數字化實驗探究酸度對過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，對過氧化氫的分解速率進行實驗測定。速率常數在pH較低時，酸性較強時抑制過氧化氫分解。速率常數在pH=4～7時，對過氧化氫的分解幾乎無影響。溶液堿性的增強加快過氧化氫的分解。

關鍵詞：過氧化氫分解速率；酸度；實驗探究

一、本課題的研究背景

實驗常用二氧化錳催化過氧化氫分解制備氧氣。其實不少中學生熟悉哪些物質可以催化過氧化氫的分解，除二氧化錳外還有氯化鐵、碘化鉀、馬鈴薯、豬肝等。文獻中也不乏催化過氧化氫分解物質的探究。但是，實驗中，對酸度對過氧化氫溶液分解的影響研究的較少。基于以上考慮，本文旨在研究溶液酸堿性對過氧化氫分解的速率的影響。

二、實驗儀器與藥品、實驗步驟

1.實驗藥品

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.實驗儀器

采集器、軟件系統、O2傳感器、攪拌子、三頸燒瓶、注射器。

3.實驗步驟

（1）三頸燒瓶中加入10mL 0.3mol/L KI溶液（催化劑）

（2）連接數據采集器，PH傳感器，打開電腦軟件，測定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，重新打開軟件。實驗裝置圖如下圖所示。

（5）點擊采集。向燒瓶中注入H2O2

（6）當氧氣含量不再變化時，停止采集。記錄數據

（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（1）～（6）的操作。

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

三、實驗數據分析

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氧化氫溶液，O2含量隨時間變化的曲線關系。

實驗現象與實驗結論：以碘化鉀做催化劑。在該實驗中，存在反應H2O2+KI=I2+2KOH，酸性較強時，利于I2的生成，I2溶解在碘化物中，溶液顏色加深。堿性較強時，上述反應受到阻礙，溶液顏色變淺。在酸性環境下，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，分解速率達到最大值。在強堿性條件下，繼續隨著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氧化氫溶液，O2含量隨時間變化的曲線關系。

實驗現象與實驗結論：以氯化鐵做催化劑。該實驗中存在Fe3+的水解平衡，酸性環境下，Fe3+水解受到抑制，溶液顏色較淺。PH值變大，Fe3+水解平衡右移，Fe（OH）3增大，溶液呈現紅褐色。在酸性環境下，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、實驗數據原理解析

對于過氧化氫的分解反應，既有酸度對本身H2O2分解的影響，也有酸度對催化劑催化作用、酸度對過氧化氫的催化作用等多方面的影響。根據實驗數據結果，堿性增強，分解速率增加。證明酸度對堿性機理的影響較大。總的來說，堿性增強對過氧化氫的分解速率有促進作用。

參考文獻：

[1]吳洪達，黃眏恒.過氧化氫的分解產物[J].河池師專學報（自然科學版），22（2）：27-30.

[2]許志忠，李曉春.過氧化氫影響因素分析[J].河南紡織高等專科學校，28（1）：33-38.

[3]陳承聲，區永麟.利用手持技術探究過氧化氫的分解[J].廣東教育學院報，27（3）：59-63.