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4. 催化剂

化学反应速率及其影响因素 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 能改变化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后均不变的物质。

从哪来 本节为高二化学第1讲起点,图谱未记录前置知识点。

为什么 催化剂通过提供一条活化能($E_a$)更低的反应路径来加速反应。根据阿伦尼乌斯方程 $k = A e^{-E_a/RT}$,活化能降低使得有效碰撞频率显著增加,从而加快反应速率。由于催化剂参与中间过程但最终被再生,故其质量和化学性质在宏观上保持不变。

类比法
将反应比作翻越一座高山(活化能壁垒)。普通反应是硬爬陡坡,很费力(慢);催化剂就像修了一条盘山公路或隧道,虽然路程可能变长,但坡度变缓(活化能降低),车(分子)更容易开过去(反应快)。
适合:形象思维强、对抽象能量概念感到困难的学生。
微观机理法
以 $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2$ 为例,展示 $MnO_2$ 如何先与 $H_2O_2$ 反应生成中间产物,中间产物再分解并释放出 $MnO_2$。强调“参与反应”但“最终复原”的过程,打破“催化剂不参与反应”的误区。
适合:逻辑严密、喜欢探究反应机理、擅长化学方程式推导的学生。
能量曲线法
绘制反应进程-能量图。对比有催化剂和无催化剂的两条曲线,指出催化剂只降低过渡态能量(活化能),不改变反应物和生成物的总能量(即不改变 $\Delta H$)。
适合:数学基础好、擅长通过图像分析物理量关系的学生。
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练一道
基础题
在 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$ 反应中,加入 $V_2O_5$ 作催化剂。下列说法正确的是( ) A. 平衡常数 $K$ 增大 B. 正反应速率增大,逆反应速率减小 C. 达到平衡的时间缩短 D. 平衡向正反应方向移动
变式
某反应 $A + B \rightarrow C$ 的活化能为 $E_a$。若加入催化剂后,正反应活化能降低了 $\Delta E$,逆反应活化能也降低了 $\Delta E$。请判断该反应的焓变 $\Delta H$ 是否改变?并说明理由。
试试手自己判
检测题
对于可逆反应 $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$,在恒容密闭容器中达到平衡后,加入铁触媒。下列物理量中,一定不变的是( ) A. 正反应速率 B. 氨气的体积分数 C. 混合气体的平均摩尔质量 D. 反应的热效应
看答案和判分标准
答案:B、C、D
判对标准:
- 选 B、C、D 为完全正确。
- 若选 A,错误,因为加入催化剂后正逆反应速率均瞬间增大。
- 若漏选 B 或 C 或 D,部分正确,需指出催化剂不影响平衡移动,故平衡混合物组成(B、C)及反应热(D,由状态函数决定)均不变。
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