數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究酸度對(duì)過(guò)氧化氫分解速率的影響

蔣蓓蓓

摘 要：在不同的pH條件下，采用兩種催化劑氯化鐵和碘化鉀。使用氧氣傳感器，對(duì)過(guò)氧化氫的分解速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。速率常數(shù)在pH較低時(shí)，酸性較強(qiáng)時(shí)抑制過(guò)氧化氫分解。速率常數(shù)在pH=4～7時(shí)，對(duì)過(guò)氧化氫的分解幾乎無(wú)影響。溶液堿性的增強(qiáng)加快過(guò)氧化氫的分解。

關(guān)鍵詞：過(guò)氧化氫分解速率；酸度；實(shí)驗(yàn)探究

一、本課題的研究背景

實(shí)驗(yàn)常用二氧化錳催化過(guò)氧化氫分解制備氧氣。其實(shí)不少中學(xué)生熟悉哪些物質(zhì)可以催化過(guò)氧化氫的分解，除二氧化錳外還有氯化鐵、碘化鉀、馬鈴薯、豬肝等。文獻(xiàn)中也不乏催化過(guò)氧化氫分解物質(zhì)的探究。但是，實(shí)驗(yàn)中，對(duì)酸度對(duì)過(guò)氧化氫溶液分解的影響研究的較少?；谝陨峡紤]，本文旨在研究溶液酸堿性對(duì)過(guò)氧化氫分解的速率的影響。

二、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品、實(shí)驗(yàn)步驟

1.實(shí)驗(yàn)藥品

H2O2溶液，0.3 mol/L KI溶液，3.0 mol/L H2SO4溶液。3.0 mol/L NaOH溶液。0.3 mol/L FeCl3溶液。

2.實(shí)驗(yàn)儀器

采集器、軟件系統(tǒng)、O2傳感器、攪拌子、三頸燒瓶、注射器。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）三頸燒瓶中加入10mL 0.3mol/L KI溶液（催化劑）

（2）連接數(shù)據(jù)采集器，PH傳感器，打開(kāi)電腦軟件，測(cè)定H2O2溶液的pH記錄。

（3）注射器吸取20mL H2O2溶液

（4）將pH傳感器更換為O2傳感器，重新打開(kāi)軟件。實(shí)驗(yàn)裝置圖如下圖所示。

（5）點(diǎn)擊采集。向燒瓶中注入H2O2

（6）當(dāng)氧氣含量不再變化時(shí)，停止采集。記錄數(shù)據(jù)

（7）分別用3.0 mol/L H2SO4溶液，3.0 mol/L NaOH溶液獲得不同pH值的H2O2溶液，重復(fù)（1）～（6）的操作。

（8）改用0.3 mol/L FeCl3溶液為催化劑，重復(fù)（1）～（6）的操作。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1.以碘化鉀為催化劑，探究不同酸度下H2O2的分解速率

下面表1以碘化鉀為催化劑，催化分解不同酸度的過(guò)氧化氫溶液，O2含量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：以碘化鉀做催化劑。在該實(shí)驗(yàn)中，存在反應(yīng)H2O2+KI=I2+2KOH，酸性較強(qiáng)時(shí)，利于I2的生成，I2溶解在碘化物中，溶液顏色加深。堿性較強(qiáng)時(shí)，上述反應(yīng)受到阻礙，溶液顏色變淺。在酸性環(huán)境下，H2O2的分解速率降低，隨著酸性減弱，pH值增大，H2O2的分解速率提高，在中性條件下，分解速率達(dá)到最大值。在強(qiáng)堿性條件下，繼續(xù)隨著pH值增大，H2O2的分解速率降低。

2. 以氯化鐵為催化劑，探究不同酸度下H2O2的分解速率

下面表2以氯化鐵為催化劑，催化分解不同酸度的過(guò)氧化氫溶液，O2含量隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：以氯化鐵做催化劑。該實(shí)驗(yàn)中存在Fe3+的水解平衡，酸性環(huán)境下，F(xiàn)e3+水解受到抑制，溶液顏色較淺。PH值變大，F(xiàn)e3+水解平衡右移，F(xiàn)e（OH）3增大，溶液呈現(xiàn)紅褐色。在酸性環(huán)境下，H2O2的分解速率降低，隨著酸性減弱，pH值增大，H2O2的分解速率提高。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原理解析

對(duì)于過(guò)氧化氫的分解反應(yīng)，既有酸度對(duì)本身H2O2分解的影響，也有酸度對(duì)催化劑催化作用、酸度對(duì)過(guò)氧化氫的催化作用等多方面的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，堿性增強(qiáng)，分解速率增加。證明酸度對(duì)堿性機(jī)理的影響較大。總的來(lái)說(shuō)，堿性增強(qiáng)對(duì)過(guò)氧化氫的分解速率有促進(jìn)作用。

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