H2O2催化分解實驗催化劑種類的探究

宗雨琳　王宇飛

摘要：“化學反應速率和化學平衡”第二節“影響化學反應速率的因素”中，確定了以過氧化氫催化分解演示實驗為學生展示催化劑對化學反應速率的影響，并設立了三個科學探究實驗，但實驗效果不是太明顯。基于此，作者對H2O2催化分解實驗催化劑種類進行探究，尋找其作為演示實驗的最佳催化劑。

關鍵詞：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 文獻標識碼：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，強堿（NaOH、KOH等），綠葉類生物，鎢酸鈉、碘化鉀復合體系，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、復雜（雙金屬體系、復合體系、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唾液等進行了探究。在催化劑作用下雙氧水發生如下分解反應：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，迅速塞好帶有導管的橡膠塞并按下秒表，使用相應量筒采用排水集氣法收集60s內產生的氣體。

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內產生的氣體，并記錄氣體體積，實驗數據見表1。

三、實驗結果與討論

在這個演示實驗中，根據表1實驗數據可以發現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。根據數據可以發現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象。而MnSO4、CaCl2、CuO、Fe2O3、CuSO4雖然能夠看見有氣泡產生，但是產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4兩組數據可知MnO2對H2O2的催化效果明顯強于FeCl3，這就是為什么中學化學教材選用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，結合科學探究實驗可知，FeCl3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：

[1] 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書：化學反應原理（選修4）（2007年版）[M].北京：人民教育出版社，2007：23

[2] 趙宏祥.對催化劑概念的準確把握與應用[J].中學理科：初中數理化，2000，11（65）：65-66

[3] 史小俠.過氧化氫分解常見問題解答 [J].教學園地，2010，14（10）：118