催化剂对分解过氧化氢制氧气影响因素的探究

广东省恩平市君堂镇江洲圩江洲中学 刘晓光

一、实验过程

1.实验目的

①通过实验，找出分解过氧化氢的最佳催化剂。

②熟练掌握制取和收集氧气的方法及规范操作。

③实习氧气制取演示实验的方法。

④初步探索制取氧气实验的影响因素。

2.实验原理：

3.实验器材及药品

试管、单孔胶塞的导管、秒表、电子天平、药匙、量筒、铁架台等

实验药品：5%的过氧化氢溶液、二氧化锰、氧化铜、氧化铁、猪肝等。

4.实验步骤

①按实验装置图所示安装好仪器；

②检查装置气密性，往量筒中注满水；

③取3%过氧化氢溶液20ml，分成5等份，每份4ml，分别装人已经准备好的5支试管当中.在5支试管当中分别加人等量的二氧化锰、氧化铜、红砖粉、氧化铁、猪肝。

④分别加热这5支试管，从导管口出现第一个气泡时开始计时，记录当过氧化氢反应完量筒中的水的体积及所用的时间；（保证反应的除催化剂的量外其他条件一致）

⑥分析结果。

5.实验数据记录与分析

数据记录：

二氧化锰氧化铜 氧化铁 红砖粉 猪肝反应程度很快 较慢 很慢 很慢 较快反应时间10min 60min 80min 85min 25min

可见，对H2O2催化分解最快的是MnO2.

为进一步研究MnO2的催化情况，我做了如下实验：

①MnO2催化的制作。

a．取0.2g MnO2粉末。

b．把5gKMnO4分布于试管内壁加热一段时间后把渣倒出，试管内壁上留下一层稳固的棕黑色物质（MnO2），或直接取用KMnO4制取氧气实验留下的试管，用水洗去浮渣后可用。

c．取附有MnO2的灼烧瓷片。

d．用一片有机塑料袋灼烧，然后粘附二氧化锰粉末，让其形成块状。

②把这4种MnO2催化剂连载体分别放入5m15%H2O2溶液中，情况如下：

催化剂（载体）MnO2粉末 MnO2 （试管）MnO2 （瓷片）MnO2 （塑料袋）反应情况 剧烈，使火星复燃剧烈，使火星复燃剧烈，使火星复燃平稳，是火星复燃反应完所需时间（min）3．5 12 18 5

实验结果说明MnO2对过氧化氢的分解有极好的催化作用，但催化剂的制作途径不同，其催化的效率也不同，这主要是接触面大小不同所造成的。对MnO2来说以粉末状态的催化效率最高。但是由于接触面积太大，导致反应速率太剧烈，反而塑料袋粘附的二氧化锰粉末，反应的更平稳。

催化剂的用量对反应有否影响呢？为了探索这个问题，我做了这样一组实验：每次均用10mL30%H2O2溶液配制成10%溶液32mL，采用不同量的MnO2粉末作催化剂，测定各次收集500ml氧气的时间，结果如下：

MnO20．1 0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 0．7 0．8 0．9 1.0粉末用量（g）产生17 8 7 5 3 3 2 2 2 2 500 mL氧气时间（s）

结果表明：同一种催化剂的不同用量在一定范围内对反应速度是有影响的。

二、溶液浓度、操作情况的影响

为探讨不同浓度H2O2溶液在相同条件下催化分解的时间及反应情况，本人做了如下实验，每次均用5．0mL30%H2O2溶液（配制成不同浓度溶液）及0.2g MnO2粉末，在室温（20℃）下测定在试管中的反应时间，以导管在水中自冒泡至不再冒泡的时间为准，测定结果如下表：

溶液浓度%溶液体积/ml所用试管规格/mm操作情况反应时间反应情况收得气体体积/ml反应完液体温度/℃装置不1 0 m i n反应较动5s慢，后期极慢1 164．5 32×200振荡 1 0 m i n反应较539 24 5s慢，后期极慢装置不3 m i n反应较动40s慢，后期很慢振荡 2 m i n反应前3 54．4 25×20030s期 较543 34快，后期较慢装置不3 m i n反应较动25s慢，后期很慢5 32．5 20×200振荡 1 m i n反应较548 39 14s快，后期很快装置不1 m i n反应较动20s快，后期很快10 16．0 20×200振荡 17s 反应很553 56快，收集的气体有白雾装置不25s 反应很动快，收集的气15 10．5 20×200体有白560 65雾振荡 7s 反应很快，收集的气体有大量白雾装置不9s 反应很动快，收集的气20 7．8 20×200体有大562 67量白雾振荡 6s 反应剧烈，收集的气体有大量白雾反应剧25 6．1 20×200 装置不4s烈，收563 70动集的气体有大量白雾

把结果做成图象。可见在相同条件下，溶液的浓度和操作情况对反应速度影响较大。后者则是在反应过程中振动反应器，由于振动时促使固液体充分混合，增大了接触面，从而使反应速度大大提高。如果收集气体l—2L并以1—2min为适度（在这样的时间段内人们可从容地操作），则从图象分析可知，当装置不动时可选取8．4%—11．4%的溶液，当装置可振动时可选取3．2%—5．8%的溶液。这并非绝对不变的，若出于一些反应的需要可视实际情况选用相应浓度的溶液，通常选用5%—10%溶液即可，在实际过程中用是否需要振荡及振荡次数、幅度大小来调节反应速度，使之符合人们的需要，这样做既简便又见效。

综上所述，常温常压下对H2O2催化分解的影响主要有三大因素：催化剂（包括种类、状态、用量三方面）溶液浓度和溶液与催化剂的接触面。因此在制取氧气过程中可以通过调节这些因素来控制反应速度。