初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之五氧化錳的催化作用
1.化學(xué)反應(yīng)原理：
過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，在常溫下就能緩慢分解放出氧氣。但速度較慢，不易察覺(jué)。在過(guò)氧化氫溶液中加入適量二氧化錳后，能立即有氧氣迅速放出。在此反應(yīng)中，二氧化錳是催化劑，能加速該反應(yīng)的發(fā)生。
2.實(shí)驗(yàn)儀器：試管、酒精燈、藥匙(或紙槽)、木條等。
實(shí)驗(yàn)藥品：5%的過(guò)氧化氫溶液、二氧化錳等。
3.探究方案：
⑴ 在試管中加入約5 mL 5%的過(guò)氧化氫溶液，將一根較長(zhǎng)的帶火星木條伸入試管內(nèi)試驗(yàn)，木條不復(fù)燃，證明無(wú)氧氣放出。(準(zhǔn)確地說(shuō)，是放出氧氣速度慢。)如圖7-1。
⑵ 將上述過(guò)氧化氫溶液在酒精燈上微加熱一會(huì)，再用帶火星的木條試驗(yàn)，木條復(fù)燃。說(shuō)明加熱可加速過(guò)氧化氫的分解，同時(shí)也說(shuō)明，過(guò)氧化氫本身可以分解，以此說(shuō)明催化劑不能改變反應(yīng)的方向。如圖7-2。
⑶ 另取一支試管，在其中加入約5 mL 5%的過(guò)氧化氫溶液，用帶火星的木條試驗(yàn)不復(fù)燃后，立即加入少量的二氧化錳粉末。再用帶火星的木條試驗(yàn)，木條復(fù)燃。證明二氧化能加速過(guò)氧化氫的分解速率。如圖7-3。
4.探究評(píng)價(jià)：
該實(shí)驗(yàn)先由常溫下過(guò)氧化氫溶液不能使帶火星木條復(fù)燃，說(shuō)明常溫下過(guò)氧化氫溶液不能放出氧氣(準(zhǔn)確地說(shuō)，是放出氧氣速率低，不足以使帶火星的木條復(fù)燃。)再由加熱過(guò)氧化氫溶液，使帶火星木條復(fù)燃，說(shuō)明過(guò)氧化氫本身能放出氧氣。為講清催化劑的作用，此實(shí)驗(yàn)不能忽視。再?gòu)某叵录佣趸i，有氧氣快速放出說(shuō)明二氧化錳能加速該反應(yīng)。是該反應(yīng)的催化劑。
使該實(shí)驗(yàn)也存在某些缺點(diǎn)，一是需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，二是沒(méi)能檢測(cè)反應(yīng)后二氧化錳的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。
5. 資源開(kāi)發(fā)：
⑴ 在帶凸起的雙叉試管中，一邊加入約1 g的二氧化錳，試管口稍傾斜向上固定在鐵架臺(tái)上，小心加入5 mL 5%的過(guò)氧化氫溶液。如圖7-4所示。
先用帶火星的木條試驗(yàn)，木條不復(fù)燃，證明無(wú)氧氣放出。小心扭動(dòng)又叉試管，使過(guò)氧化氫溶液傾入另一管中，再用帶火星木條試驗(yàn)，木條立即復(fù)燃，并產(chǎn)生明亮的白色火焰。證明有氧氣放出。
此實(shí)驗(yàn)有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象，時(shí)間短，用于演示實(shí)驗(yàn)效果很好。
⑵ 該反應(yīng)還可以用二氧化錳催化氯酸鉀分解代替。也可以用雙叉試管實(shí)驗(yàn)。
在雙叉試管兩邊各放入1 g左右的二氧化錳和3 g左右的氯酸鉀，固定在鐵架臺(tái)上，用帶火星的木條試驗(yàn)。木條不復(fù)燃。再分別用兩只酒精燈分別在兩邊加熱至氯酸鉀熔化，用帶火星的木條試驗(yàn)，木條不復(fù)燃。如圖7-5。
移開(kāi)酒精燈停止加熱，并小心將又叉管傾斜，使二氧化錳傾入氯酸鉀中，再用帶火星木條試驗(yàn)。木條立即復(fù)燃，并產(chǎn)生明亮的白色火焰。證明有氧氣迅速放出。
6.創(chuàng)新思維：
在實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的實(shí)驗(yàn)中，二氧化錳并不是唯一的催化劑。筆者親自實(shí)驗(yàn)過(guò)幾種不同物質(zhì)對(duì)氯酸鉀和過(guò)氧化氫溶液的催化效果，又從資料中查閱到，有人也曾做過(guò)類似實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有很多物質(zhì)對(duì)過(guò)氧化氫和氯酸鉀分解都具有催化作用，甚至有的表現(xiàn)出比二氧化錳更好的催化效果。這些物質(zhì)包括：TiO2、V2O5、Cr2O3、MoO3、P2O5、MnSO4、NaHSO4、Na2S2O4、Ca2P2O7、CuO、Fe2O3、PbO2、ZnO、Al2O3、Al2(SO4)3、CaCl2、KCl、NaCl、CaO、SiO2、堿石灰、細(xì)砂子、粉筆灰、碎瓷粉、磚瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe2O3、CuO、PbO2等的實(shí)際效果，從表面上看，比MnO2的催化效果還要更好些。因此實(shí)驗(yàn)若無(wú)二氧化錳時(shí)，完全可以用以上易得的物質(zhì)做催化劑。
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