文档介绍：过氧化氢催化分解制取氧气实验的探究与改进
摘要:本文探究了人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材中“二氧化锰做催化剂分解过氧化氢溶液制取氧气”的实验中存在的问题,并进行了验证和改进。
关键词:过氧化氢;催化剂;实验改进
中图分类号:O6-3 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)38-0246-02
按照人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材制取氧气的实验中,我们发现产生的氧气中伴随着大量的白色物质,影响实验效果。在查阅了相关制备实验后,发现没有对于此物质的描述。那么这种白色物质究竟是什么?如何消除?是否可以采用其他催化剂来代替二氧化锰,使其产生的氧气中没有这种白色物质且催化效果相似或者更好。鉴于以上考虑,我们通过查阅资料,设计实验,并进行了如下的实验探究测定。
一、实验设计一
。在催化剂的作用下,过氧化氢分解生成水和氧气:2H2O2=H2O+O2↑。
。仪器:具支试管、分液漏斗、水槽、玻璃导管、铁架台及其配件,小试管、橡皮管、纸槽、量筒
试剂:15%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末。
(如下)。
。①如图所示,连接装置。②检验装置气密性(双手捂住具支试管或者采用酒精灯稍微加热具支试管底部,看导气管口是否有气泡产生)。③用量筒量取适量的15%过氧化氢溶液,加入分液漏斗中。④用天平称量适量的二氧化锰粉末。⑤将二氧化锰加入具支试管中并迅速盖上试管塞,以一秒一滴的速度滴下过氧化氢溶液,观察产生的气体。⑥实验后将导管烘干并观察管壁。⑦实验完毕,整理器材。
。产生的气体中没有伴随着白色物质,导管内壁无固体颗粒。产生的氧气中伴随的物质初步判定为水蒸气。把装置图中装有浓硫酸的洗气瓶换成装有无水硫酸铜固体的干燥管,按照实验设计中的步骤再次进行实验。结果发现:白色的无水硫酸铜变成蓝色。
。产生的氧气中伴随的白色物质为水蒸气。
二、实验设计二
,很多离子如Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Cr3+、OH-等都能加速H2O2的分解。因此,催化分解是H2O2的一种特性[1]。Weiss提出了复相催化机理:S+H2O2→S++OH-+·OH,H2O2+·OH→H2O+·HO2,S++O-2→S+O2,S+·HO2→S++HO-2,S++O-2→S+HO2,S、S+分别代表(不带电荷或带电荷的)金属氧化物,催化剂表面的基本作用是电子转移,根据以上反应机理,许多物质都能催化H2O2快速分解制取O2[1]。为此,我们对不同催化剂的催化效果进行了探究,并且对铁离子的催化分解的机理进行了如下的初步解释:①2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑该反应为氧化还原反应,在该反应中Fe3+为氧化剂,还原产物为Fe2+, H2O2做还原剂,氧化产物为O2。该反应的电动势[2]
Eθ=φθ(Fe3+/Fe2+)-φθ(H2O2/O2)=-=>0。② 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。该反应也为氧化还原反应,在该反应中H2O2为氧化剂,还原产物为H2O,Fe2+做还原剂,氧化产物为Fe3+。该反应的电动势[2