二氧化錳催化分解過氧化氫的探究性實驗設計

李 焱

（石家莊市教育科學研究所 河北 石家莊 05000）

一、問題的提出

義務教育課程標準實驗教科書《化學》九年級上冊（人民教育出版社）P37通過兩個實驗探究了二氧化錳對過氧化氫分解的催化作用。［實驗2-5］（1）在試管中加入5 mL5%的過氧化氫溶液，把帶火星的木條伸入試管，木條是否復燃？（2）向上述試管中加入少量二氧化錳，把帶火星的木條伸入試管。觀察發生的現象（如圖1所示）。［實驗2-6］待實驗2-5的試管中沒有氣泡時，重新加入過氧化氫溶液，觀察發生的現象。

圖1

上述探究過程中存在的不足之處：

1．［實驗2-6］一般是在［實驗2-5］所用的試管中繼續實驗，所以雖然觀察到的現象和［實驗2-5］的實驗（1）相比，產生氣泡的速率明顯比較快，但是如果和［實驗2-5］的實驗（2）相比，由于加入的過氧化氫溶液被稀釋，所以產生氣泡的速率并不相同，所以通過［實驗2-5］的實驗（2）和［實驗2-6］的對比不能充分說明二氧化錳在反應前后性質不變這一特點。

2．在實驗過程中都是通過視覺的觀察來定性地判斷反應的快慢，對二氧化錳的催化效果體現得不明顯。

3．由于實驗室常用的二氧化錳是粉末狀，從反應后的溶液中分離出來比較困難，所以對催化劑需要滿足的三個條件之一——反應前后質量不變，驗證起來比較困難。

鑒于上述原因，我們通過研究，對這一探究過程進行了改進。

二、實驗裝置和實驗藥品的改進設計

1．塊狀二氧化錳的制作：將水泥和二氧化錳粉末按照質量為1∶4的比例混合均勻，加入適量水攪拌呈糊狀，然后用手（戴上一次性手套）捏成黃豆粒大小的顆粒，陰干24小時以上，用水沖掉表面的粉末，再晾干備用。

2．實驗裝置的設計（如圖2所示）。

圖2

三、實驗過程

［步驟一］稱量0.5 g塊狀二氧化錳裝入D中，在A、B中分別加入5 mL和10 mL5%的過氧化氫溶液，在E、F中裝滿水，按如圖所示將裝置連接好。

［步驟二］將A、B中的過氧化氫溶液各5 mL分別同時注入到C、D中，可以觀察到：D中產生氣泡的速率明顯比C中快，而且在相同時間內進入到N中的水明顯比M中多。待C、D中反應完畢后，用帶火星的木條伸入到集氣瓶E、F中，可看到木條復燃。說明二氧化錳可以加快過氧化氫的分解速率。

［步驟三］將D中反應后的液體排放到燒杯H中，在F中重新裝滿水，將B中剩余的5 mL過氧化氫溶液加入到D中。可以觀察到D中仍然迅速產生氣泡，且進入到N中水的量與步驟二中相同。說明二氧化錳在反應前后性質沒有發生變化。

［步驟四］將D中反應后的液體排放到燒杯H中，并從D中取出塊狀的二氧化錳，干燥、冷卻后稱量，其質量仍為0.5 g。說明反應前后二氧化錳的質量沒有發生變化。

四、實驗改進后的優點

1.改進后的實驗通過排出水的體積由定性變為半定量的方法觀察二氧化錳的催化效果，使實驗結果更具說服力。

2.改進后的實驗，在驗證二氧化錳在反應前后性質沒有發生變化時，能夠更好地控制“過氧化氫溶液的量和濃度”兩個變量均不變化，更好地說明結果。

3.塊狀二氧化錳便于固液分離，既滿足了上述對“過氧化氫溶液的量和濃度”兩個變量的控制，又滿足了反應前后二氧化錳質量的稱量。