数字化实验探究酸度对过氧化氢分解速率的影响

蒋蓓蓓

摘 要：在不同的pH条件下，采用两种催化剂氯化铁和碘化钾。使用氧气传感器，对过氧化氢的分解速率进行实验测定。速率常数在pH较低时，酸性较强时抑制过氧化氢分解。速率常数在pH=4～7时，对过氧化氢的分解几乎无影响。溶液碱性的增强加快过氧化氢的分解。

关键词：过氧化氢分解速率；酸度；实验探究

一、本课题的研究背景

实验常用二氧化锰催化过氧化氢分解制备氧气。其实不少中学生熟悉哪些物质可以催化过氧化氢的分解，除二氧化锰外还有氯化铁、碘化钾、马铃薯、猪肝等。文献中也不乏催化过氧化氢分解物质的探究。但是，实验中，对酸度对过氧化氢溶液分解的影响研究的较少。基于以上考虑，本文旨在研究溶液酸碱性对过氧化氢分解的速率的影响。

二、实验仪器与药品、实验步骤

1.实验药品

H2O2溶液，0.3 mol/L KI溶液，3.0 mol/L H2SO4溶液。3.0 mol/L NaOH溶液。0.3 mol/L FeCl3溶液。

2.实验仪器

采集器、软件系统、O2传感器、搅拌子、三颈烧瓶、注射器。

3.实验步骤

（1）三颈烧瓶中加入10mL 0.3mol/L KI溶液（催化剂）

（2）连接数据采集器，PH传感器，打开电脑软件，测定H2O2溶液的pH记录。

（3）注射器吸取20mL H2O2溶液

（4）将pH传感器更换为O2传感器，重新打开软件。实验装置图如下图所示。

（5）点击采集。向烧瓶中注入H2O2

（6）当氧气含量不再变化时，停止采集。记录数据

（7）分别用3.0 mol/L H2SO4溶液，3.0 mol/L NaOH溶液获得不同pH值的H2O2溶液，重复（1）～（6）的操作。

（8）改用0.3 mol/L FeCl3溶液为催化剂，重复（1）～（6）的操作。

三、实验数据分析

1.以碘化钾为催化剂，探究不同酸度下H2O2的分解速率

下面表1以碘化钾为催化劑，催化分解不同酸度的过氧化氢溶液，O2含量随时间变化的曲线关系。

实验现象与实验结论：以碘化钾做催化剂。在该实验中，存在反应H2O2+KI=I2+2KOH，酸性较强时，利于I2的生成，I2溶解在碘化物中，溶液颜色加深。碱性较强时，上述反应受到阻碍，溶液颜色变浅。在酸性环境下，H2O2的分解速率降低，随着酸性减弱，pH值增大，H2O2的分解速率提高，在中性条件下，分解速率达到最大值。在强碱性条件下，继续随着pH值增大，H2O2的分解速率降低。

2. 以氯化铁为催化剂，探究不同酸度下H2O2的分解速率

下面表2以氯化铁为催化剂，催化分解不同酸度的过氧化氢溶液，O2含量随时间变化的曲线关系。

实验现象与实验结论：以氯化铁做催化剂。该实验中存在Fe3+的水解平衡，酸性环境下，Fe3+水解受到抑制，溶液颜色较浅。PH值变大，Fe3+水解平衡右移，Fe（OH）3增大，溶液呈现红褐色。在酸性环境下，H2O2的分解速率降低，随着酸性减弱，pH值增大，H2O2的分解速率提高。

四、实验数据原理解析

对于过氧化氢的分解反应，既有酸度对本身H2O2分解的影响，也有酸度对催化剂催化作用、酸度对过氧化氢的催化作用等多方面的影响。根据实验数据结果，碱性增强，分解速率增加。证明酸度对碱性机理的影响较大。总的来说，碱性增强对过氧化氢的分解速率有促进作用。

参考文献：

[1]吴洪达，黄眏恒.过氧化氢的分解产物[J].河池师专学报（自然科学版），22（2）：27-30.

[2]许志忠，李晓春.过氧化氢影响因素分析[J].河南纺织高等专科学校，28（1）：33-38.

[3]陈承声，区永麟.利用手持技术探究过氧化氢的分解[J].广东教育学院报，27（3）：59-63.