过氧化氢催化分解制取氧气实验探究和改进

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1、过氧化氢催化分解制取氧气实验探究和改摘要：本文探究了人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材中“二氧化猛做催化剂分解过氧化氢溶液制取氧气”的实验中存在的问题，并进行了验证和改进。关键词：过氧化氢；催化剂；实验改进中图分类号:06-3文献标志码：A文章编号:1674-9324(2013)38-0246-02按照人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材制取氧气的实验中，我们发现产生的氧气中伴随着大量的白色物质，影响实验效果。在查阅了相关制备实验后，发现没有对于此物质的描述。那么这种白色物质究竟是什么？如何消除？是否可以采用其

2、他催化剂来代替二氧化猛，使其产生的氧气中没有这种白色物质且催化效果相似或者更好。鉴于以上考虑，我们通过查阅资料，设计实验，并进行了如下的实验探究测定。一、实验设计一1•实验原理。在催化剂的作用下，过氧化氢分解生成水和氧气：2H202=H20+02f。2•实验材料。仪器：具支试管、分液漏斗、水槽、玻璃导管、铁架台及其配件，小试管、橡皮管、纸槽、量筒试剂：15%过氧化氢溶液、二氧化猛粉末。3.实验装置图（如下）。4•实验步骤。①如图所示，连接装置。②检验装置气密性（双手捂住具支试管或者采用酒精灯稍微加热具支试管底部，看导气管口是否有气泡产生）。③用量筒

3、量取适量的15%过氧化氢溶液，加入分液漏斗中。④用天平称量适量的二氧化猛粉末。⑤将二氧化猛加入具支试管中并迅速盖上试管塞，以一秒一滴的速度滴下过氧化氢溶液，观察产生的气体。⑥实验后将导管烘干并观察管壁。⑦实验完毕，整理器材。5•实验现象。产生的气体中没有伴随着白色物质，导管内壁无固体颗粒。产生的氧气中伴随的物质初步判定为水蒸气。把装置图中装有浓硫酸的洗气瓶换成装有无水硫酸铜固体的干燥管，按照实验设计中的步骤再次进行实验。结果发现：白色的无水硫酸铜变成蓝色。6•实验结论。产生的氧气中伴随的白色物质为水蒸气。二、实验设计二1.实验原理H202长期保存有

4、微量分解，很多离子如Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Cr3+、OH-等都能加速H202的分解。因此，催化分解是H202的一种特性［1］。Weiss提出了复相催化机理：S+H202-*S++OH-+・0H,H202+・OH—H20+・H02,S++0-2—S+02,S+・HO2-S++HO-2,S++0-2fS+H02,S、S+分别代表(不带电荷或带电荷的)金属氧化物，催化剂表面的基本作用是电子转移，根据以上反应机理，许多物质都能催化H202快速分解制取02[1]。为此,我们对不同催化剂的催化效果进行了探究，并且对铁离子的催化分解的机理进行了

5、如下的初步解释：①2Fe3++H202=2Fe2++2H++02f该反应为氧化还原反应，在该反应中Fe3+为氧化剂，还原产物为Fe2+,H202做还原剂，氧化产物为02。该反应的电动势[2]E0=<])0(Fe3+/Fe2+)-4)0(H202/02)=0.7710V-0.6824V=0.0886V>0。②2Fe2++H202+2H+=2Fe3++2H20。该反应也为氧化还原反应，在该反应中H202为氧化剂，还原产物为H20,Fe2+做还原剂，氧化产物为Fe3+。该反应的电动势[2]E0=d)0(H202/H20)-4)0(Fe3+/Fe2+)=1

6、.7760V-0.771V=1.005V>0o①、②两个反应的电动势均大于零，从理论上看，以上两个反应可以发生，且在实验5中观察到的实验现象：催化剂氯化铁的颜色有变化，在反应过程中，具支试管中溶液颜色由棕黄色逐渐变为浅绿色，最终变为浅黄色。此现象正好符合催化剂的基本特征。3•实验材料。仪器：具支试管、分液漏斗、水槽、玻璃导管、铁架台及其配件，小试管、橡皮管、纸槽、量筒、秒表。试剂：15%过氧化氢溶液、饱和硫酸亚铁溶液、0.4mol/L硫酸亚铁溶液、0.4mol/L氯化铁溶液、饱和氯化铁溶液。4•实验步骤。①检验装置气密性（双手捂住具支试管或者采用酒

7、精灯稍微加热具支试管底部，看导气管口是否有气泡产生）。②用量筒量取适量的15%过氧化氢溶液，加入分液漏斗中。③用天平称量适量的氧化铜粉末。④将氧化铜加入试管中并迅速盖上试管塞，以一秒一滴的速度滴下过氧化氢溶液，同时开始计时并观察实验现象。⑤待该实验进行一段时间，量筒中收集气体达到一定体积时，停止计时，记录所用时间。⑥清洗试管并烘干，换其他催化剂，重复以上2、3、4、5步骤。⑦实验完毕，整理器材，分析数据。5.实验现象。①在一系列实验中，我们发现，实验2、3、4、5在收集相同体积气体所用的时间比实验1中收集相同体积所用的时间短。②通过实验2与实验3对

8、比发现，不同浓度的硫酸亚铁溶液反应速率不同，浓度越大，收集相同体积气体所用的时间越短。③通过实验4与实验5对比发现，不同浓