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青稞沙龙第17期——神奇的催化剂

来源:

  时间:2013年8月10日(周六)下午2:00-4:00

  地点:中国科学技术馆多功能厅206

  主办单位:中国数字科技馆

  嘉宾:

  1、邹城市实验中学化学老师  曹广雪

  2、《我们爱科学》杂志社编辑  杨道勇

  3、北京大学教授  刘海超

  想近距离感受“法老之蛇”的妖异么,想亲眼验证魔法蛋糕的形成么,想亲手体验薄荷糖让可乐沸腾的感觉么?那就来中国科技馆加入这场化学的饕餮盛宴吧。与三位大拿侃侃催化剂带给我们的神奇变化。

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  一、 催化剂是什么?

  1. 概念:在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率(既能提高也能降低),而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(也叫触媒)。

  2. 性质:催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性)。

  (1)一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用,例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用,加快化学反应速率,但对其他的化学反应就不一定有催化作用。

  (2)某些化学反应并非只有唯一的催化剂,例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁、氧化铁和氧化铜等等。

  (3)一个化学反应并不只有一种催化剂,例如氯酸钾制取氧气时还可用红砖粉或氧化铜等做催化剂。

  二、 催化剂“诞生”的小故事

  催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现。100多年前,有个魔术“神杯”的故事。

  有一天,瑞典化学家贝采里乌斯在化学实验室忙碌地进行着实验,傍晚,他的妻子玛利亚准备了酒菜宴请亲友,祝贺她的生日。贝采里乌斯沉浸在实验中,把这件事全忘了,直到玛丽亚把他从实验室拉出来,他才恍然大悟,匆忙地赶回家。一进屋,客人们纷纷举杯向他祝贺,他顾不上洗手就接过一杯蜜桃酒一饮而尽。当他自己斟满第二杯酒干杯时,却皱起眉头喊道:“玛利亚,你怎么把醋拿给我喝!”玛利亚和客人都愣住了。玛丽亚仔细瞧着那瓶子,还倒出一杯来品尝,一点儿都没错,确实是香醇的蜜桃酒啊!贝采里乌斯随手把自己倒的那杯酒递过去,玛丽亚喝了一口,几乎全吐了出来,也说:“甜酒怎么一下子变成醋酸啦?”客人们纷纷凑近来,观察着,猜测着这“神杯”发生的怪事。

  贝采里乌斯发现,原来酒杯里有少量黑色粉末。他瞧瞧自己的手,发现手上沾满了在实验室研磨白金时给沾上的铂黑。他兴奋地把那杯酸酒一饮而尽。原来,把酒变成醋酸的魔力是来源于白金粉末,是它加快了乙醇(酒精)和空气中的氧气发生化学反应,生成了醋酸。后来,人们把这一作用叫做触媒作用或催化作用,希腊语的意思是“解去束缚”。

  1836年,他还在《物理学与化学年鉴》杂志上发表了一篇论文,首次提出化学反应中使用的“催化”与“催化剂”概念。

  三、 神奇的互动实验

  本次活动现场我们特别为大家准备了四个关于催化剂的非常有名的神奇实验,让你能够亲眼见证奇迹诞生的一刻!

  (1) 大象牙膏&魔术蛋糕

  在量筒中的水突然迅速上升、变色,并且膨胀出了大量的彩色泡沫,犹如巨大的大象牙膏一般,究竟是怎么回事呢……

  (2) 法老之蛇

  几条燃烧的触手从桌面不断伸出,仿佛一条蠕动的毒蛇在召唤异世界生物……这不是某部最新好莱坞大片的科幻场景,而是活生生的化学实验,想知道其中原理吗?来现场找答案吧!

  (3) 紫气东来

  在干燥的“粉丝”中,只要轻轻加入几滴水,就会变出神奇的紫红色烟雾,你相信吗?

  (4) 沸腾的可乐

  几粒薄荷糖就可以让可乐瞬间喷涌而出,形成近一米高的可乐柱,这个“沸腾可乐”的游戏一度在网上颇为盛行,但你了解其中的反应原理吗?

  四、 生活中的催化剂

  其实,催化剂可以说存在于生活中的各个角落,就看细心的你能不能发现其中的奥妙。今天我们也来聊聊同我们日常生活息息相关的几种催化剂。

  1. 汽车尾气催化剂

  汽车尾气对城市大气的污染也日益严重,虽然其对大气污染的影响虽然只占1/20—1/24,但在人的呼吸高度内却占1/8—1/4,对人群的危害作用超过其质量作用的3-5倍。

  国内外的经验都证明了处理汽车排气最有效的技术是采用尾气催化净化方案。它的原理是使汽车排出的污染物经过催化剂层,在较低温度下(200℃以上)把co和hc转化成夺二氧化碳和水,nox气体转变成氮气。

  2. 电池碳基催化剂

  近日,美国新墨西哥州的LosAlamos国家实验室,发现了一种化合物——碳基催化剂,如果将这种催化剂与锂空气电池技术结合,制造出的新型电池容量可以达到常规锂离子电池容量的三倍,而价格还不到后者的一半。业界表示,若此研究成果得以应用,将改变目前燃料电池大量使用高成本贵金属铂作为催化剂的现状,大幅降低燃料电池成本,有效促进燃料电池技术的发展和商业化进程。

  3. 矿泉水有毒?

  炎炎夏日,有车一族往往喜欢在车后备厢里放一箱矿泉水,想喝时可以随时拿。不过,这样虽然方便,但却有害身体健康。专业人士指出,矿泉水瓶含有微量的催化剂,在闷热的环境里经过阳光暴晒温度过高,可能会使塑料瓶里的有害物质溶解出来进入水中,长期饮用会危害身体健康。

  4. 生物催化剂

  洗衣粉中的蛋白酶,是一种蛋白质的生物催化剂。可以催化水解蛋白质,对奶渍、血渍、汗渍有分解功能。但是对于其他污渍没有任何效果。
大约在37℃的温度中(人体的温度),酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效。

  5. 海鲜啤酒不能同食

  海鲜含嘌呤和苷酸,啤酒含嘌呤和苷酸分解代谢的催化剂维生素B1。当吃海鲜喝啤酒时,造成嘌呤、苷酸与维生素B1混合发生化学作用,导致血液中的尿酸含量增加,破坏平衡;不能及时排出体外的尿酸,以钠盐形式沉淀下来,极易形成结石和引发痛风;肾脏频繁造尿排尿易导致肾虚。

  6. 催化燃烧

  和普通烤箱相比,催化燃烧烤箱不仅节约了电能,而且由于催化燃烧器的辐射面积相比普通电烤炉的发热管的面积要大,所以在催化燃烧烤箱中食物能够更好地接受高温辐射所传来的能量。通过对普通烤箱和催化燃烧烤箱同时烧烤两块相同部位的牛肉比较,催化烧烤箱中烤出的牛肉口感鲜嫩,清爽,柔软汁多,容易嚼烂 ,气味更明显,肉香味诱人。

  7. 酵母酿酒

  酵母是发酵过程中必不可少的催化剂。在上世纪90年代,有一个叫做酒香酵母的名词,曾在葡萄酒评论界中屡屡被提及,现在则被简为Brett,它实际上是众多天然酵母中的一种,因为能够在发酵结束后的桶中陈年阶段为红葡萄酒增加香味,而被人铭记。据某些热爱研究酵母作用的酿酒师称,Brett在红酒中的主要贡献是一种类似泥土、皮革的味道,这些通常都是欧洲老酒特有的香气。

  五、 中国数字科技馆内部其他相关资料

  1. 氢燃料电池

  2. 人工光合作用系统的机制

  3. 燃料电池的工作原理

  4. 催化剂找到从反应物到产物的低能路径

  5. 固体推进剂是由什么组成的

  6. 冶金辅料做催化剂

  7. 萤石做催化剂

  8. 醋醒酒需要催化剂

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