2022年初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之五氧化錳的催化作用

　　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。在過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%的過氧化氫溶液、二氧化錳等。
　　3．探究方案：
　�、� 在試管中加入約5 mL 5%的過氧化氫溶液，將一根較長的帶火星木條伸入試管內(nèi)試驗(yàn)，木條不復(fù)燃，證明無氧氣放出。（準(zhǔn)確地說，是放出氧氣速度慢。）如圖7-1。
　　  
　�、� 將上述過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。說明加熱可加速過氧化氫的分解，同時(shí)也說明，過氧化氫本身可以分解，以此說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)先由常溫下過氧化氫溶液不能使帶火星木條復(fù)燃，說明常溫下過氧化氫溶液不能放出氧氣（準(zhǔn)確地說，是放出氧氣速率低，不足以使帶火星的木條復(fù)燃。）再由加熱過氧化氫溶液，使帶火星木條復(fù)燃，說明過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。再從常溫下加二氧化錳，有氧氣快速放出說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，二是沒能檢測反應(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，證明無氧氣放出。小心扭動(dòng)又叉試管，使過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。
　�、� 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)過幾種不同物質(zhì)對(duì)氯酸鉀和過氧化氫溶液的催化效果，又從資料中查閱到，有人也曾做過類似實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有很多物質(zhì)對(duì)過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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