催化剂对化学反应速率的影响
课题组成员：王燕超左学婷李洋王希光赵海溶李晨
徐唯一耿楠陈歌余浩樑董泽霖
指导教师：郑文燕
论文摘要：
本文通过介绍研究催化剂对化学反应速率的影响的化学研学，不仅增长了对化学知识的了解，实验的动手能力得以增强，而且我们增强了理科思维，对实验的研究过程更加的熟练；我们通过研究不同物质对氯酸钾的催化作用，更深层次了解了催化剂的性质与作用，真正成为了研究性学习的参与者。

关键词：
研究性学习参与选题实验
一、问题的提出
同学们在初中就知道二氧化锰是氯酸钾制氧的催化剂，在高中的化学实验课上，同学们又学习到氧化铜也可以作氯酸钾制氧的催化剂。

于是有些同学提出了“为什么这么多年来只选用二氧化锰作为氯酸钾制氧的催化剂？还有其它的金属氧化物能作氯酸钾制氧的催化剂吗？”的问题。

这说明大家对这个问题感兴趣，想把它弄明白。

而研究性学习恰恰给了大家一个机会，让我们通过研究性学习去解惑。

二、研究方案的设计
在研究课题确立后，研究小组的学生与老师通过认真地讨论，把想要研究的问题细细地分析了一遍。

最后确定了研究目的、研究内容、研究方法、研究过程、实验时间等。

1．研究目的
①弄清为什么这么多年来一直选用二氧化锰作为氯酸钾制氧的催化剂？哪些金属氧化物还可以作为氯酸钾制氧的催化剂？
②了解催化剂选择的一般方法
③认识科学研究的一般方法
2．研究内容
①为什么一直选用二氧化锰作为氯酸钾制氧的催化剂？
②还有哪些金属氧化物可以作为氯酸钾制氧的催化剂？
3．研究方法
讨论、调查、实验、撰写论文
4．研究过程（主要为以下七个环节）
确立研究课题做出假设收集资料制定实验方案进行对比实验分析实验结果得出结论撰写论文
三、研究方案的实施
1．确立研究课题
①为什么这么多年来一直选用二氧化锰作为氯酸钾制氧的催化剂？
②哪些金属氧化物还可以作为氯酸钾制氧的催化剂？
2．做出假设
假设①：是否与二氧化锰、氧化铜有着类似性质的金属氧化物都能做催化剂呢？
假设②：是否第四周期的过渡金属元素的氧化物都可作氯酸钾制氧的催化剂呢？
3．收集资料
①上网、图书馆查有关催化剂的资料
催化剂
定义：根据IUPAC于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。

这种作用称为催化作用。

涉及催化剂的放映为催化反应。

催化剂对化学反应速率的影响非常大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。

催化剂一般具有选择性，它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行。

例如，加热时，甲酸发生分解反应，一半进行脱水，一半进行脱氢：HCOOH=H2O+CO HCOOH=H2+CO2
如果用固体Al2O3作催化剂，则只有脱水反应发生；如果用固体ZnO作催化剂，则脱氢反应单独进行。

这种现象说明，不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程。

因此，我们利用催化剂的选择性，可使化学反应主要向某一方向进行。

在催化反应里，人们往往加入催化剂以外的另一物质，以增强催化剂的催化作用，这种物质叫做助催化剂。

助催化剂在化学工业上极为重要。

例如，在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂，可以大大提高催化剂的催化作用。

催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位，现在几乎有半数以上的化工产品，在生产过程里都采用催化剂。

例如，合成氨生产采用铁催化剂，硫酸生产采用钒催化剂，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中，都采用不同的催化剂。

②去化学用品试剂商店调查
③调查资料汇总
大家通过去化学用品试剂商店调查，获取了第四周期过渡元素的金属氧化物
的价格、化学纯、分析纯、安全性的数据材料，并根据此进行了分析。

分析结果是：
从价格上看 ～ 氧化钪、一氧化镍、四氧化三钴、三氧化二钴、四氧化三锰、三氧化二镍的价格昂贵，从成本上看不合算，不宜作催化剂。

从安全性上看 ～ 三氧化二铬（刺激性）、三氧化铬（致癌）、过氧化锌（严重烧伤）、五氧化二钒（有害）、一氧化钴（有害）等物质从安全性上不合格，更不适宜做氯酸钾制氧的催化剂。

而二氧化钛、氧化铁、二氧化锰、氧化铜、氧化锌五种金属氧化物的价格适当,化学纯、分析纯达到一定数值,用量适中,且副作用很少或几乎没有。

所以研究小组初步把它们定为氯酸钾制氧催化剂的后选者。

4．制定实验方案
进行三氧化二铁、二氧化锰、氧化铜、氧化锌这四种金属氧化物对氯酸钾制氧催化效果的对比实验。

为保证实验在同一条件下进行，实验操作人员固定，实验仪器固定，一个实验完成后在做下一个实验而不是同步进行。

所有实验都以排水取气法收集一瓶150mL 氧气所需时间为准。

5．进行对比实验:（研究小组共做了三次对比实验）
第一个对比实验是比较氧化铁、二氧化锰、氧化铜、氧化锌这些药品是否有催化剂作用？比较那一种药品的催化能力强？
第二个对比实验是通过二氧化锰的不同取量，比较氯酸钾与二氧化锰的质量比为多大时二氧化锰的催化效果最好？
第三个对比实验是把两种不同的催化剂混合，比较是混合物的催化效果好？还是单一物质的催化效果好？ 6、分析实验结果，得出结论
①
50
100150200250
结论一、二氧化锰、三氧化二铁、氧化铜、氧化锌等对氯酸钾制氧都有催化作用，比较起来二氧化锰的催化效果最好，应该是当前氯酸钾制氧气最适宜的催化剂。

三氧化二铁、氧化铜在氯酸钾制氧其中也有较好地催化效果，氧化锌的催化效果不明显。

②
结论二、
催化剂并不是取量越多越好，从对比实验发现当氯酸钾与二氧化锰
的质量比为10：1时，收集满一瓶氧气的时间是最短的。

③ 对比三的实验结果 ④
102030
4050
600.5g 2.5g 3.8g 5g
结论三、当二氧化锰与氧化铜混合后，二氧化锰的催化效果减弱，而氧化铜的催化效果加强。

所以当催化剂混合时，催化效果在单一催化剂之间。

原催化效果差的会有较大提高，原催化效果好的会有些降低。

通过以上的调查与实验，学生们解决了疑惑，弄清了下列问题：
(1) 从综合因素上看，二氧化锰应该是当前氯酸钾制氧气最适宜的催化剂，氧化铜、三氧化二铁等金属氧化物也能做氯酸钾制氧的催化剂；
(2) 初步了解到催化剂的选择应从反应速率、价格、安全性、用量与纯度等综合因素上去考虑。

例如：若用三氧化二铬做氯酸钾制氧气的催化剂时，反应的速率是最快的，但反应中会产生较强烈的刺激性臭味，这样三氧化二铬就不宜做氯酸钾制氧气的催化剂。

(3) 催化剂并不是取量越多催化效果越好，催化剂的适宜用量要通过实验去确定。

收获与体会
0510152025303540
451g二氧化锰 1.84g三氧化二铁
经过我们为期一个多学期的化学研学，我们不仅增长对化学知识的了解，实验的动手能力得以增强，提高了团队合作能力，而且我们增强了理科思维，对实验的研究过程更加的熟练；我们通过研究不同物质对氯酸钾的催化作用，更深层次了解了催化剂的性质与作用。

我们的收获很大！
参考文献
北京教育学院综合理科部“化学研究性学习的探索与实践”。