分解过氧化氢制取氧气

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【专家解析】分解过氧化氢制取氧气

【优秀范文】分解过氧化氢制取氧气

范文一:分解过氧化氢制取氧气实验活动报告

氧气的实验室制取与性质报告

姓名_____学校_____ 【实验名称】

氧气的实验室制取与性质(分解过氧化氢制取氧气) 【实验目的】 1.学习实验室制取氧气的方法。 2.加深对氧气性质的认识。 【实验用品】 锥形瓶、双孔橡胶塞、长颈漏斗、集气瓶、玻璃导管、胶皮管、水槽、二氧化锰,过 氧化氢溶液、木炭、澄清石灰水、细铁丝。 【实验步骤、现象及结论】

班级_____

步骤和方法

1.制取氧气 (1)按下图连接好二氧化碳发生装置,并检查 气密性。

得分

气密性检查操作:打开止气夹,从长颈漏斗中向 锥形瓶内加水至浸没长颈漏斗下端管口,再关闭 止气夹,继续从长颈漏斗口向锥形瓶内加水。 (2)取下带导管的塞子,向锥形瓶里放入适量 的二氧化锰,然后将塞子塞紧。从长颈漏斗中注 入过氧化氢溶液,观察现象。 (3)收集气体:当气泡连续均匀冒出时开始收 集。 2.氧气的性质 (1)木炭在氧气中的燃烧: 用坩埚钳夹取一块木炭,在酒精灯上加热到 发红,由瓶口缓慢向下擦入装有氧气的集气瓶 中,观察现象。 木炭在氧气瓶中燃烧时的现象: 燃烧停止后, 向集气瓶中倒入澄清石灰水, 振荡, 观察现象。 __________。 (2)铁丝在氧气中的燃烧: 点燃系在螺旋状铁丝底端的火柴,待火柴快 燃尽时,由瓶口缓慢向下插入装有氧气的集气瓶 现象:____ 中(瓶中预先加入少量水) 。观察现象。

范文二:分解过氧化氢制取氧气实验的改进

分解过氧化氢制取氧气实验的改进

1.原实验失败的原因分析

(1)过氧化氢在没有催化剂的情况下进行分解的速率是非常小的,即使在加热的情况下,其分解速率仍然非常小,想让其在短时间内分解出足以使带火星的木条复燃的氧气是困难的。

(2)原实验采用的加热方式是使用酒精灯直接加热,这样虽然温度高,能加速过氧化氢的分解,但同时使水蒸发产生水蒸气,随氧气一起放出,这必然会使带火星的木条很快熄灭,使实验现象与预期效果背道而驰。

2.分解过氧化氢实验的改进

基于上述原因,笔者认为取消此实验应为上策。如果要追求在加热与不加热情况下过氧化氢分解的效果不同,笔者也对其进行了改进。

方法A:(1)将5%的过氧化氢溶液改为20%的过氧化氢溶液。

(2)如图,在加热过氧化氢产生的氧化装置后面增加一个除水装置,消除水蒸气促使火星熄灭的因素,干燥剂可以使用浓硫酸,也可以使用碱石灰。

方法B:(1)将5%的过氧化氢溶液改为20%过氧化氢溶液。

(2)如图所示,在盛放过氧化氢溶液的试管塞上一个带导管的塞子,其目的是使水蒸气重新冷凝,并防止产生的氧气在流动的空气中散失。

(3)使用水浴中热,防止水沸腾产生大量水蒸气。水浴温度在80 ℃时为宜。

(4)使用水浴加热10分钟,然后将试管从水浴中取出冷却,取下橡皮塞,用带火星的木条伸入试管进行检验,并用带火星的木条伸入未经加热的过氧化氢溶液的试管进行对比。

方法B的缺点是耗时较长。

探究二氧化锰的催化作用

1.化学反应原理

过氧化氢不稳定,在常温下就能缓慢分解放出氧气。但速度较慢,不易察觉。在过氧化氢溶液中加入适量二氧化锰后,能立即有氧气迅速放出。在此反应中,二氧化锰是催化剂,能加速该反应的发生。

2.实验仪器

试管、酒精灯、药匙(或纸槽)、木条等。

实验药品:5%的过氧化氢溶液、二氧化锰等。

3.探究方案

⑴ 在试管中加入约5 mL 5%的过氧化氢溶液,将一根较长的带火星木条伸入试管内试验,木条不

复燃,证明无氧气放出。(准确地说,是放出氧气速度慢。)如图7-1。

⑵ 将上述过氧化氢溶液在酒精灯上微加热一会,再用带火星的木

条复燃。说明加热可加速过氧化氢的分解,同时也说明,过氧化氢本身

以此说明催化剂不能改变反应的方向。如图7-2。

条试验,木可以分解,

⑶ 另取一支试管,在其中加入约5 mL 5%的过氧化氢溶液,用带火星的木条试验不复燃后,立即加入少量的二氧化锰粉末。再用带火星的木条试验,木条复燃。证明二氧化能加速过氧化氢的分解速率。如图7-3。

4.探究评价

该实验先由常温下过氧化氢溶液不能使带火星木条复燃,说明常温下过氧化氢溶液不能放出氧气(准确地说,是放出氧气速率低,不足以使带火星的木条复燃。)再由加热过氧化氢溶液,使带火星木条复燃,说明过氧化氢本身能放出氧气。为讲清催化剂的作用,此实验不能忽视。再从常温下加二氧化锰,有氧气快速放出说明二氧化锰能加速该反应。是该反应的催化剂。

使该实验也存在某些缺点,一是需要的时间比较长,二是没能检测反应后二氧化锰的质量和化学性质不变。

5.资源开发

⑴ 在带凸起的双叉试管中,一边加入约1 g的二氧化锰,试管口稍倾斜向上固定在铁架台上,小心加入5 mL 5%的过氧化氢溶液。如图7-4所示。

先用带火星的木条试验,木条不复燃,证明无氧气放出。小心扭动又叉试管,使过氧化氢溶液倾入另一管中,再用带火星木条试验,木条立即复燃,并产生明亮的白色火焰。证明有氧气放出。

此实验有明显的反应现象,时间短,用于演示实验效果很好。

⑵ 该反应还可以用二氧化锰催化氯酸钾分解代替。也可以用双叉试管实验。

在双叉试管两边各放入1 g左右的二氧化锰和3 g左右的氯酸钾,固定在铁架台上,用带火星的木条试验。木条不复燃。再分别用两只酒精灯分别在两边加热至氯酸钾熔化,用带火星的木条试验,木条不复燃。如图7-5。

移开酒精灯停止加热,并小心将又叉管倾斜,使二氧化锰倾入氯酸钾中,再用带火星木条试验。木条立即复燃,并产生明亮的白色火焰。证明有氧气迅速放出。

6.创新思维

在实验室制取氧气的实验中,二氧化锰并不是唯一的催化剂。笔者亲自实验过几种不同物质对氯酸钾和过氧化氢溶液的催化效果,又从资料中查阅到,有人也曾做过类似实验,发现有很多物质对过氧化氢和氯酸钾分解都具有催化作用,甚至有的表现出比二氧化锰更好的催化效果。这些物质包括:TiO2、V2O5、Cr2O3、MoO3、P2O5、MnSO4、NaHSO4、Na2S2O4、Ca2P2O7、CuO、Fe2O3、PbO2、ZnO、Al2O3、Al2(SO4)3、CaCl2、KCl、NaCl、CaO、SiO2、碱石灰、细砂子、粉笔灰、碎瓷粉、砖瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe2O3、CuO、PbO2等的实际效果,从表面上看,比MnO2的催化效果还要更好些。因此实验若无二氧化锰时,完全可以用以上易得的物质做催化剂。

范文三:探究过氧化氢制取氧气

义务教育课程标准实验教科书《化学》9年级上册,第2单元课题3《制取氧气》中对实验室制取氧气引导学生进行了探究。现在对过氧化氢分解的实验探究做如下说明。

1分解速率探究

教科书中对双氧水的分解做了如下两个实验。

实验一:在试管中加入5 ml 5%的过氧化氢溶液,把带火星的木条伸入试管,观察木条是否复燃。

实验二:向上述试管中加入少量二氧化锰,把带火星的木条伸入试管,观察发生的现象,如图1所示。

实验一、二

在实验一中,带火星的木条不复燃。实验二中可以看到加入二氧化锰后反应十分剧烈,带火星的木条复燃。

把上面实验中加药品的顺序对调一下,进行如下实验。

实验三:另外再取一支试管,在试管中先加入少量二氧化锰,再向试管中加入5 ml 5%的过氧化氢溶液,把带火星的木条伸入试管,观察发生的现象,如图2所示。

实验三

药品对调之后,可以看到实验三中反应也比较快,但没有实验二中剧烈,带火星的木条同样复燃。这个实验为教学中在实验室用二氧化锰制取氧气的操作中控制过氧化氢溶液的滴加速度提供了操作技巧上的依据。

2实验装置探究

在上面的实验中可以看到反应现象比较剧烈,产生了大量的气泡,泡沫中还夹杂着二氧化锰粉末。因此在探究发生装置时,应该考虑发生装置的容器要比较大一些。由于实验中要控制过氧化氢的滴加速度,所以过氧化氢最好通过分液漏斗加入反应容器中。再考虑到收集氧气的纯度等因素,所以笔者选择了如图3所示的装置来制取和收集氧气。

改进实验装置

3操作要点探究

3.1检查装置气密性

如图3所示,将实验装置连接好,关闭分液漏斗活塞,将导管末端浸没到水中,两手紧贴锥形瓶外壁,当看到导管口有气泡冒出时,证明装置的气密性完好。

3.2添加药品

在锥形瓶中加入适量二氧化锰粉末,将带有分液漏斗和导管的橡皮塞塞入锥形瓶瓶口。关闭分液漏斗活塞,在分液漏斗中加入适量过氧化氢溶液。

3.3集气准备

将集气瓶装满水,并用玻璃片盖住瓶口。然后把盛满水的瓶子连同玻璃片一起倒立在盛水的水槽中。

3.4反应过程

慢慢打开分液漏斗活塞,控制过氧化氢溶液的滴加速度,向锥形瓶中缓慢加入过氧化氢溶液。

3.5收集气体

等导管口的气泡连续均匀地冒出时开始收集气体,当集气瓶中的气体收集满后在水下面用玻璃片盖住瓶口,小心地把瓶子移出水槽,正放在桌面上。

范文四:过氧化氢制取氧气

过氧化氢制取氧气导学案

学习目标:

1. 记住实验室制取氧气的主要方法和原理,初步了解通过化学实验制取新物质的方法。

2.记住实验室制取氧气的原理和装置。

3.知道收集氧气的方法。

4.知道催化剂和催化作用。

【教学过程】

氧气,人们曾经把它称作“养气”,是因为氧气能够供给呼吸,氧气能支持燃烧。有了氧气,人类就可以“下五洋”探索海底的奥秘;有了氧气,人类就可以乘上神州五号“上九天揽月”。氧气是怎样制取的?它又有哪些性质呢?现在就让我们一起来探索吧!

一、自主探究

【先学指导】阅读P44—方法提示---气体的收集方法,思考并完成以下问题:

【先学检测】

1、 说出下列气体的收集方法是什么?选择依据是什么?

2、 阅读以下资料,判断气体的收集方法:

在通常情况下,二氧化碳是一种无色吴气味的气体,密度大于空气,能溶于水 在通常情况下,氧气是一种无色无味的气体,密度稍大于空气,不易溶于水

【观察】仔细观察教师所展示的过氧化氢和二氧化锰,将其物理性质记录在下面: 过氧化氢(H2O2):颜色 ,气味 , 状态 ;

二氧化锰(MnO2) 颜色 ,气味 , 状态 ;

⑵观察老师演示,观察并记录实验现象。

该反应的文字表达式: 。

【阅读】P36—催化剂定义

指点迷津:正确理解催化剂的概念,要明确以下三点:

(1)催化剂具有“一变”和“两不变”的特点。“一变”是改变化学反应速率。两不变是指:物质本身的质量和化学性质在反应前后不变。

(2)同一个反应,可有不同的催化剂。

(3)催化剂只能改变化学反应的速率,不能增大或减少生成物的质量。

温馨提示:

1、胶头滴管使用时做到“垂直悬空”。

2、加药品时要先液后固。

交流研讨:利用二氧化锰能催化过氧化氢,迅速放出氧气这一性质,在实验室中可利用它们来制取氧气。

【交流讨论】请用3分钟仔细观察课本图2—9。

(1)哪部分是气体发生装置,哪部分是气体收集装置?

(2)此装置适合于用哪种方法来制取氧气?

(3)在图2—19中,使用了哪些仪器?

【实验探究】教师演示制取2瓶O2。

【归纳小结】

1.实验室装配仪器的一般顺序是什么?

2.总结一下过氧化氢制取氧气的一般步骤有哪些?

【练习】

右图是实验室用H2O2和MnO2制取O2的装置

图,请回答下列问题: ⑴写

出带标号仪器的名称 ② ④ ① ;② ;

⑵指出图中的错误并改正

错误 改正

【观察】长颈漏斗与分液漏斗的区别

【交流讨论】使用长颈漏斗的注意事项

【归纳小结】长颈漏斗末端应伸入液面之下

【知识总结】

二、 实验室制法

二、催化剂

【当堂检测】

范文五:过氧化氢催化分解制取氧气的实验探究

作者:陈少康

教学仪器与实验 2005年04期

活动时间:学校安排的科技活动时间(每周2节),用10周完成。

参与学生:高一年级化学科技小组(16人)。

活动地点:化学实验室。

指导教师:陈少康。

一、科技活动探究问题的提出

在常温下H[,2]O[,2]能在催化剂作用下发生分解而制得氧气:

2H[,2]O[,2]2H[,2]O+O[,2]↑

化学实验室可根据这一反应原理制取氧气。这种方法具有反应不加热、可选反应速度范围大、反应过程可控制及成本低的优点。然而采用这种方法制取氧气,必须解决一系列实验技术问题,首先就要研究本反应有哪些影响因素及其影响效果如何,才能确定最优化的实验方案。

让学生各自提出想要探讨的其中一个实验影响因素,作为研究专题。学生提出的问题有很多不同表述,但归纳起来大致有催化剂对反应的影响、溶液浓度对反应的影响、操作情况对应的影响、反应装置对反应的影响这几个问题。我就以“H[,2]O[,2]催化分解制取氧气方法影响因素探究”为课题,以参加本活动的高一年级化学科技小组为课题组,根据学生提出的不同问题又分成4个小组,要求学生以自己提出问题为专题去制订研究方案,以待在学校安排的科技活动时间(每周2节,共10周)内实施。

二、指导学生开展探究活动

探究的内容有4项,并且4个组分开实施,教师则分别给予指导。

1.催化剂种类及其状态、用量的影响

很多物质如某些重金属离子、强碱、活性炭等都能使H[,2]O[,2]催化分解,但这些物质都远不如一些过渡元素金属及其氧化物,于是把寻找理想催化剂的范围缩小到过渡元素金属及其氧化物之中。具体如下:

①用表面积为2.5cm[2]的瓷片(用规格统一的瓷质马赛克)4片分别蘸0.1mol/L的AgNO[,3]、Fe[,2](SO[,4])[,3]、CuSO[,4]、KnMO[,4]溶液在酒精灯焰上灼烧,干后待冷又蘸又灼烧,连续5次后可见到瓷片上分别留下一层银色、红棕色、灰黑、棕黑色物质。这实际上是以瓷片为载体在表面上生成一层作催化剂的物质(Ag、Fe[,2]O[,3]、CuO、MnO[,2]),待用。

②把上述催化剂及2.5cm[2]的铜片(磨亮)共5种同时分别放入5mL3%的H[,2]O[,2]溶液中,把结果记录如表1所示:

表1 几种催化剂对H[,2]O[,2]催化分解效果

┌──────────────┬────────┬──────────┬───────────┬────────┬──────────┐

│催化剂 │Cu │Ag(瓷片) │Fe[,2]O[,3](瓷片) │ CuO(瓷片)

│ MnO[,2](瓷片) │

├──────────────┼────────┼──────────┼───────────┼────────┼──────────┤

│ 表现反应程度 │很慢│快 │很慢 │慢 │很快│

├──────────────┼────────┼──────────┼───────────┼────────┼──────────┤

│火星试验│ 无明显现象│复燃│ 无明显现象 │火星亮些又暗下来│复燃│

├──────────────┼────────┼──────────┼───────────┼────────┼──────────┤

│││ 20min后气泡明显减 │ ││12min后气泡明显减

│反应时间│ 72h反应完 ││ 72h反应完

│ 48h反应完 ││

│││ 少,40min后反应完 │ ││少,40min后反应完

├──────────────┼────────┼──────────┼───────────┼────────┼──────────┤

│用K[,2]Cr[,2]O[,7]溶液和 │乙醚层蓝色,分解│乙醚层无色,分解彻底│乙醚层蓝色,分│乙醚层蓝色,分解│ 乙醚层无色,分解 │

│乙醚检查H[,2]O[,2]分 │不彻底 ││解不彻底 │不彻底 │彻底│

│解彻底与否 │││ │││

├──────────────┼────────┼──────────┼───────────┼────────┼──────────┤

│反应完瓷片、铜片│铜片变黑│ 瓷片由银亮色变黑色│瓷片棕红色不变│ 瓷片黑色不变 │黑色褪去,无脱落,液│

│ 情况 │││ ││体加碱有棕色沉淀│

└──────────────┴────────┴──────────┴───────────┴────────┴──────────┘

可见,对H[,2]O[,2]催化剂分解最快的是MnO[,2],但它能与H[,2]O[,2]反应,随着MnO[,2]的消耗,催化效率逐渐下降;其次是Ag,虽然Ag也能与H[,2]O[,2]反应,但生成的Ag[,2]O也是极好的催化剂,且不易脱落,催化分解彻底;其余几种催化效果、效率都不理想。

进一步研究MnO[,2]的催化情况,实验如下:

(1)MnO[,2]催化剂的制作。

①取0.05g MnO[,2]粉末。②把5g KMnO[,4]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(MnO[,2]),或直接取用KMnO[,4]制取氧气实验留下的试管,用水洗去浮渣后可用。③取附有MnO[,2]的灼烧瓷片(制法如上所述)。④用一片有机玻璃浸于0.1%KMnO[,4]溶液中数天,待表面形成一层牢固的棕黑色层后取出可用。

(2)把这4种MnO[,2]催化剂连载体分别放入5mL5%H[,2]O[,2],溶液中,情况如表2:

表2 MnO[,2]对H[,2]O[,2]分解的催化效率

┌─────────────────┬─────────┬─────────┬──────────┬───────────┐

│催化剂(载体)│MnO[,2]粉末 │ NnO[,2](试管) │ MnO[,2](瓷片) │ MnO[,2](塑料) │

├─────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼───────────┤

│ │ │ ││一般,使火星明亮,不能│

│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 │ │

│ │ │ ││复然 │

├─────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼───────────┤

│ 反应完所需时间(min)

│3.5

│15│20 │30│

├─────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼───────────┤

│用K[,2]Cr[,2]O[,7]溶液和乙醚检 │ 乙醚层五色,彻底│ 乙醚层无色,彻底│ 乙醚层蓝色,不彻底│12h后检查仍见乙醚层

│ 查H[,2]O[,2]分解彻底与否 │ │ ││蓝色,不彻底 │

├─────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼───────────┤

│反应完取液体加碱液试验│棕色沉淀 │棕色浑浊 │棕色沉淀│有浅棕色 │

└─────────────────┴─────────┴─────────┴──────────┴───────────┘

实验结果说明MnO[,2]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MnO[,2]来说以粉末状态的催化效率最高。

催化剂的用量对反应有否影响呢?为了探索这个问题,学生专门做了这样一组实验:每次均用10mL30%H[,2]O[,2]2溶液配制成10%溶液32mL,采用不同量的MnO[,2]粉末做催化剂,测定每次收集500mL氧气的时间,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;如果用MnO[,2]粉末做催化剂,其用量范围以每10mL30%H[,2]O[,2]溶液用0.2g~0.4g较为合适,按此溶液份量能制得氧气约1.1L。若采用启普发生器可用银瓷片做催化剂,由于其催化效率比MnO[,2]低,实验证明需要用80块~100块(按表面积2cm[2]/块计),且溶液浓度相应提高至20%,才能得到合适的反应速度。

2.溶液浓度、操作情况的影响

不同浓度过氧化氢溶液在相同条件下催化分解的时间及反应情况是否一样呢?开始我选取不同浓度H[,2]O[,2]溶液,然后放入相同份量的MnO[,2]粉末做催化剂,结果反应速度相差很大,且在反应中是否采取振动对反应速度也影响非常大,这些实验结果引起了学生极大兴趣。为探讨这一问题学生设计了这样一组测量,每次均用5.0mL30%H[,2]O[,2]溶液(配制成不同浓度溶液)及0.20gMnO[,2]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,测定结果如表3:

表3 H[,2]O[,2]溶液浓度和操作对反应速度的影响

┌────┬─────┬──────┬────┬─────┬───────────────┬─────┬──────┐

││ 溶液体积 │││ │ │收得气体体│反应完液体 │

│溶液浓度│ │所用试管规格│操作情况│反应时间 │反应情况 │ ││

││ (mL) │││ │ │ 积(mL)│温度(℃) │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

│1% │ 164.5

│ 32×200

│装置不动│11min 0s │反应较慢,后期极慢│539

│24 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │11min 0s │反应较慢,后期极慢│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

│3% │

54.5

│ 25×200

│装置不动│3min 40s │反应较慢,后期很慢│543

│34 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │2min 30s │反应前期较快,后期较慢│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

│5% │

32.5

│ 20×200

│装置不动│3min 25s │反应较慢,后期很慢│548

│39 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │1min 14s │反应较快,后期很快│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

10% │

16.0

│ 20×200

│装置不动│1min 20s │反应较快,后期很快│553

│56 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │

17s│反应很快,收集的气体有白雾│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

15% │

10.5

│ 20×200

│装置不动│

25s│反应很快,收集的气体有白雾│560

│65 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │

7s │反应极快,收集的气体有大量白雾│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

20% │

7.8│ 20×200

│装置不动│

9s │反应极快,收集的气体有大量白雾│562

│67 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

││ ││ 振荡 │

6s │反应剧烈,收集的气体有大量白雾│ ││

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

25% │

6.1│ 20×200

│装置不动│

4s │反应剧烈,收集的气体有大量白雾│563

│70 │

├────┼─────┼──────┼────┼─────┼───────────────┼─────┼──────┤

30% │

5.0│ 20×200

│装置不动│

3s │反应剧烈,收集的气体有大量白雾│563

│69 │

└────┴─────┴──────┴────┴─────┴───────────────┴─────┴──────┘

把结果做成如图1所示。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有否振动反应器,由于振动时促使固液体充分混合,增大了作用的接触面,从而能使反应速度大大提高。如果收集气体1~2L并以1min~2min为合适(在这样的时间段内人们可从容地操作),则从图像分析可知,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。在实验中我们发现,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,使之符合实际需要,这样做既简便又见效。

图1 溶液浓度及操作与反应时间关系图

操作对反应的影响还包括:滴液速度(有些装置通过分液漏斗把H[,2]O[,2]溶液滴进盛有催化剂的反应器中的速度),显然,滴液速度大小制约着H[,2]O[,2]参加反应的量,因而控制着反应速度;还有反应前有否对MnO[,2]粉末做润湿处理,由于MnO[,2]粉末润湿需要一定的时间,当它还没有润湿透彻就随反应的气流鼓起时会形成过多的泡沫,这会对实验带来麻烦的,所以要加入少量水做润湿处理,以避免产生过多的泡沫。

3.反应装置的影响

使用装置中反应器盛液部分的截面大小不同对反应速度有否影响呢?开始我向学生演示采用不同装置进行相同的反应,结果显示反应速度差别很大,由此启发了学生的思维,他们设计了一些不同的容器用于反应并进行测量,以表4实验结果为例(每次用5mL30%H[,2]O[,2]配成不同浓度溶液,MnO[,2]粉末均为0.2g,在20℃室温下测定反应至结束的时间):

表4 不同装置对反应速度的影响

┌─────┬─────┬─────────────┐

│ │ │反应时间 │

│ │ ├──────┬──────┤

│ 溶液浓度│ 操作情况│20×200试管 │60mL锥形瓶 │

│ │ │ 做反应器 │ 做反应器 │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│5%

│ 装置不动│ 3min 25s │3min 5s │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│ │振荡 │ 1min 10s │45s │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│ │ 装置不动│ 1min 20s │55s │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│10% │ 装置不动│ 1min 20s │55s │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│10% │ 装置不动│17s │50s │

├─────┼─────┼──────┼──────┤

│ │振荡 │7s │3s │

└─────┴─────┴──────┴──────┘

盛液部分的横截面积为锥形瓶大于试管,从实验结果可知,其面积增大反应速度也增大。这是因为容器截面大有利于液体对流,使固液混合加快。但这仅对一般而言,在有的情况下例如3%溶液的反应,当装置保持不动时在试管中比在锥形瓶中反应快得多,这是因为在该条件下反应产生的气体上升时使液体自然形成的对流前者比后者大。所以装置对反应的影响问题实质上是反应中溶液与催化剂的接触程度问题,有利于固液混合的就能使反应加快。

三、组织成果交流

各小组将探究结果在大家面前进行了介绍,还当场做了演示实验。最后,把各部分研究成果汇集起来成为课题成果,该成果要点为:常温常压下对H[,2]O[,2]催化分解的影响主要有三大因素,即催化剂(又包括种类、状态、用量三方面)、溶液浓度和溶液与催化剂的接触面(又分为操作振荡、滴液速度及反应器截面等),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。

本次研究性学习活动,通过学生自己提出问题,自行设计实验进行探讨,培养了学生的实验能力和创新思维,收到较好的效果。

作者介绍:作者单位:广东珠海市第二中学,519000

范文六:过氧化氢催化分解制取氧气的实验探究_陈少康

过氧化氢催化分解制取氧气

的实验探究

t 陈少康

广东省珠海市二中 519000

活动时间:学校安排的科技活动时间(每周2节),用10周完成。

参与学生:高一年级化学科技小组(16人)。

活动地点:化学实验室。指导教师:陈少康。1 科技活动探究问题的提出

在常温下H2O2能在催化剂作用下发生分解而制得氧气:

2H2O2

催化剂

过渡元素金属及其氧化物,于是把寻找理想催化剂的范围缩小到过渡元素金属及其氧化物之中。具体如下:

¹用表面积为215cm的瓷片(用规格统一的瓷质马赛克)4片分别蘸011molPL的AgNO3、Fe2(SO4)3、CuSO4、KnMO4溶液在酒精灯焰上灼烧,干后待冷又蘸又灼烧,连续5次后可见到瓷片上分别留下一层银色、红棕色、灰黑、棕黑色物质。这实际上是以瓷片为载体在表面上生成一层作催化剂的物质(Ag、Fe2O3、CuO2、MnO2),待用。º把上述催化剂及215cm的铜片(磨亮)共5种同时分别放入5mL3%的H2O2溶液中,把结果记录如表1所示:

可见,对H2O2催化剂分解最快的是MnO2,但它能与H2O2反应,随着MnO2的消耗,催化效率逐渐下降;其次是Ag,虽然Ag也能与H2O2反应,但生成的Ag2O也是极好的催化剂,且不易脱落,催化分解彻底;其余几种催化效果、效率都不理想。

进一步研究MnO2的催化情况,实验如下:1)MnO2催化剂的制作。

¹取0105gMnO2粉末。º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。»取附有MnO2的灼烧瓷片(制法如上所述)。¼用一片有机玻璃浸于011%KMnO4溶液中数天,待表面形成一层牢固的棕黑色层后取出可用。

2)把这4种MnO2催化剂连载体分别放入5mL5%H2O2溶液中,情况如表2:

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。

2

2

2O+O2{

化学实验室可根据这一反应原理制取氧气。

这种方法具有反应不加热、可选反应速度范围大、反应过程可控制及成本低的优点。然而采用这种方法制取氧气,必须解决一系列实验技术问题,首先就要研究本反应有哪些影响因素及其影响效果如何,才能确定最优化的实验方案。

让学生各自提出想要探讨的其中一个实验影响因素,作为研究专题。学生提出的问题有很多不同表述,但归纳起来大致有催化剂对反应的影响、溶液浓度对反应的影响、操作情况对应的影响、反应装置对反应的影响这几个问题。我就以/H2O2催化分解制取氧气方法影响因素探究0为课题,以参加本活动的高一年级化学科技小组为课题组,根据学生提出的不同问题又分成4个小组,要求学生以自己提出问题为专题去制订研究方案,以待在学校安排的科技活动时间(每周2节,共10周)内实施。2 指导学生开展探究活动

探究的内容有4项,并且4个组分开实施,教师则分别给予指导。

(1)催化剂种类及其状态、用量的影响很多物质如某些重金属离子、强碱、活性炭等都能使H2O2催化分解,但这些物质都远不如一些

#

表1 几种催化剂对H2O2催化分解效果

催化剂表观反应程度火星试验反应时间

很慢无明显现象72h反应完

Cu

快复燃

20min后气泡明显减少,40min后反应完

Ag(瓷片)

很慢无明显现象72h反应完

Fe2O3(瓷片)

火星亮些又暗下来48h反应完

CuO(瓷片)

MnO2(瓷片)很快

复燃

12min后气泡明显减少,40min后反应完

乙醚层无色,分解彻底

黑色褪去,无脱落,液体加碱有棕色沉淀

用K2Cr2O7溶液和

乙醚层蓝色,

乙醚检查H2O2分解

分解不彻底

彻底与否

反应完瓷片、铜片情

铜片变黑

乙醚层无色,分解彻底

乙醚层蓝色,分解不彻底乙醚层蓝色,分解不彻底

瓷片由银亮色变黑色瓷片棕红色不变瓷片黑色不变

表2 MnO2对H2O2分解的催化效率

催化剂(载体)

反应情况

反应完所需时间(min)

用K2Cr2O7溶液和乙醚检查H2O2分解彻底与否反应完取液体加碱液试验

MnO2粉末剧烈,使火星复燃

315

乙醚层无色,彻底棕色沉淀

MnO2(试管)剧烈,使火星复燃

15

乙醚层无色,彻底棕色浑浊

MnO2(瓷片)剧烈,使火星复燃

20

乙醚层蓝色,不彻底棕色沉淀

MnO2(塑料)

一般,使火星明亮,不能复燃

30

12h后检查仍见乙醚层蓝色,不彻底有浅棕色

催化剂的用量对反应有否影响呢?为了探索这个问题,学生专门做了这样一组实验: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;如果用MnO2粉末作催化剂,其用量范围以每10mL30%H2O2溶液用012g~014g较为合适,按此溶液份量能制得氧气约111L。若采用启普发生器可用银瓷片作催化剂,由于其催化效率比MnO2低,实验证明需要用80块~100块(按表面积2cmP块计),且溶液浓度相应提高至20%,才能得到合适的反应速度。

溶液体积

(mL)164155415321516101015718611510

所用试管规格32@20025@20020@20020@20020@20020@20020@20020@200

2

(2)溶液浓度、操作情况的影响

不同浓度过氧化氢溶液在相同条件下催化分解的时间及反应情况是否一样呢?开始我选取不同浓度H2O2溶液,然后放入相同份量的MnO2粉末作催化剂,结果反应速度相差很大,且在反应中是否采取振动对反应速度也影响非常大,这些实验结果引起了学生极大兴趣。为探讨这一问题学生设计了这样一组测量,每次均用510mL30%H2O2溶液(配制成不同浓度溶液)及0120gMnO2粉末,在室温(20e)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,测定结果如表3:

表3 H2O2溶液浓度和操作对反应速度的影响

溶液浓度1%3%5%10%15%20%25%30%

操作情况装置不动振荡装置不动振荡装置不动振荡装置不动振荡装置不动振荡装置不动振荡装置不动装置不动

反应时间11min0s11min0s3min40s2min30s3min25s1min14s1min20s17s25s7s9s6s4s3s

反应情况

反应较慢,后期极慢反应较慢,后期极慢反应较慢,后期很慢反应前期较快,后期较慢反应较慢,后期很慢反应较快,后期很快反应较快,后期很快

反应很快,收集的气体有白雾反应很快,收集的气体有白雾反应极快,收集的气体有大量白雾反应极快,收集的气体有大量白雾反应剧烈,收集的气体有大量白雾反应剧烈,收集的气体有大量白雾反应剧烈,收集的气体有大量白雾

收得气体体积(mL)539543548553560562563563

反应完液体温度(e)

2434395665677069

#

把结果做成如图1所示。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有否振动反应器,由于振动时促使固液体充分混合,增大了作用的接触面,从而能使反应速度大大提高。如果收集气体1~2L并以1min~2min为适应(在这样的时间段内人们可从容地操作),则从图像分析可知,当装置不动时可选取814%~1114%的溶液,当装置可振动时可选取312%~518%的溶液。在实验中我们发现,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,使之符合实际需要,这样做既简便又

见效。

不同的容器用于反应并进行测量,以表4实验结果为例(每次用5mL30%H2O2配成不同浓度溶液,MnO2粉末均为012g,在20e室温下测定反应至结束的时间):

盛液部分的横截面积为锥形瓶大于试管,从实验结果可知,其面积增大反应速度也增大。这是因为容器截面大有利于液体对流,使固液混合加快。但这仅对一般而言,在有的情况下例如3%溶液的反应,当装置保持不动时在试管中比在锥形瓶中反应快得多,这是因为在该条件下反应产生的气体上升时使液体自然形成的对流前者比后者大。所以装置对反应的影响问题实质上是反应中溶液与催化剂的接触程度问题,有利于固液混合的就能使反应加快。

表4 不同装置对反应速度的影响

反应时间

溶液浓度

操作情况

20@200试管作反应器3min25s1min10s1min20s1min20s17s7s

60mL锥形瓶作反应器3min5s45s55s55s50s3s

5%装置不动振荡装置不动

10%

图1 溶液浓度及操作与反应时间关系图

10%

装置不动装置不动振荡

操作对反应的影响还包括:滴液速度(有些装置通过分液漏斗把H2O2溶液滴进盛有催化剂的反应器中的速度),显然,滴液速度大小制约着H2O2参加反应的量,因而控制着反应速度;还有反应前有否对MnO2粉末作润湿处理,由于MnO2粉末润湿需要一定的时间,当它还没有润湿透彻就随反应的气流鼓起时会形成过多的泡沫,这会对实验带来麻烦的,所以要加入少量水作润湿处理,以避免产生过多的泡沫。

(3)反应装置的影响

使用装置中反应器盛液部分的截面大小不同对反应速度有否影响呢?开始我向学生演示采用不同装置进行相同的反应,结果显示反应速度差别很大,由此启发了学生的思维,他们设计了一些

3 组织成果交流

各小组将探究结果在大家面前进行了介绍,还当场做了演示实验。最后,把各部分研究成果汇集起来成为课题成果,该成果要点为:常温常压下对H2O2催化分解的影响主要有三大因素,即催化剂(又包括种类、状态、用量三方面)、溶液浓度和溶液与催化剂的接触面(又分为操作振荡、滴液速度及反应器截面等),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。

本次研究性学习活动,通过学生自己提出问题,自行设计实验进行探讨,培养了学生的实验能力和创新思维,收到较好的效果。

(收稿日期:2004-06-15)

#

范文七:过氧化氢催化分解制取氧气实验的探究与改进

摘要:本文探究了人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材中“二氧化锰做催化剂分解过氧化氢溶液制取氧气”的实验中存在的问题,并进行了验证和改进。

关键词:过氧化氢;催化剂;实验改进

中图分类号:O6-3 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)38-0246-02

按照人教版义务教育课程标准实验教科书九年级上册《化学》教材制取氧气的实验中,我们发现产生的氧气中伴随着大量的白色物质,影响实验效果。在查阅了相关制备实验后,发现没有对于此物质的描述。那么这种白色物质究竟是什么?如何消除?是否可以采用其他催化剂来代替二氧化锰,使其产生的氧气中没有这种白色物质且催化效果相似或者更好。鉴于以上考虑,我们通过查阅资料,设计实验,并进行了如下的实验探究测定。

一、实验设计一

1.实验原理。在催化剂的作用下,过氧化氢分解生成水和氧气:2H2O2=H2O+O2↑。

2.实验材料。仪器:具支试管、分液漏斗、水槽、玻璃导管、铁架台及其配件,小试管、橡皮管、纸槽、量筒

试剂:15%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末。

3.实验装置图(如下)。

4.实验步骤。①如图所示,连接装置。②检验装置气密性(双手捂住具支试管或者采用酒精灯稍微加热具支试管底部,看导气管口是否有气泡产生)。③用量筒量取适量的15%过氧化氢溶液,加入分液漏斗中。④用天平称量适量的二氧化锰粉末。⑤将二氧化锰加入具支试管中并迅速盖上试管塞,以一秒一滴的速度滴下过氧化氢溶液,观察产生的气体。⑥实验后将导管烘干并观察管壁。⑦实验完毕,整理器材。

5.实验现象。产生的气体中没有伴随着白色物质,导管内壁无固体颗粒。产生的氧气中伴随的物质初步判定为水蒸气。把装置图中装有浓硫酸的洗气瓶换成装有无水硫酸铜固体的干燥管,按照实验设计中的步骤再次进行实验。结果发现:白色的无水硫酸铜变成蓝色。

6.实验结论。产生的氧气中伴随的白色物质为水蒸气。

二、实验设计二

1.实验原理H2O2长期保存有微量分解,很多离子如Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Cr3+、OH-等都能加速H2O2的分解。因此,催化分解是H2O2的一种特性[1]。Weiss提出了复相催化机理:S+H2O2→S++OH-+·OH,H2O2+·OH→H2O+·HO2,S++O-2→S+O2,S+·HO2→S++HO-2,S++O-2→S+HO2,S、S+分别代表(不带电荷或带电荷的)金属氧化物,催化剂表面的基本作用是电子转移,根据以上反应机理,许多物质都能催化H2O2快速分解制取O2[1]。为此,我们对不同催化剂的催化效果进行了探究,并且对铁离子的催化分解的机理进行了如下的初步解释:①2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑该反应为氧化还原反应,在该反应中Fe3+为氧化剂,还原产物为Fe2+, H2O2做还原剂,氧化产物为O2。该反应的电动势[2]

Eθ=φθ(Fe3+/Fe2+)-φθ(H2O2/O2)=0.7710V-0.6824V=0.0886V>0。② 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。该反应也为氧化还原反应,在该反应中H2O2为氧化剂,还原产物为H2O,Fe2+做还原剂,氧化产物为Fe3+。该反应的电动势[2]Eθ=φθ(H2O2/H2O)-φθ(Fe3+/Fe2+)=1.7760V-0.771V=1.005V>0。①、②两个反应的电动势均大于零,从理论上看,以上两个反应可以发生,且在实验5中观察到的实验现象:催化剂氯化铁的颜色有变化,在反应过程中,具支试管中溶液颜色由棕黄色逐渐变为浅绿色,最终变为浅黄色。此现象正好符合催化剂的基本特征。

3.实验材料。仪器:具支试管、分液漏斗、水槽、玻璃导管、铁架台及其配件,小试管、橡皮管、纸槽、量筒、秒表。试剂:15%过氧化氢溶液、饱和硫酸亚铁溶液、0.4mol/L硫酸亚铁溶液、0.4mol/L氯化铁溶液、饱和氯化铁溶液。

4.实验步骤。①检验装置气密性(双手捂住具支试管或者采用酒精灯稍微加热具支试管底部,看导气管口是否有气泡产生)。②用量筒量取适量的15%过氧化氢溶液,加入分液漏斗中。③用天平称量适量的氧化铜粉末。④将氧化铜加入试管中并迅速盖上试管塞,以一秒一滴的速度滴下过氧化氢溶液,同时开始计时并观察实验现象。⑤待该实验进行一段时间,量筒中收集气体达到一定体积时,停止计时,记录所用时间。⑥清洗试管并烘干,换其他催化剂,重复以上2、3、4、5步骤。⑦实验完毕,整理器材,分析数据。

5.实验现象。①在一系列实验中,我们发现,实验2、3、4、5在收集相同体积气体所用的时间比实验1中收集相同体积所用的时间短。②通过实验2与实验3对比发现,不同浓度的硫酸亚铁溶液反应速率不同,浓度越大,收集相同体积气体所用的时间越短。③通过实验4与实验5对比发现,不同浓度的氯化铁溶液反应速率不同,浓度越大,收集相同体积气体所用的时间越短。④相同浓度的氯化铁溶液比硫酸亚铁溶液的催化效果好。⑤通过观察,我们还发现,所选用的几种催化剂都没有白雾产生。

6.实验结论。无论用氯化铁溶液、硫酸亚铁溶液和氧化铜粉末作催化剂分解H2O2,产生的氧气都不会伴随着白雾。

三、总结论

1.由实验设计一可得:二氧化锰催化H2O2溶液,反应产生的氧气中伴随着白雾(水蒸气),我们在实验装置中间加一个盛有浓硫酸的洗气瓶,这样产生的氧气中就没有了白雾。

2.由于实验设计一装置复杂,且浓硫酸不安全,我们选用其他催化剂来代替二氧化锰。实验设计二中饱和氯化铁反应速率过快,气体不易收集;氧化铜反应过慢,气体收集时间过长。因此我们建议实验操作中选用0.4mol/L氯化铁溶液、饱和硫酸亚铁溶液或者0.4mol/L硫酸亚铁溶液作为催化剂效果最佳。

参考文献:

[1]吕希伦.无机过氧化合物化学[M].北京:科学出版社,1987.

[2]武汉大学,吉林大学,等.无机化学(下册)[M].北京:高等教育出版社,1994.

范文八:过氧化氢催化分解制取氧气影响因素探讨

过氧化氢催化分解制取氧气影响因素探讨

1.催化剂种类及其状态、用量的影响

(1)用表面积为2.5cm2的瓷片(用规格统一的瓷质马赛克)4片分别蘸0.1mol/L的AgNO3、Fe2(SO4)3、CuSO4、KMnO4溶液在酒精灯焰上灼烧,干后待冷又蘸再灼烧,连续5次后可见到瓷片上分别留下一层银色、红棕色、灰黑、棕黑色物质。这实际上是以瓷片为载体在表面上生成一层作催化剂的物质(Ag、Fe2O3、CuO、MnO2),待用。

(2)把上述催化剂及2.5cm2的铜片(磨亮)共5种同时分别放入5mL3%H2O2溶液中,结果为:

可见,对H2O2催化分解最快的是MnO2,但它能与H2O2反应,随着MnO2的消耗催化效率逐渐下降;其次是Ag,虽然Ag也能与H2O2反应,但生成的Ag2O也是极好的催化剂,且不易脱落,催化分解彻底;其余几种催化效果、效率都不理想。

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0.05g 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(制法如上所述)。

d.用一片有机玻璃浸于0.1%KMnO4溶液中数天,待表面形成一层牢固的棕黑色层后取出可用。 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:

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。

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:

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。 2.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0.20g 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:

把结果做成图象如下图所示。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。

操作对反应的影响还包括:滴液速度(有些装置通过分液漏斗把H2O2溶液滴进盛有催化剂的反应器中),显然,滴液速度大小制约着H2O2参加反应的量,因而控制着反应速度;还有反应前有否对MnO2粉末作润湿处理,由于MnO2粉末润湿需要一定的时间,当它还没有润湿透彻就随反应的气流鼓起时会形成过多的泡沫,这会对实验带来麻烦,所以要加入少量水作润湿处理,以防产生过多的泡沫。

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。

(珠海市二中,广东珠海519000) 陈少康

范文九:启普发生器中催化分解过氧化氢制取氧气_白林

·62·//):化 学 教 育(httwww.hx.or014年第21期             2jygp

启普发生器中催化分解过氧化氢制取氧气

白 林* 陈 媛

()兰州城市学院绿色化学实验与教学研究所 甘肃兰州 730070

摘要 使用二氧化锰@氧化铝固载催化剂,在启普发生器中催化分解过氧化氢制备了纯净的氧气。研究了催化剂的制备方法、催化性能及重复使用,收到了满意的效果。该实验方法简便,制取氧气随机可调,为实验室制取氧气提供了一种绿色方法。

关键词 过氧化氢 氧气制备 二氧化锰 载体催化剂 启普发生器:1/3.1003OI0.13884807hx.2013020009D-jjy

实验室中常采用分解过氧化氢溶液、加热氯酸钾或高锰酸钾的方法制取氧气。从原料、反应原理及成本核算分析,用氯酸钾和高锰酸钾制取氧气,

1-2]

。用过氧化氢做原料催不符合绿色化学的理念[

电子天平(A2004B,上海精密科学仪器有限F

,箱式电阻炉(责任公司)北京科伟永鑫实验仪器,坩埚,容量瓶,烧杯,启普发生器。设备厂)

,活性氧化铝(3~7mm,上海分子筛厂生产)/,KM00nSO.1molL)nO.05、0.0625、M4(4(

/,H2O。30%)0.125、0.25、0.5molL)2(.2 MnOl12@A2O3载体催化剂的制备

在电子天平上称取20g活性氧化铝,放入烧/杯中,再往烧杯中加入新配制的0.1molL Mn-SO4溶液至氧化铝颗粒淹没。浸泡6h后将烧杯中,再往烧杯中的M溶液回收)nSO4溶液倾析出(

/。加入配制好的0.5molLKMnOin 4溶液浸泡5m浸泡完成后,将烧杯中的KMnO4溶液倾析出回

收。将浸泡好的氧化铝颗粒放入坩埚中,在箱式电阻炉(马弗炉)中于400℃的条件下加热4h,使

2+-

与M吸附在氧化铝表面的MnnO4发生氧化还原

[10]

,形成载反应,产生的MnO2吸附在氧化铝上

化分解制取氧气,虽然体现了绿色化学的思想,但是也存在一些缺点。分解过氧化氢制取氧气,一般使用的催化剂是二氧化锰,当二氧化锰粉末加入过氧化氢时,反应速率极快,不利于氧气的收集,而且反应结束后,二氧化锰也不易被回收,造成浪费。另外,实验装置一般是固-液反应装置,试剂的用量、反应速度无法控制。针对这种情况化学工作者探索将不同金属氧化物分散在块状不溶于水的

3]4]

,瓷片[以及二氧化锰与水载体上,如活性炭[

泥、砂子按照一定比例加水搅拌成糊状,然后晾干

5-7]

。这样,可减小制成不同形状的固载催化剂[

液或溶液H2O2的分解速率,控制其快慢,用于固-

在不加热条件下制取气体的仪器来制取氧气,甚至

5,8]

。这些改进方法取得了良好的演示启普发生器[

体催化剂,其反应方程式为:

2+-

+2MnMnOH2O=5MnOH+32+44+2

和教学效果,但是固载二氧化锰的方法缺乏科学性。

基于启普发生器为反应装置,以MKMnSOnO4-4、ANCFSOuSOeOg3、4、2(4)3溶液与活性氧化铝颗粒

为原料,通过简单的化学液相共沉淀法制备了系列载体催化剂,并筛选出最佳催化剂MnOl2@A2O3(。实验设计符合绿色化学实筛选过程另文报道)

9]

,具有科学性和重复性,操作性强。载体催化验[

MnOl2@A2O3梯度载体催化剂的制备 用上

/述方法将20g氧化铝在0.1molL MnSO4溶液浸泡6h后,分别在0.05、0.0625、0.125、0.25、,在4/0.5molLKMnOin00℃下 4溶液中浸泡5m

加热4h,制得梯度载体催化剂。

.3 氧气的制取1

以启普发生器为反应装置,将MnOl2@A2O3

载体催化剂从启普发生器中球导气管口放入后,塞好导气管塞子,接着从球形漏斗口加入250mL30%H2O2。打开活塞,容器内压强与外界大气压相同,球形漏斗内的H2O2在重力作用下流到容器中,与MnOl2@A2O3载体催化剂接触反应,产生

剂可以重复使用且利用率高,制取氧气的量随机可调。该实验在激发学生学习兴趣,培养创新思维方面具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

:ailbailinlzcu.edu.cn*通信联系人,E-m@

//):2014年第21期             化 学 教 育(httwww.hx.orjygp·63·

O2,采用排水法收集O2,其体积用水置换法测量;

关上活塞后,由于H2O2仍与载体催化剂接触,氧气依然生成,此时容器内部压强大于外界大气压,压力将H2O2压回球形漏斗,使H2O2与载体催化剂脱离接触,氧气不再产生。

将上次使用过的废H2O2从启普发生器下口排出,

。再加入250mL30%H 2O2。实验结果见表3

表3 催化剂重复使用对分解H2O2产生氧气的量及时间的影响M0nOl.502@A2O3-

使用次数

1 2 3 4

催化剂使用时间/min120 106 98 78

分解250mL30%H2O 2

/产生OmL2量

4568306017001020

2 结果与讨论

2.1 MnOl2@A2O3载体催化剂性能实验

.1.1 KMnO24浓度对载体催化剂性能的影响

从反应原理可知,KMnO4的浓度越大,氧化相同浓度的MnSO4溶液浸泡的氧化铝,载体中nO0g含不同量M2的含量越高。使用5g或1nO0%的H2OM2的载体催化剂用于分解32,测定

。由在5min内收集O2的体积,实验结果见表1此可见,载体中MnO2的含量越高,催化剂用量

越多,催化性能越好。

表1 KMnO4浓度对载体催化剂性能的影响

//(nOolL催化剂用量/mKM4浓度g

0.05 0.125 0.25 0.50

/5.010.0

/5.010.0 /5.010.0 /5.010.0

分解250mL30%H2O 2

/产生OLm2量*

/90180

/212000/219845/330420

随着使用次数的增加,制取O2的量和反应时

间都会有所不同。催化剂第1次使用时制取的O2量最多而且反应时间最长,随着使用次数的增加,催化能力相应下降,在第4次使用仍可收集到000mLO1 2。若将H2O2催化分解完全,在不产生O2时,加少量的新制载体催化剂即可。

3 结论

()实验药品 该实验中使用的主要药品是1

nOH2O2和M2,反应中得到的产物只有O2和

H2O,没有污染环境或对人体有害的物质产生,体现了绿色化学的理念。

()反应装置 使用启普发生器为反应装置,2

采取的是固体颗粒和液体反应的模式,避免加热操作。反应装置简单,操作方便,可根据需要随开随制,达到节省药品的目的。

()催化剂 以活性氧化铝作为载体,制备的3nOl0%H2OM2@A2O3载体催化剂,催化分解32制取O2的效果好,产生氧气的速度均匀,易于收集。催化剂的重复使用率高,经使用4次后仍有催化作用,收集到大量的O2,实验过程中催化剂不溶解仍为固体颗粒,MnO2不脱落。

参 考 文 献

[] 吴江明.化学教学,):1004(10312

[] 沈文闻,韦游,陆俊宇,等.百色学院学报,:2006,19(6)2

47-48

[] 孙丹儿,殷莉莉.化学教学,):3005(115-62[] 陈少康.教学仪器与实验,):4005,21(14-1612[] 高改玲,钱博.中学化学教学参考,/):5002(12772[] 卢香宇.化学教学,):008(3069-12

[] 顾鸣英,丁伟.化学教学,):8009(108-1912[] 江华林.湖北中小学实验,):9997(6231

[] 白林,陈明凯.化学教育,/):10002,23(781-5352[] 曹水良,周天祥,莫珊珊,等.暨南大学学报:自然科学11

):版,2011,32(17-605

in内收集到O  *加入相同重量的催化剂,在5m2的量。

2.1.2 载体催化剂用量对分解H2O2的影响

//将0.25molL和0.5molLKMnO 4溶液处理的催化剂M0nOl.25和MnOl-2@A2O3-2@A2O3

0.50使用5g和10g催化分解H2O2,直到不产生。O2为止,测定收集O2的体积,实验结果见表2

表2 不同催化剂对分解H2O2产生氧气的量的影响载体催化剂l.25MnO02@A2O3-MnOl.50 2@A2O3-MnOl.2502@A2O3-MnOl.5002@A2O3-

催化剂用量/g

5.0 5.0 10.0 10.0

分解250mL30%H2O 2

/产生OLm2量*

2303688584568

*加入催化剂收集O2,直到不产生为止。

实验结果表明:随着MnO2含量的增大,载体催化剂的用量越多,催化分解H2O2的能力越强,产生的O0.0gMnO2量也越多。因此用12@ A0l.50载体催化剂制取氧气为宜。2O3-

.1.3 催化剂重复使用对分解H2O22的影响

加入100.0gMnOl.50催化剂,催化2@A2O3- 分解250mL30%H 2O2制取O2,直到不产生O2为止,测量收集O2的体积及所需时间。重复使用时,

范文十:(2)双氧水(过氧化氢)制取氧气

“用过氧化氢制取氧气”的教学设计之我见

本节课是九年级化学人教版上册第二单元课题3教学内容的延伸,教材中没有具体谈及此项内容,但是根据中考的要求以及当下学生的实际学情,我认为有必要设计此课题。

首先,我先对教材以及本节课做出以下分析: 1、地位和作用

第二单元作为教材的一个初步认识化学的篇章,是学生具体地从化学的角度出发去学习和研究有关物质(包括组成、性质、用途、制法等)的开始。本课题安排在“氧气性质”之后,为学生的进一步学习提供了相关的知识。同时本课题也是初中阶段学生制备常见化学物质的开始,是学生对化学实验基本操作的综合应用,能为今后“物质的制备”奠定基础。

这节课是典型的气体制取探究课,是在上节课学习《课题3制取氧气》(第一课时)的基础上,通过复习用高锰酸钾制取氧气,从而设计出用过氧化氢制取氧气的实验装置,并对其进行分析、归纳和总结,使学生了解实验室制取气体的思路和方法。它能为以后系统的学习二氧化碳的制取奠定理论和实践基础。同时,它也在教材中起着承上启下的作用,具有非常重要的地位。

2、教学目标:

针对教学中学生的认知规律和存在的一些实际困难,我设置了以下目标:认识实验室用过氧化氢制取氧气的实验装置、操作步骤以及注意事项;了解实验室制取气体的思路和方法;会解释用过氧化氢和用高锰酸钾制取氧气的实验装置不同的原因,并会从优比较并改进实验装置;认识“万能装置”及其作用;初步学会用过氧化氢制取氧气的操作。同时通过实验探究,丰富学生们的科学体验,激发探究的兴趣,另外通过思考和讨论,增进他们的合作交流意识与语言表达能力。

3、教学的重点和难点

本节课的教学重点是让学生知道实验室用过氧化氢制取氧气的实验装置和实验步骤以及实验室制取气体的思路和方法。教学难点是理解实验室制取气体的思路和方法,以及实验装置的比较和改进。

其次,来谈谈学生们的情况。氧气是学生比较熟悉的物质,通过前面的学习,学生已经具备观察实验和进行简单实验操作的技能。在《课题3制取氧气》(第一课时)中,初步了解了实验室用高锰酸钾制取氧气的方法和原理。因此学生可以在此基础上,对过氧化氢制取氧气的实验装置、步骤及方法进行拓展归纳,从而激发他们的学习积极性。

本课题要求学生更深入地学习氧气制取的相关知识,并且要进行一些综合的实验操作。因此,要求学生在学习的过程中要把所学的理论知识与实践的亲身体验相结合,将教师的演示实验和学生自己的具体实验相结合,能正确、安全地进行实验操作,并得出正确的相关结论。所以,我在教学中主要采用“引导法”来指导学生进行思考、讨论,用“演示法”来提醒学生实验操作的规范性,用“实验仪器”作教具,充分发挥它们在化学课中的独特作用。而学生主要是以四人为一小组的形式进行分组讨论、实验探究、总结归纳,最后通过发言提问的方式得出相关的结论。

当然,课前还必须要做一些准备工作。所需的仪器用品有:大试管、酒精灯、铁架台(带铁夹)、导气管、带导管的橡皮塞(单孔、双孔)、锥形瓶、集气瓶、水槽、棉花、玻璃片、药匙、长颈漏斗、分液漏斗、注射器、止水夹、火柴等。

药品有高锰酸钾、过氧化氢溶液、二氧化锰。此外还需要实验室制取氧气的挂图等。

那么,对于具体的教学过程我是这样安排的:

(老师可以提前印发给学生)1.实验室制取氧气:

⑴药品: 或 。

⑵反应原理:① ,② 。

2、下列气体中,既能用排水法收集,又能用向上排空气法收集的是( )

3、要收集到较为纯净的氧气,最好用到的收集方法是( )

A.排水法 B.向上排空气法

C.向下排空气法 D.排水法或向上排空气法

4、已知过氧化氢溶液在二氧化锰作催化剂的条件下能够迅速分解生成氧气和水,可以通过调节分液漏斗的活塞控制液体的滴加速率。请根据图示装置,回答下列有关制取氧气的问题。

⑴分液漏斗中应盛放的物质是 ,锥形瓶中应盛放的物质为 ⑵该方法制取氧气的字母表达式为

⑶收集氧气应选择装置 或 ⑷若实验时用此法代替加热 高锰酸钾制取氧气,其优点是:

。 5、根据实验装置图,回答下列问题:

a b

A B C D E F

⑴实验室用排空气法收集氧气可选用 装置(用编号回答)。

⑵实验室用KMnO4制氧气的反应方程式为 。用KMnO4制氧气的实验中,如果发现试管破裂,原因可能是

(填操作失误方面的原因)。 ⑶实验室用无水醋酸钠固体和固体碱石灰加热制取甲烷气体。甲烷的密度比空气小,不溶于水。制取甲烷的发生、收集装置可选用 和 (用编号回答)。 ⑷F装置可收集和储备氢气,若用水将装置中的氢气排出,水应从(填a或b) 端通入。 6、⑴用高锰酸钾制取一瓶氧气,做细铁丝在氧气中燃烧的实验 ⑵并粗略测定加热2g高锰酸钾所收集到的氧气的体积。

A B C

为达到装置⑵的目的,各装置的正确连接顺序是:a → ( ) →( ) →d

问题分析:①实验过程中发现B瓶中的水变红了,原因是 。

②用收集到的氧气做细铁丝燃烧实验时,发现瓶底炸裂,发生失误的操作原因可能是 。

a

b c d