探究过氧化氢分解的最优条件

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1、实验七：探究过氧化氢分解的最优条件学生姓名学号专业实验小组小组成员实验时间年月日一.探究问题提出该实验内容涉及到化学必修二第三节化学反应的速率和限度以及选修四第二章第二节影响化学反应速率的因素的相关内容。选择该课题的原因在于该知识点在中学化学中是一个很重要的知识点，对当中的某些因素进行探讨有利于学生对知识点的掌握。另外，在实验中，我们可以根据不同种类的催化剂的性质选择不同种类的催化剂满足实验要求。在提倡绿色化学的今天，我们要尽可能使用少的试剂来制备更多的产物，使产率最大化。但是进行该实验的时候，选修四书上比较速率的方

2、法有所欠妥：用带火星的木条检验氧气生成的快慢。带火星木条复燃的成功率并不高，而且我们是不能用肉眼明显分辨出速率的快慢，可以看出实验结果的说服力不强，而中学化学实验是学生直观、近距离接触化学的重要途径，其科学性与实验设计的规范性需引起重视。针对以上不足，我们对这个实验进行改进。二.问题解决设想1.为了便于学生观察，使用排水法进行测量气体的体积，进而比较速率快慢。2．为了更好体现反应速率的快慢，采用秒表计时，测定反应所用时间。三．实验设计方案1.实验目的①通过控制反应条件，包括催化剂的种类和过氧化氢的浓度，从而探究用过氧

3、化氢制备氧气的最优条件；②通过实验加深对催化剂功能的认识；③通过收集分解产生的氧气，获得定量测定气体体积的技能；④通过设计不同条件对实验结果的影响，曾强实验探究意识和探究技能。2.实验原理过氧化氢具有过氧键，-O-O-中O不是最低氧化态，故不稳定，容易断开。常温下波长为320～380nm的光照射，或是加热，使用催化剂都可以加速过氧化氢的分解。光照速度太慢，加热浪费能源，而分解速率不稳定，所以寻找一种合适的催化剂便更加重要。过氧化氢的催化原理主要有以下几种：a.氧化重金属氧化物或金属盐，生成的物质立刻分解放出氧气。例：

4、H2O2+MnO2=H2MnO4H2MnO4+H2O2=MnO2+O2↑+2H2Ob.过氧化氢在碱性条件下容易分解为氧气和水，氢氧根使溶液显碱性，利于过氧化氢的分解。由于可溶性碱普遍有较强腐蚀性，难溶性碱不稳定且成本较高，故一般不采用此做法。难溶性碱氢氧化铜氢氧化铁氢氧化镁价格（元/500g）66.746.3100c.过氧化氢酶的催化。由于过氧化氢酶不易回收，成本较高，受活性影响严重，所以一般不采用此种做法。因此探究第1种情况下的催化剂，我们选取了中学实验室常见的几种物质进行探究：金属氧化物：MnO2、Fe2O3、C

5、uO多孔活性物质：活性炭下面是这些物质的物理性质：金属氧化物物质二氧化锰三氧化二铁氧化铜活性炭性状黑灰色粉末红色粉末黑色粉末黑色粉末密度（103kg·m-3）5.025.246.31/价格（元/500g）62256640反应方程式：2H2O2=2H2O＋O2催化剂是一种可以改变反应速率而本身不发生化学反应的物质，它的使用能够改变反应途径，降低反应的活化能。过氧化氢分解氧化剂主要是一些内部有形状不规则、互相贯通的孔道的颗粒，这些催化剂的比表面积较大，表面吉布斯自由能较大。过氧化氢本身不稳定其吉布斯自由能很大，因此加入催

6、化剂后总能量越过能垒，分解加快。氧气在水中的溶解度很小，所以可以用排水法来测定氧气的体积。3.实验仪器与试剂（1）.仪器铁架台（试管夹），支试管，胶塞，导管，锥形瓶，药匙，量筒，台秤；（2）.试剂过氧化氢溶液（1%、2.5%、5%、10%、15%），二氧化锰，氧化铜，氧化铁，活性炭，0.1mol/L氯化铁溶液，0.1mol/L硫酸铜溶液。4.实验探究的具体步骤与实验装置图（1）.实验装置过氧化氢水催化剂（2）．实验步骤①.探究催化剂种类对过氧化氢分解速率的影响a.在支试管中先加入约10mL5%的过氧化氢，加入0.1g

7、二氧化锰，迅速塞上胶塞，用排水法收集产生50mL氧气所用时间；b.在其他条件不变的情况下分别加入等质量的氧化铁、氧化铜、活性炭，以及1mL0.1mol/L氯化铁溶液和0.1mol/L硫酸铜溶液重复上述步骤。c.实验记录表1：表1催化剂种类二氧化锰氧化铁氧化铜活性炭硫酸铜氯化铁溶液现象记录反应剧烈，产生大量气泡反应缓慢，只有少量气泡产生；反应一段时间后，有水柱上升，但不能排出反应更缓慢，少量气泡产生；反应一段时间后，有水柱上升，但不能排出反应最缓慢，少量气泡产生；反应一段时间后，有水柱上升，但不能排出溶液由蓝色变为黄色

8、溶液由黄色变为棕色，刚加入催化剂时无气泡产生，一段时间后缓慢产生气泡时间（s/50mL）4s/50mL264.69s/20mL平均速率（r/mL/s）12.50.0756d.实验结果分析：通过前四组平行实验的实验现象可得出,室温和同条件下催化剂的催化效果为：二氧化锰＞氧化铁≈氧化铜＞活性炭，二氧化锰的催化效果是最明显的。查阅文献可知，活性炭作为