最高点一定到达平衡状态
×
C. 甲醇的选择性越高，产率就越高
×
D. 要提高CO转化为CH3OH的平衡转化率使用催化剂Q最佳
×
E. 催化剂可以降低反应的活化能和焓变
×
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