有關催化劑與誘導劑之間的比較

1 引言

在有催化劑（catalyst）存在的情況下，化學反應速率會發(fā)生一定的改變，催化劑能加快或減慢化學反應速率，或者使化學反應能在較低的溫度下進行，也就是說催化劑能使反應容易進行。這樣就導致不少學生認為，任何能影響反應，并且使反應容易進行的物質都是一種催化劑，而忘記能作為反應催化劑的一個重要要求——該物質本身質量和化學性質，在化學反應前后都沒有發(fā)生改變。

在很多化學反應中，某些物質能影響反應，并且使反應容易進行，但它并不是催化劑，因為在反應結束后會發(fā)現(xiàn)，這些物質被消耗了或其化學性質發(fā)生了變化。也就是這些物質并不是真正意義上的催化劑，而只能算作是化學反應的推動者，而其中一類重要的推動者就是誘導劑。在本文中，將兩者做一個簡單的對比介紹，希望能夠幫助學生更好掌握催化劑的概念。

2 催化劑

2.1 催化劑的定義高中課本中介紹，催化劑能夠使化學反應速率發(fā)生一定的改變，可以加快或減慢化學反應速率，或者使化學反應在較低的溫度下也正常進行。

根據(jù)IUPAC于1981年提出的定義，催化劑是一種物質，它能夠改變反應的速率而不改變該反應的標準Gibbs自由焓變化。這種作用稱為催化作用。涉及催化劑的反應為催化反應。

2.2 催化劑的原理目前，對催化劑的作用還沒有完全弄清楚。在大多數(shù)情況下，人們認為催化劑本身和反應物一起參加了化學反應，降低了反應所需要的活化能。有些催化反應是由于形成了很容易分解的“中間產(chǎn)物”，分解時催化劑恢復了原來的化學組成，原反應物就變成了生成物。也就是說催化劑在化學反應的始末量是不變的。不管是在反應前還是在反應后，它們都能夠從反應物中被分離出來。不過，它們有可能會在反應的某一個階段中被消耗，然后在整個反應結束之前又重新產(chǎn)生。而有些催化反應則是由于吸附作用，吸附作用僅能在催化劑表面最活潑的區(qū)域(活性中心)進行。活性中心的區(qū)域越大或越多，催化劑的活性就越強。

2.3 催化劑性質與作用機理的驗證

1）實驗準備。5%H2O2溶液、1mol#8226;L-1 FeCl3溶液、MnO2固體、蒸餾水、試管。

2）實驗步驟。

①取一支試管，加入3 mL5%H2O2溶液，振蕩試管，觀察現(xiàn)象。把帶火星的木條放入試管口中，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：H2O2溶液中有細小的氣泡緩慢放出，把帶火星的木條放入試管口中，火星明顯變明亮。

②取一支試管，加入3 mL5%H2O溶液，滴入2滴1 mol#8226;L-1 FeCl3溶液振蕩試管，觀察現(xiàn)象。把帶火星的木條放入試管口中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：H2O2溶液中有氣泡較快地放出，溶液顏色開始呈淺黃色，然后逐漸變成深黃色，最后又逐漸變成淺黃色。把帶火星的木條放入試管口中，木條復燃。

③取一支試管，加入3 mL蒸餾水，再滴入2滴1 mol#8226;L-1 FeCl3溶液，振蕩試管，觀察現(xiàn)象。把帶火星的木條放入試管口中，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：溶液呈淺黃色，把帶火星的木條放入試管口中，無明顯現(xiàn)象。

④取一支試管，加入3 mL5%H2O2溶液，用紙槽加入少許MnO2固體，觀察現(xiàn)象。把帶火星的木條放入試管口中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：H2O2溶液中迅速放出大量氣泡，溶液中有大量黑色懸浮物。靜置，試管底部有黑色沉淀析出。把帶火星的木條放入試管口中，木條復燃。

3）結論與提示。通過對上述步驟的探究，可以加深對催化劑概念的理解，使學生在頭腦中建立科學的催化劑概念。對比步驟①②④可以看出，催化劑可以改變化學反應速率；對比步驟②③④可以看出，催化劑的性質和質量在化學反應前后都沒有發(fā)生變化；對比步驟②③可以看出，盡管催化劑從起始態(tài)和最終態(tài)看沒有發(fā)生任何變化，但是催化劑改變化學反應速率的機理在于它參與化學反應生成中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物又分解得到等質量的原催化劑。

3 誘導劑

3.1 誘導劑的定義誘導劑是一種在經(jīng)歷某種反應的同時，能夠顯著加快另一個正在進行的反應的物質。它作為一個發(fā)起者，可能會生成一種新物質來催化另一個正在同時進行的反應。

3.2 誘導劑的原理初步反應中的誘導劑可以加快第二步反應的速率，因為它能夠產(chǎn)生自由基，或者生成另一種物質來催化第二步反應。在許多情況下，例如下面要討論的一種，初步反應誘導劑產(chǎn)生了一種核素，而這種核素快速地按照一定計量數(shù)參加第二步反應，使第二步反應的速率大大增加。而絕大部分的誘導反應與氧化還原反應有關。

3.3 誘導劑性質與作用機理的驗證

1）實驗原理。對于用Cr(VI)來氧化碘化物生成碘單質的氧化反應來說，在沒有酸的情況下，這是一個緩慢的氧化。不過，由于Fe(II)的存在，這個反應的反應速率可能會加快。因為，F(xiàn)e(II)很容易被Cr(VI)氧化成Fe(III)，在這個氧化過程中Cr(VI)還原到Cr(V)。相比Cr(VI)來說，Cr(V)是不穩(wěn)定的，能迅速把碘化物氧化成碘單質，并且自己還原到Cr(III)。因此，氧化碘化物的Cr是被Fe(II)誘導的。這里有一點很重要，在這些條件下，碘化物是不會被Fe(III)氧化的。這些反應歸納如下：

雖然Fe(II)能影響反應，并且使反應容易進行，但它并不是一個催化劑，因為它在反應過程里有了消耗，也就是說，它轉變?yōu)榱薋e(III)。用淀粉指示劑，只要有微量的Fe(II)反應就能生成可以檢出數(shù)量的碘。這也為指出Fe(II)不是一個催化劑提供了根據(jù)。

2）實驗準備。(NH4)2Fe(SO4)2粉末、KI粉末、10 mg/L Cr(VI)溶液、1 mg/L淀粉溶液、0.1 mol/L KSCN溶液、蒸餾水、燒杯。

3）實驗步驟。

①將2 gKI溶解在盛有淀粉溶液的燒杯里，添加100 mLCr(VI)溶液到燒杯里的碘化物溶液中，觀察現(xiàn)象。再向溶液中添加10mg(NH4)2Fe(SO4)2粉末，用玻璃棒攪拌，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象：未加入10 mg(NH4)2Fe(SO4)2粉末前溶液呈橙色，加入10 mg(NH4)2Fe(SO4)2后溶液迅速變?yōu)樗{黑色。

②將2 gKI溶解在盛有淀粉溶液的燒杯里，在另一個燒杯里加入100 mLCr(VI)溶液和10 mg(NH4)2Fe(SO4)2粉末并混合均勻，再將兩者混合，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：兩者混合時，溶液立刻變?yōu)樗{黑色。

③將2 gKI溶解在盛有蒸餾水的燒杯里，在另一個燒杯里加入100 mLCr(VI)溶液和10 mg(NH4)2Fe(SO4)2粉末并混合均勻，接著將兩者混合，再加入5 mL的0.1 mol/L KSCN，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象：最后溶液呈橙紅色。

4）結論與提示。通過對上述步驟的探究，可以加深對誘導劑概念的理解，使學生在頭腦中建立科學的誘導劑概念。對比步驟①②可以看出，誘導劑可以改變化學反應速率；對比步驟②③可以看出，誘導劑的起始態(tài)和最終態(tài)發(fā)生了明顯變化，但是誘導劑改變化學反應速率的機理在于它能先發(fā)生反應生成一種新物質，再由這一新物質來催化另一個正在同時進行的反應。

事實上有很多誘導反應的例子，例如在19世紀，草酸被重鉻酸鉀誘導得到的氧化靛藍被用來制造藍色織物上的白色圖案。被染成靛藍的布是由重鉻酸鉀鹽印染出來，然后再用草酸處理，因此靛藍只有與重鉻酸鉀接觸后才能被漂白。

5）注意。

①可以用專門的碘指示劑來代替淀粉。

②鉻鹽是有毒和致癌物質。應避免與皮膚接觸。它們對水生有機體也有害，所以不應該被釋放在外界環(huán)境中，而應該按照規(guī)章棄置。

4 結束語

在中學階段很少會涉及誘導劑方面的知識，一般來說學生只會反復接觸到催化劑，這樣就很容易讓學生認為任何能影響反應，并且使反應容易進行的物質都是一種催化劑，從而進入誤區(qū)。所以希望通過對兩者的不同點進行對比介紹，使學生能夠更好地區(qū)分二者，能更好地掌握催化劑在中學階段的應用。