分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的作用實驗改進

王海生 李焱 許九奎

摘要：將粉末狀二氧化錳制作成“二氧化錳凝塊”，并基于“二氧化錳凝塊”設計學生實驗活動，引導學生通過自主探究找到“改變反應速率”“質量不變”“化學性質不變”三個特征，從而幫助學生真正自主建構催化劑這一核心概念；用改進后的“二氧化錳凝塊”進行實驗，不僅提高了實驗效果，還極大方便了二氧化錳的回收利用，充分體現綠色化學理念。

關鍵詞：實驗改進；二氧化錳凝塊；催化劑；綠色化學

文章編號：1008-0546（2022）01-0095-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.023

人教版教材第二單元課題3“制取氧氣”的內容中，在P38頁的【探究】活動中通過實驗引導學生認識并形成“催化劑”的概念時，使用粉末狀二氧化錳進行實驗，存在兩個問題：一是過氧化氫溶液與二氧化錳粉末接觸充分，反應劇烈，形成了黑色的二氧化錳懸濁液，不利于學生對實驗現象的觀察；二是由于反應后粉末狀二氧化錳的分離需要經過過濾、洗滌、干燥等過程，用時長且操作繁瑣，過程中還會有干燥方法的選擇、二氧化錳附著在濾紙上等實際問題難以處理，故難以驗證催化劑在“反應前后質量不變”這一特點，不利于學生充分理解并形成核心概念。

快速堵漏靈是一種凝結硬化快，小時強度高，具有微膨脹的水硬性材料，此原料無毒無味[1]；白乳膠的主要成分是聚乙烯醇，無毒，可以和水以任意比例互溶[2]，加入后可以使凝塊更緊實，表面無顆粒脫落。

2.制作方法

為了解決上述2個問題，筆者一方面將粉末狀二氧化錳制成“二氧化錳凝塊”，便于驗證催化劑“反應前后質量不變”的特點；另一方面基于“二氧化錳凝塊”的改進，重新設計實驗探究的過程，從而更好地引導學生通過實驗探究，并基于證據推理形成催化劑這一核心概念。

一、“二氧化錳凝塊”的制作

1.制作原料和器材

快速堵漏靈（衛生間漏水維修用的，如圖1所示）、二氧化錳粉末、白乳膠、自來水、一次性塑料吸管（如圖2所示）和電動牙刷。

（1）將二氧化錳粉末和堵漏靈按質量比1∶1混合均勻，加入適量水和白乳膠調和成糊狀，由于堵漏靈的凝固速度很快，糊狀物要有一定的流動性。

（2）將調和好的糊狀物裝入塑料模具中，凝固后，凝塊不會與塑料粘連，能保持良好的外形。經多次探索比較，筆者將糊狀物灌裝入一次性塑料吸管的頭部，凝固后的凝塊性能優異。這樣制作出的凝塊外形類似膠囊，表面光滑，結塊緊實，沒有顆粒物脫落，有很強的抗外力能力，即使從1m高處掉落也不會破損。

（3）借鑒混凝土澆筑時振動棒的作用，灌裝糊狀物時要充分振動模具，排出混合物中的氣泡，達到結塊緊實的目的。振動時可以用手指彈，有條件的可以用超聲波電動牙刷接觸模具外壁，效果更佳。

（4）由于混合物的膨脹率不高，將裝入模具中的混合物陰干、晾干均可，24小時即可硬化脫模。脫模時只需要撕掉表面的塑料模具，再用砂紙打磨部分邊角，形似膠囊的“二氧化錳凝塊”（如圖3所示）就制作完成了。

二、基于“二氧化錳凝塊”的實驗過程及說明

1.實驗過程

按圖4所示方案進行實驗。實驗后，通過對比步驟①③認識催化劑“可加快反應速率”的特點，通過對比②④認識催化劑“反應前后質量不變”的特點，通過對比③⑤認識催化劑“反應前后化學性質不變”的特點。

2.實驗說明

（1）關于過氧化氫濃度的選擇

人教版教材實驗中用的是5%的過氧化氫溶液，由于“二氧化錳凝塊”與二氧化錳粉末相比，接觸面積相對較小，故將過氧化氫溶液的濃度提高到10%，可使產生氧氣速率適中。

（2）關于“二氧化錳凝塊”尺寸

制成的“二氧化錳凝塊”為膠囊狀，圓柱體直徑約1cm，長4cm，能很好的裝入試管中，用試管完成實驗時只需要一粒“二氧化錳凝塊”，用錐形瓶大量制氧氣時可用多粒“二氧化錳凝塊”。

（3）干燥方法的選擇

若用干燥的“二氧化錳凝塊”進行實驗，實驗后取出的凝塊需要用水沖洗，然后用電熱吹風機吹干，但徹底吹干耗時較長。所以筆者采用“吸附飽和法”，實驗前先將“二氧化錳凝塊”在水中浸泡（5分鐘即可），使其充分吸附水分，取出后用吸水紙（過濾用的濾紙即可）吸干表面水分，裝入試劑瓶備用。

實驗時先稱量預處理過的備用“二氧化錳凝塊”的質量m1，實驗后取出“二氧化錳凝塊”用水沖洗，然后用吸水紙吸干表面水分后，再次稱量“二氧化錳凝塊”的質量m2，可以很好地驗證出“二氧化錳在反應前后質量不變（即m1=m2）”的結論。該方法操作簡便，耗時短，實驗效果好。

（4）對比驗證“二氧化錳凝塊”的催化效果

考慮到“二氧化錳凝塊”中含有堵漏劑和白乳膠，為了設置對照證明二氧化錳的作用，筆者用相同的方法制作了堵漏劑和白乳膠的混合物凝塊（如圖5所示），并進行了圖6所示的對比實驗，發現：“二氧化錳凝塊”與過氧化氫溶液作用時產生大量氣泡，而“混合凝塊”與過氧化氫溶液作用時只在表面產生極少量細小氣泡。

三、實驗改進的優點

本實驗中將二氧化錳粉末制作成“二氧化錳凝塊”進行實驗，主要有如下幾個優點。

1.使用“二氧化錳凝塊”進行實驗，反應速率適中，且未形成黑色的二氧化錳懸濁液，便于觀察實驗現象。

2.使用“二氧化錳凝塊”催化分解過氧化氫溶液制取氧氣時，可用啟普發生器或圖7所示的“類啟普發生器”裝置，實現制氧氣時可隨時控制反應的發生和停止。

3.使用“二氧化錳凝塊”替代二氧化錳粉末進行實驗，對人教版教材的探究活動作了很好的補充，使學生在實驗過程中真實地認識到了“催化劑在化學反應前后質量不變”這一特點，從而完善并深化了學生對催化劑的認知。

4.使用“二氧化錳凝塊”替代二氧化錳粉末進行實驗，極大地方便了二氧化錳的回收，進而真正實現了二氧化錳的再利用，更符合綠色化學理念。

參考文獻

[1]快速堵漏劑[360百科].https：//baike.so.com/doc/6826973-7044162.html，202009.

[2]王麗麗，吳暾艷，張艷華，譚宗俊.過氧化氫催化分解制備氧氣的實驗改進研究[J].化學教學，2019（6）：73-75.