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1、探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):二氧化錳的催化作用
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:
⑴ 在試管中加入約5 mL 5%的過氧化氫溶液,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
2、條復(fù)燃。說(shuō)明加熱可加速過氧化氫的分解,同時(shí)也說(shuō)明,過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(shuō)明常溫下過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。)再由加熱過氧化氫溶液,使帶火星木條復(fù)燃,說(shuō)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?gòu)某?/p>
3、下加二氧化錳,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(wú)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。
⑵ 該反應(yīng)還可以用二氧化錳
4、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(wú)二氧化錳時(shí),完全可以用以上易得的物質(zhì)做催化劑。