初中化學實驗設計之五氧化錳的催化作用

1.化學反應原理：

過氧化氫不穩定，在常溫下就能緩慢分解放出氧氣。但速度較慢，不易察覺。在過氧化氫溶液中加入適量二氧化錳后，能立即有氧氣迅速放出。在此反應中，二氧化錳是催化劑，能加速該反應的發生。

2.實驗儀器：試管、酒精燈、藥匙(或紙槽)、木條等。

實驗藥品：5%的過氧化氫溶液、二氧化錳等。

3.探究方案：

⑴ 在試管中加入約5 mL 5%的過氧化氫溶液，將一根較長的帶火星木條伸入試管內試驗，木條不復燃，證明無氧氣放出。(準確地說，是放出氧氣速度慢。)如圖7-1。

⑵ 將上述過氧化氫溶液在酒精燈上微加熱一會，再用帶火星的木條試驗，木條復燃。說明加熱可加速過氧化氫的分解，同時也說明，過氧化氫本身可以分解，以此說明催化劑不能改變反應的方向。如圖7-2。

⑶ 另取一支試管，在其中加入約5 mL 5%的過氧化氫溶液，用帶火星的木條試驗不復燃后，立即加入少量的二氧化錳粉末。再用帶火星的木條試驗，木條復燃。證明二氧化能加速過氧化氫的分解速率。如圖7-3。

4.探究評價：

該實驗先由常溫下過氧化氫溶液不能使帶火星木條復燃，說明常溫下過氧化氫溶液不能放出氧氣(準確地說，是放出氧氣速率低，不足以使帶火星的木條復燃。)再由加熱過氧化氫溶液，使帶火星木條復燃，說明過氧化氫本身能放出氧氣。為講清催化劑的作用，此實驗不能忽視。再從常溫下加二氧化錳，有氧氣快速放出說明二氧化錳能加速該反應。是該反應的催化劑。

使該實驗也存在某些缺點，一是需要的時間比較長，二是沒能檢測反應后二氧化錳的質量和化學性質不變。

5. 資源開發：

⑴ 在帶凸起的雙叉試管中，一邊加入約1 g的二氧化錳，試管口稍傾斜向上固定在鐵架臺上，小心加入5 mL 5%的過氧化氫溶液。如圖7-4所示。

先用帶火星的木條試驗，木條不復燃，證明無氧氣放出。小心扭動又叉試管，使過氧化氫溶液傾入另一管中，再用帶火星木條試驗，木條立即復燃，并產生明亮的白色火焰。證明有氧氣放出。

此實驗有明顯的反應現象，時間短，用于演示實驗效果很好。

⑵ 該反應還可以用二氧化錳催化氯酸鉀分解代替。也可以用雙叉試管實驗。

在雙叉試管兩邊各放入1 g左右的二氧化錳和3 g左右的氯酸鉀，固定在鐵架臺上，用帶火星的木條試驗。木條不復燃。再分別用兩只酒精燈分別在兩邊加熱至氯酸鉀熔化，用帶火星的木條試驗，木條不復燃。如圖7-5。

移開酒精燈停止加熱，并小心將又叉管傾斜，使二氧化錳傾入氯酸鉀中，再用帶火星木條試驗。木條立即復燃，并產生明亮的白色火焰。證明有氧氣迅速放出。

6.創新思維：

在實驗室制取氧氣的實驗中，二氧化錳并不是唯一的催化劑。筆者親自實驗過幾種不同物質對氯酸鉀和過氧化氫溶液的催化效果，又從資料中查閱到，有人也曾做過類似實驗，發現有很多物質對過氧化氫和氯酸鉀分解都具有催化作用，甚至有的表現出比二氧化錳更好的催化效果。這些物質包括：TiO2、V2O5、Cr2O3、MoO3、P2O5、MnSO4、NaHSO4、Na2S2O4、Ca2P2O7、CuO、Fe2O3、PbO2、ZnO、Al2O3、Al2(SO4)3、CaCl2、KCl、NaCl、CaO、SiO2、堿石灰、細砂子、粉筆灰、碎瓷粉、磚瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe2O3、CuO、PbO2等的實際效果，從表面上看，比MnO2的催化效果還要更好些。因此實驗若無二氧化錳時，完全可以用以上易得的物質做催化劑。

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