雙氧水分解實(shí)驗(yàn)中二氧化錳粉末的回收利用

何家祺 劉樹剛

蘇教版（2012版）選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》專題2第一單元中“催化劑對反應(yīng)速率的影響”一節(jié)中設(shè)計(jì)了“活動與探究”環(huán)節(jié)，探究FeCl3溶液和MnO2粉末對5%的H2O2溶液的催化效果。其中MnO2粉末的催化效果更加明顯。

但通過多次實(shí)際操作，筆者認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)有以下幾點(diǎn)缺陷：

1.反應(yīng)過于劇烈。

向容積為20 mL的試管中加入5 mL 5%的H2O2溶液，再加入少量MnO2粉末（約1/4藥匙），劇烈的反應(yīng)會導(dǎo)致大量含O2氣泡的液體連同MnO2粉末溢出試管。

2.MnO2粉末很難回收，一般處理方法是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后連同試管內(nèi)剩余溶液一起倒掉。在分組學(xué)生實(shí)驗(yàn)中浪費(fèi)更多，同時造成對環(huán)境的污染。

通過多次的嘗試和改進(jìn)，筆者將MnO2粉末與水泥混合，制成水泥催化棒，成功地克服了以上MnO2粉末在該實(shí)驗(yàn)中的缺點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)用品

MnO2粉末10 g ，水泥（德清縣南方水泥）10 g，沙子80 g， 蒸餾水， 細(xì)線， 塑料板（20 cm×20 cm），廢棄小試管， 若干，玻璃棒， 藥匙。

二、制作方法

將10 g MnO2、10 g水泥、80 g沙子，置于塑料板上混合，一邊加水一邊攪拌。將混合好的水泥用藥匙小心裝入試管中，將細(xì)線埋在水泥中間（便于實(shí)驗(yàn)后從容器中取出），用玻璃棒壓實(shí)，制成長度約3 cm的水泥催化棒，可制多根用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)中。待24 h左右，水泥完全硬化，用鑷子敲碎試管，即可取出完全硬化的水泥催化棒。

三、改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn)

1.將MnO2粉末分散在水泥棒中，起到“稀釋”作用，既能起到催化效果，又不會使反應(yīng)太劇烈。

2.通過細(xì)線拉動水泥棒，可控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，不會出現(xiàn)溶液連同MnO2粉末溢出試管的情況。

3.制成的水泥棒可無限次重復(fù)使用，避免了藥品的浪費(fèi)，符合綠色環(huán)保的理念。

（收稿日期：2015-11-25）從表3可以看出，隨著催化劑用量的增加，乙酸乙酯的產(chǎn)率略有下降。因此，當(dāng)催化劑的用量為反應(yīng)物總量的2%時，乙酸乙酯的含量最高，因此最佳催化劑用量為反應(yīng)物總量的2%。

（3）按人教版教材方法用雜多酸作催化劑合成乙酸乙酯

H4SiW12O40·nH2O作催化劑為無色透明溶液，按照人教版教材實(shí)驗(yàn)方法中的乙醇（3 mL）冰醋酸（2 mL），催化劑改用H4SiW12O40·nH2O進(jìn)行酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。催化劑用量，乙酸乙酯產(chǎn)量和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象列于表4中。

表4催化劑用量，乙酸乙酯產(chǎn)量和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

催化劑用量/%乙酸乙酯產(chǎn)率/%實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象0.3177.7無色透明溶液0.2374.1無色透明溶液雜多酸作催化劑時，反應(yīng)平穩(wěn)，沒有炭化現(xiàn)象，乙酸乙酯的產(chǎn)率為77.7%，接近濃硫酸作為催化劑的產(chǎn)率，因此，可以用雜多酸替代濃硫酸用于高中化學(xué)教材乙酸乙酯的制備。

3. 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意義

（1）有利于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作的安全性

（2）有利于STS教育理念在新課程中的實(shí)施

（3）有利于綠色化學(xué)理念在新課程中的體現(xiàn)

雜多酸可作為催化劑替代腐蝕性強(qiáng)的濃硫酸用于高中化學(xué)乙酸乙酯制備反應(yīng)，不但可以消除安全隱患，避免原料發(fā)生炭化，同時在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入綠色合成理念，具有重要的人文和社會意義。

（收稿日期：2015-11-25）