H2O2催化分解实验催化剂种类的探究

宗雨琳　王宇飞

摘要：“化学反应速率和化学平衡”第二节“影响化学反应速率的因素”中，确定了以过氧化氢催化分解演示实验为学生展示催化剂对化学反应速率的影响，并设立了三个科学探究实验，但实验效果不是太明显。基于此，作者对H2O2催化分解实验催化剂种类进行探究，寻找其作为演示实验的最佳催化剂。

关键词：过氧化氢；催化剂；种类；探究

文章编号：1008-0546（2016）06-0097-01 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.035

教材选用固体MnO2作为H2O2分解的催化剂[1]，而其他文献的研究[2-3]表明除了MnO2外还有铁、铅、锌、镍、铬、锰、铜、汞、银及其氧化物和盐类，强碱（NaOH、KOH等），绿叶类生物，钨酸钠、碘化钾复合体系，唾液及猪肝中的酶以及双金属体系（FeCl3-CuCl2、FeCl3-KCl、FeCl3-MnCl2等）考虑到这些催化剂有的对身体有害（汞、铅等重金属），有的金属价格昂贵（如银），有的催化剂制取困难、复杂（双金属体系、复合体系、绿叶类生物等）。本文选用了实验室较为常见且价格低廉的一些催化剂FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、MnSO4、CuSO4唾液等进行了探究。在催化剂作用下双氧水发生如下分解反应：2H2O22H2O+O2↑。

一、实验药品与仪器

药品：5%H2O2溶液、MnO2、MnSO4、FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、CuSO4，唾液。

实验仪器：锥形瓶、烧杯、橡胶塞、导管、玻璃弯管、10mL量筒、50mL量筒、250mL容量瓶、25mL移液管、10mL移液管、5mL移液管、2mL移液管、水槽、秒表、药匙、滤纸、纸槽、分析天平。

二、实验步骤

1. 量取10mL H2O2溶液于试管中，再称取0.05g MnO2作为催化剂加入试管中，迅速塞好带有导管的橡胶塞并按下秒表，使用相应量筒采用排水集气法收集60s内产生的气体。

2. 同样的方法加入MnSO4、FeCl3、Al2O3、Al、Zn、CuO、Fe2O3、NaCl、KCl、ZnO、CaCl2、CuSO4，唾液等催化剂并收集60s内产生的气体，并记录气体体积，实验数据见表1。

三、实验结果与讨论

在这个演示实验中，根据表1实验数据可以发现H2O2在常温下分解很慢，但是在加热的条件下会分解。本实验研究的是何种催化剂对H2O2的催化效果较明显并找出合适的催化剂。根据数据可以发现NaCl、KCl、Al、Zn、Al2O3、ZnO对H2O2的催化效果很不好，几乎看不到分解的现象。而MnSO4、CaCl2、CuO、Fe2O3、CuSO4虽然能够看见有气泡产生，但是产生的气体非常少难以收集，因此，也不适合做为H2O2分解演示实验的催化剂。再看唾液，没有加热时很难观察到气体产生，但是在加热的条件下催化分解H2O2的速率明显比没有加唾液时速率更快，说明唾液对H2O2的分解有一定的催化效果但是必须在加热的条件下，且催化效果不是很理想。最后只剩下MnO2和FeCl3，对比表1中编号2和编号4两组数据可知MnO2对H2O2的催化效果明显强于FeCl3，这就是为什么中学化学教材选用MnO2作为H2O2分解的催化剂的原因。实验证明最适合的催化剂仍然是MnO2，其次是FeCl3粉末。但是有一点需要注意，结合科学探究实验可知，FeCl3如果配置成0.1mol/L的溶液时则催化效果很不明显，难以收集到气体，而只有用固体时才能收集到较多气体。综上所述，过氧化氢催化分解的演示实验催化剂的选择首先选择MnO2，其次选择FeCl3固体。实验中取5%的过氧化氢10mL，催化剂用量取0.05g左右即能较好地完成本实验。

参考文献：

[1] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理（选修4）（2007年版）[M].北京：人民教育出版社，2007：23

[2] 赵宏祥.对催化剂概念的准确把握与应用[J].中学理科：初中数理化，2000，11（65）：65-66

[3] 史小侠.过氧化氢分解常见问题解答 [J].教学园地，2010，14（10）：118