MnO2催化过氧化氢分解实验的创新改进.docVIP

MnO2催化过氧化氢分解实验的创新改进 　　一、引言 　　双氧水分解制取氧气是中学化学教学中的一个重要实验，在不同的阶段有其不同的教育功能。必威体育精装版修订的义务教育教科书将该实验改为探究MnO2催化作用的探究活动。[1]在化学反应原理模块中该实验用于探究催化剂对化学反应速率的影响。[2]在不同版本的教材中实验装置的设计各有特点，有的趋向于实验设计的简约化，有的注重实验设计的趣味性，也有的教材没有给出具体的实验装置。不难看出，教材实验仍存在以下不足：①药品的用量较大；②由于生成的气体混有水蒸气导致难以出现带火星的木条复燃的预期现象；③由于试剂是一次性加入，难以控制实验的进程和反应的速率。笔者在认真查阅文献和反复实验的基础上，设计了如下实验方案，有效地解决了上述实验的不足，取得了理想的实验效果。 　　二、实验设计 　　粒状MnO2催化剂的制作方法：按照水泥与MnO2的质量比1：4加水搅拌成糊状，然后在垫有纸的桌面上压成0.5cm厚的块状，使之阴干24h以上，硬化后用小锤敲打成玉米粒大小，用水冲洗掉粉末后晾干备用。[3] 　　1. 实验方案一 　　（1）实验用品 　　铁架台（带铁夹）、药匙、球形干燥管、Y形管、火柴、檀香1根、10%H2O2溶液、粒状MnO2、无水CaCl2。 　　（2）实验装置如图1 　　（3）实验步骤和现象 　　按如图1所示装置组装仪器，并检查装置的气密性。 　　在Y形管的两侧分别加入3g粒状MnO2和1mL10%H2O2溶液，塞紧橡皮塞，球形干燥管中放入无水CaCl2，在干燥管口放一根燃着的檀香，无明显变化。 　　当把10%H2O2溶液与MnO2混合后，产生大量气泡，檀香产生火焰，说明MnO2的催化作用使反应速率明显加快。 　　（4）改进装置的优点 　　①节约试剂，操作简便，现象明显。 　　②将对比实验集中一套装置中完成，增强感性认识。 　　③增加了干燥装置，消除了水蒸气对实验产物检验的干扰。 　　④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。 　　2. 实验方案二 　　（1）实验用品 　　铁架台（带铁夹）、5mL注射器、具支试管、球形干燥管、药匙、火柴、檀香、无水CaCl2、10%H2O2溶液、粒状MnO2。 　　（2）实验装置如图2所示（铁架台未画出） 　　（3）实验步骤及现象 　　按如图2所示装置组装仪器，并检查装置的气密性。 　　在具支试管中加入少量粒状MnO2，注射器中吸入10%H2O2溶液，球形干燥管中放入无水CaCl2。实验过程中通过注射器加入10%H2O2溶液，用燃着的檀香检验生成的氧气。 　　（4）实验改进的优点 　　①装置简单，操作方便。 　　②通过注射器添加试剂可以控制反应速率和反应的进程。 　　③干燥后便于检验生成的氧气，实验现象明显，易于成功。 　　④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。 　　3. 实验方案三 　　（1）实验用品 　　铁架台（带铁夹）、具支试管、药匙、胶头滴管、乳胶头、10%H2O2溶液、粒状MnO2、洗涤剂。 　　（2）实验装置如图3所示（铁架台未画出） 　　（3）实验操作及现象 　　按如图3所示装置组装仪器，并检查装置气密性。 　　在具支试管中加入适量粒状MnO2和2～3滴洗涤剂，胶头滴管中吸入1mL10%H2O2溶液。挤压胶头滴管将10%H2O2溶液加入试管中，立即产生大量气泡，乳胶头被弹出。说明MnO2可以使双氧水分解速率明显加快。 　　（4）实验改进的优点 　　①装置简单，操作方便。 　　②节约试剂，现象明显。 　　③增强了实验的趣味性。 　　4. 实验方案四 　　（1）实验用品 　　滴瓶、10%H2O2溶液、药匙、粒状MnO2。 　　（2）实验装置如图4所示 　　（3）实验操作及现象 　　取2只滴瓶，分别放入适量10% H2O2溶液。将一只滴瓶的胶头取下，放入适量粒状MnO2，另一只不加催化剂做对比实验。在两只滴管中同时吸取10%H2O2，将滴管中的双氧水滴入滴瓶，可以观察到前者快速、平稳地放出气泡，而后者无明显现象，说明MnO2是双氧水分解反应的催化剂。 　　（4）实验改进的优点 　　①装置简单，操作方便。 　　②节约试剂，现象明显。 　　③实验的趣味性强，有利于激发学生的学习兴趣。 　　④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。 　　三、结束语 　　上述方案结合试剂加入的顺序、实验仪器的选择和实验装置的简约化微型化等进行改进设计，既简化了实验操作，又可以增强学生的感性认识。适宜教师课堂演示或学生分组实验，可以激发学生的学习兴趣、培养学生的创新思维能力。以上是我们在教学实践中对双氧