過氧化氫制取氧氣的新方法

摘要：探究以水泥為載體，制成粒狀MnO₂催化劑，能解決過氧化氫催化制取氧氣過程中MnO₂催化劑的回收問題，實驗現象明顯，使學生易于觀察。

關鍵詞：水泥；粒狀MnO₂催化劑；過氧化氫；實驗研究

文章編號：1005－6629(2008)03－0009－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

傳統的用H₂O₂制取O₂的方法常常存在兩個問題：（1）我們更多地關注O₂的生成量能否使帶余燼的木條復燃，往往由于回收麻煩而忽視對催化劑MnO₂粉末的回收，MnO₂隨反應液作廢液倒掉，既浪費藥品、污染環境，又不利于培養學生的節約意識和環保意識。（2）在實驗操作中，如果先在試管中放入MnO₂粉末，再加入H₂O₂，則反應相當劇烈，產生的氣流瞬間沖出試管，不利于氣體O₂的檢驗和收集。筆者在教學實踐中探討研究了用水泥作載體，用MnO₂與水泥按一定比例混合，加水攪拌制作粒狀的MnO₂催化劑，用于過氧化氫制取氧氣的實驗，實驗效果好，而且較好地解決了催化劑MnO₂粉末的回收問題。

粒狀MnO₂催化劑的制作：按照水泥∶MnO₂＝1 ∶4（質量比），加水攪拌成糊狀，然后在墊有紙的桌面上壓成0.5cm厚的塊狀，使之陰干２４小時以上，硬化后用小錘敲打成玉米粒大小，用水沖洗掉粉末，再涼干備用。

實驗：在一支大試管中裝入幾粒硬化的MnO₂催化劑，然后取5ml 10%H₂O₂注入大試管，立即發生反應，有大量氣泡平穩逸出，用帶火星的木條伸入大試管中，木條復燃。反應結束，棄掉反應液，用水沖洗粒狀的MnO₂，涼干保存，再次利用，不會松散和失效。

幾個對比實驗：

（1）在試管中先盛放5mL 10% H₂O₂，再加少量MnO₂粉末，MnO₂粉末浮在H₂O₂表面，反應立即發生，化學反應劇烈，產生大量氣泡，用帶火星的木條伸入試管內，木條復燃。反應完畢，MnO₂粉末沉入試管底部，難以回收。

（2）在試管中先放入少量MnO₂粉末，再加入5mL 10% H₂O₂，反應相當劇烈，產生的氣流瞬間沖出試管，不利于氣體O₂的檢驗和收集。

2. 粒狀MnO₂的催化實驗

先在試管內放入3~4粒粒狀的MnO₂顆粒，再加入5mL 10% H₂O₂，化學反應平穩，在硬化的MnO₂顆粒表面產生大量氣泡，用帶火星木條伸入試管內，木條復燃。反應完畢，棄去反應液，MnO₂顆粒用水洗凈涼干，備下次用。

(3)水泥的催化實驗

在試管中先放入少量水泥粉末，再加入5mL 10% H₂O₂，有微量氣泡產生，產生的氣泡附著在試管壁上，用帶火星的木條檢驗產生的氣體，不能使木條復燃；用手指堵住試管口3分鐘，再用帶火星的木條伸入試管內，帶火星的木條更亮。說明水泥對H₂O₂分解有微弱的催化作用。

結論：通過以上對比實驗得出結論，使用顆粒狀MnO₂催化劑進行實驗產生的O₂氣流量大，氣流均勻平穩，實驗現象明顯；反應后MnO₂催化劑可反復使用，解決了催化劑MnO₂粉末的回收問題，節約了藥品。操作方便、安全，可以清晰看到H₂O₂在硬化的MnO₂表面迅速分解，致使導管口產生急速的氣流聲，通過手觸感到H₂O₂分解產生的熱量。在整個反應過程中水泥僅作為載體，沒有參加化學反應。

通過這種探究實驗，使學生體驗科學探究的樂趣，強化科學探究意識，激發化學學習的興趣，增進對科學探究過程的理解，培養科學探究能力，使學生獲得學習成功的喜悅，充分體現新的化學課程理念。

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