探究催化劑對過氧化氫分解實驗的影響

周凡淇 曾子淵

我們在九年級學習化學第二單元《氧氣的性質(zhì)》時，學到了利用過氧化氫溶液制氧氣的實驗。該實驗使用二氧化錳作為反應的催化劑，當時我們就在想：還有沒有其他物質(zhì)可作為過氧化氫分解的催化劑呢？

學習結(jié)束后，我們查閱了相關文獻，了解到還有其他物質(zhì)（如氧化銅、氯化鐵等）可以作為反應的催化劑。那么為何課本要選擇二氧化錳而不是使用其他物質(zhì)作為催化劑呢？帶著這個問題，我們再次查閱文獻，并在化學老師的指導下，設計了兩個探究實驗：一是不同催化劑在同一狀態(tài)下的催化效果，二是同種催化劑在不同狀態(tài)下的催化效果。

一、實驗原理

人教版選修4《化學反應原理》指出，影響化學反應速率的主要因素是反應物的性質(zhì)，這是內(nèi)在因素。而使用催化劑能夠減少反應所需的能量，使更多的反應物分子成為活化分子，從而成千上萬倍地增大反應速率。

二、實驗材料及方法

1.實驗藥品。

5%的過氧化氫溶液、二氧化錳、氯化鐵、氧化銅。

2.實驗儀器。

酒精燈、石棉網(wǎng)、試管、水槽、集氣瓶、錐形瓶、長頸漏斗、天平、量筒、木塞（雙孔）、秒表、三腳架、紗布。

3.實驗步驟。

（1）實驗一：

①檢查用過氧化氫溶液制取氧氣裝置的氣密性，然后用木塞塞緊試管口，用量筒量取10mL過氧化氫溶液，從長頸漏斗處注入錐形瓶，右端用排水法收集生成的氧氣;記錄2分鐘內(nèi)生成的氧氣體積。

②稱取5g二氧化錳，用紗布包裹，放入錐形瓶中，重復步驟①。

③將二氧化錳分別替換成氯化鐵、氧化銅，重復步驟②。

（2）實驗二：

將錐形瓶放在三腳架上，用酒精燈加熱，重復實驗一的步驟②。

三、實驗結(jié)果和分析

實驗一：從現(xiàn)象來看，相比于無催化劑的過氧化氫溶液，二氧化錳、氯化鐵，氧化銅作為催化劑時都能明顯看到有氣泡冒出?？梢?，有無催化劑，的確能影響反應效果。催化劑不同，對反應的催化效果也不同。二氧化錳、氯化鐵、氧化銅都對過氧化氫溶液分解有催化作用，且二氧化錳的催化作用更好。

實驗二：從現(xiàn)象來看，用酒精燈加熱后，氣泡冒出速度明顯加快，收集氧氣速度變快。由此可見，溫度的變化對催化效果有影響，且在本實驗中，溫度越高，反應速率越快。

結(jié)論：在化學實驗中，催化劑種類的不同，溫度的不同等都可能對反應產(chǎn)生影響。故在設計實驗時，可以嘗試多種因素對實驗的影響，從而得出提高反應效率、節(jié)省實驗時間的最佳方法。

四、實驗創(chuàng)新點和意義

我們在課本單一變量、簡單實驗的基礎上，采用了控制變量法，對比探究了多種因素對反應速率的影響，不僅能夠讓實驗更豐富，也豐富了我們的化學知識。同時，我們在研究中還改進了實驗裝置，使催化劑便于取出，這樣一方面能使催化劑質(zhì)量和化學性質(zhì)的驗證更為簡便，另一方面減少了實驗藥品的浪費，符合綠色化學的原則。

（指導老師：張 智 鄧海英）