常用催化剂 作用须弄清

华振

在化学反应中，有些化学反应常需要催化剂的帮助才能进行，那么在中学化学中常用的催化剂有哪些？ 催化剂在化学反应中究竟起到哪些作用和特点呢？下面就一起来探讨这两个问题.

一、常用的催化剂

二、弄清催化剂在化学反应中的作用与特点

1. 催化剂在化学反应中有没有变化？

催化剂在化学反应中是要发生变化的，只不过在变化前后，其组成、性质及质量没有发生变化而已.例如，用KClO3制取O2的过程中，其化学反应过程为

在这个反应的过程中，作为催化剂的MnO2在反应前后，其质量及性质都没有发生任何变化.

2. 催化剂与阻化剂在改变化学反应速率上有何不同？

催化剂可以加快化学反应的速率，而阻化剂则只能降低化学反应的速率.

3. 在可逆反应中，催化剂是否改变平衡状态？

催化剂在改变可逆反应的正、逆反应速率上是相同的，即可同等程度地增大或减小正、逆反应的速率.由此可知，催化剂只能改变化学反应的速率，而对化学平衡是没有任何影响的.

4. 只要能改变化学反应速率的物质都是催化剂吗？

不一定.例如，卤代烃不溶或微溶于水，水解很慢，并且是一个可逆反应，通常加入强碱溶液与卤代烃共热，水解反应速率加快，可是碱与水解所得氢卤酸反应生成了盐，因此强碱并不是水解反应的催化剂.

5. 催化剂的催化作用与温度有没有关系？

对于有些催化剂有温度要求，温度必须限制在一定的范围内时才能起到催化作用.例如，在SO2转化为SO3的过程中，使用氧化铁作为催化剂时，温度就应达到640℃以上，催化剂才具有活性.

6. 对于同一反应只有一种催化剂可用吗？

不一定.例如，在SO2转化为SO3的过程中，就有三种催化剂可供选择使用，它们是铂催化剂、氧化铁催化剂和钒催化剂.

注意：除了催化剂可以改变化学反应的速率外，可以改变化学反应速率的因素有很多，例如：通过加热、降温、增减浓度、增减压强、光照及反应介质等均可使反应速率发生改变.

7. 同一种催化剂只能对某一特定反应起催化作用吗？

不一定.如硫酸就能对多个反应起催化作用.例如：

再如：利用氯酸钾和双氧水制取氧气，二氧化锰均可用作催化剂.

8. 同一化学反应可以有几种不同的催化剂吗？

可以.例如用KClO3制取氧气，不光可以用二氧化锰作催化剂，也可以用氧化铁、氧化铜等作为催化剂.不过，

要注意的是，催化剂通常具有专一性，多数情况下都是一对一的.但是一个反应可以使用多种不同催化剂的例子也比较多，只是要看哪中催化剂的效果更好而已.再例如，某反应需要三价铁离子作为催化剂，催化剂的种类可以使氯化铁、硫酸铁、硝酸铁等.

三、考题分析

例 （2016浙江卷）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，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO.反应的热化学方程式如下

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如表1实验数据.

请回答（不考虑温度对△H的影响）：

（1） 反应I的平衡常数表达式K=___；反应Ⅱ的△H2=___kJ·mol-1.

（2） 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Gat.1

B. 使用催化剂Gat.1

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

（3） 表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是____.

（4） 在图1中分别画出反应I在无催化剂、有Gat.1和有Gat.2三种情况下“反应过程——能量”示意图.

（5） 研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在___极，该电极反应式是____.

解析 （1） 反应CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的平衡常数K的表达式为：

反應CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）的ΔH2=H2标准燃烧热-CO标准燃烧热+ΔH3=-285.8 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1+ 44 kJ·mol-1=+41.2 kJ·mol-1.

故两空应分别填：

c（CH3OH）·c（H2O）c（CO2）·c3（H2） 41.2.

（2） 使用催化剂对化学平衡移动没有影响；降低温度平衡正向移动，有利于提高CO2的转化率；增加反应物浓度平衡正向移动，也有利于提高CO2的转化率；增大CO2与H2的初始投料比，能提高H2的转化率，CO2的转化率降低.故应选C、D.

（3） 表1中数据表明反应未达到平衡状态，由于不同的催化剂对反应I的催化能力不同，因而在该时刻不对甲醇的选择性有影响.

（4） 综合表中CO2转化率和甲醇选择性数据可知，Gat.2的催化效率比Gat.1的高，故Gat.2能更好地降低反应I的活化能.示意图如图2所示.图2

（5） CO2转化为CH3OH是还原反应，所以在阴极上反应，相应的电极反应式为