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由过氧化氢制氧气探究催化剂对反应速率的影响

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 由过氧化氢制氧气探究催化剂对反应速率的 影响 作者:顾笑 鲍正荣 来源:《数理化学习· 教育理论版》2012 年第 12 期 摘要:在新课程改革下“绿色化学”理念已被大多数教师接受并应用于教学之中,对未来学 生情感、态度、价值观的培养起着重要作用.本文基于此理念从 H2O2 分解制备氧气的“绿色”法 入手探究不同催化剂对反应速率的影响,以及对实验中的一些现象进行探讨. 关键词:过氧化氢;催化剂;反应速率 作为新课程改革中“绿色化学”理念的一个应用,中学化学的氧气制备实验,由原来的 MnO2 催化 KClO3 在加热条件下反应,变为了常温下由 MnO2 催化 H2O2 分解的反应.实验本 身实现了零污染,而且在常温下进行反应也节约了能源,是对“绿色化学”理念的有力支撑. 温度、压强、催化剂对 H2O2 的分解速率都会产生很大的影响,控制好反应条件才能取得 比较好的实验效果.本实验在常温下,用不同的催化剂催化 H2O2 分解产生一定体积氧气,所 用时间长短就能评价不同催化剂的催化效果. 一、实验原理 2H2O212H2O+ O2↑ 二、实验仪器与试剂 仪器:托盘天平、圆底烧瓶、铁架台(带铁夹)、橡皮塞(双孔、三孔)、橡胶管、玻璃 导管、水槽、量筒(10 mL、100 mL)、分液漏斗、压力传感器、秒表等. 试剂:H2O2(30%浓度,分析纯)、二氧化锰、重铬酸铵、氧化铜、氧化钙、氢氧化 钙、氧化铁、碳酸钙、氧化铝. 三、实验过程 1.三氧化二铬制备以及 H2O2 的稀释:加热重铬酸铵,分解即得三氧化二铬;按 H2O∶ H2O2=5∶ 1 的比例稀释,即得 5%浓度的 H2O2 溶液(查文献得 5%H2O2,在催化分解 时反应速率适中,符合精确量气要求). 2.按装置图连接仪器,并检验装置气密性. 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 五、实验结论 从实验结果可以看出,MnO2、Cr2O3 对于 H2O2 分解具有良好的催化作用,可以应用于 课堂演示实验中快速催化制备 O2,而其他催化剂也有一定的催化作用,但是不能满足课堂教 学快速反应的要求,且需要较多的 H2O2 溶液,不能体现“经济”性原则.通过本实验可以很好的 让学生认识到不同催化剂对反应速率的影响,可以让他们感受合理选择催化剂对控制反应速率 的重要影响,并播下“绿色化学、绿色试验”的人文种子,寓教于乐,从实验中收获情感目标的 突破. 六、补充说明 1.实验发现 H2O2 滴入速率会严重影响气泡(氧气)产生的速率,所以实验记录了滴入时 间,并计算了每分钟 H2O2 的滴入速率(毫升/分). 2.由于整个实验装置处于密闭状态,气压也是影响气泡(氧气)产生速率的一个重要原 因,在 Cr2O3 实验组中,笔者用压力传感器记录了 10 mL H2O2 滴完,分液漏斗活塞关闭前、 后装置内部压力变化(由 98.96Kp→101.69Kp),发现当活塞关闭后装置内部压力上升,产生 的气泡急剧减少,导致量气装置液面无明显下降.因此对于除了 MnO2(催化效率极高)外的实 验组,采用滴加 20 mL H2O2 以避免未能收集到 20 mL O2 而 H2O2 滴完,被迫关闭分液漏斗 活塞的情况发生. 参考文献: [1]史小侠.过氧化氢分解常见问题解答.中国教育技术装备,2010(14). [2]鲍正荣,文丰玉,高成,等.中学化学新课程实验技术.科学出版社:237. [3]刘荣梅,丁玉洁,吴之传.过氧化氢催化分解实验的方法改

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