H2O2催化分解實驗催化劑種類的探究

宗雨琳　王宇飛

摘要：“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”第二節(jié)“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”中，確定了以過氧化氫催化分解演示實驗為學(xué)生展示催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，并設(shè)立了三個科學(xué)探究實驗，但實驗效果不是太明顯?；诖?，作者對H2O2催化分解實驗催化劑種類進(jìn)行探究，尋找其作為演示實驗的最佳催化劑。

關(guān)鍵詞：過氧化氫；催化劑；種類；探究

文章編號：1008-0546（2016）06-0097-01 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.035

教材選用固體MnO2作為H2O2分解的催化劑[1]，而其他文獻(xiàn)的研究[2-3]表明除了MnO2外還有鐵、鉛、鋅、鎳、鉻、錳、銅、汞、銀及其氧化物和鹽類，強(qiáng)堿（NaOH、KOH等），綠葉類生物，鎢酸鈉、碘化鉀復(fù)合體系，唾液及豬肝中的酶以及雙金屬體系（FeCl3-CuCl2、FeCl3-KCl、FeCl3-MnCl2等）考慮到這些催化劑有的對身體有害（汞、鉛等重金屬），有的金屬價格昂貴（如銀），有的催化劑制取困難、復(fù)雜（雙金屬體系、復(fù)合體系、綠葉類生物等）。本文選用了實驗室較為常見且價格低廉的一些催化劑FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、MnSO4、CuSO4唾液等進(jìn)行了探究。在催化劑作用下雙氧水發(fā)生如下分解反應(yīng)：2H2O22H2O+O2↑。

一、實驗藥品與儀器

藥品：5%H2O2溶液、MnO2、MnSO4、FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、CuSO4，唾液。

實驗儀器：錐形瓶、燒杯、橡膠塞、導(dǎo)管、玻璃彎管、10mL量筒、50mL量筒、250mL容量瓶、25mL移液管、10mL移液管、5mL移液管、2mL移液管、水槽、秒表、藥匙、濾紙、紙槽、分析天平。

二、實驗步驟

1. 量取10mL H2O2溶液于試管中，再稱取0.05g MnO2作為催化劑加入試管中，迅速塞好帶有導(dǎo)管的橡膠塞并按下秒表，使用相應(yīng)量筒采用排水集氣法收集60s內(nèi)產(chǎn)生的氣體。

2. 同樣的方法加入MnSO4、FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、CuSO4，唾液等催化劑并收集60s內(nèi)產(chǎn)生的氣體，并記錄氣體體積，實驗數(shù)據(jù)見表1。

三、實驗結(jié)果與討論

在這個演示實驗中，根據(jù)表1實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)H2O2在常溫下分解很慢，但是在加熱的條件下會分解。本實驗研究的是何種催化劑對H2O2的催化效果較明顯并找出合適的催化劑。根據(jù)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)NaCl、KCl、Al、Zn、Al2O3、ZnO對H2O2的催化效果很不好，幾乎看不到分解的現(xiàn)象。而MnSO4、CaCl2、CuO、Fe2O3、CuSO4雖然能夠看見有氣泡產(chǎn)生，但是產(chǎn)生的氣體非常少難以收集，因此，也不適合做為H2O2分解演示實驗的催化劑。再看唾液，沒有加熱時很難觀察到氣體產(chǎn)生，但是在加熱的條件下催化分解H2O2的速率明顯比沒有加唾液時速率更快，說明唾液對H2O2的分解有一定的催化效果但是必須在加熱的條件下，且催化效果不是很理想。最后只剩下MnO2和FeCl3，對比表1中編號2和編號4兩組數(shù)據(jù)可知MnO2對H2O2的催化效果明顯強(qiáng)于FeCl3，這就是為什么中學(xué)化學(xué)教材選用MnO2作為H2O2分解的催化劑的原因。實驗證明最適合的催化劑仍然是MnO2，其次是FeCl3粉末。但是有一點需要注意，結(jié)合科學(xué)探究實驗可知，F(xiàn)eCl3如果配置成0.1mol/L的溶液時則催化效果很不明顯，難以收集到氣體，而只有用固體時才能收集到較多氣體。綜上所述，過氧化氫催化分解的演示實驗催化劑的選擇首先選擇MnO2，其次選擇FeCl3固體。實驗中取5%的過氧化氫10mL，催化劑用量取0.05g左右即能較好地完成本實驗。

參考文獻(xiàn)：

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