二氧化錳催化分解過氧化氫的探究性實驗設(shè)計

李 焱

（石家莊市教育科學(xué)研究所 河北 石家莊 05000）

一、問題的提出

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)》九年級上冊（人民教育出版社）P37通過兩個實驗探究了二氧化錳對過氧化氫分解的催化作用。［實驗2-5］（1）在試管中加入5 mL5%的過氧化氫溶液，把帶火星的木條伸入試管，木條是否復(fù)燃？（2）向上述試管中加入少量二氧化錳，把帶火星的木條伸入試管。觀察發(fā)生的現(xiàn)象（如圖1所示）。［實驗2-6］待實驗2-5的試管中沒有氣泡時，重新加入過氧化氫溶液，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

圖1

上述探究過程中存在的不足之處：

1．［實驗2-6］一般是在［實驗2-5］所用的試管中繼續(xù)實驗，所以雖然觀察到的現(xiàn)象和［實驗2-5］的實驗（1）相比，產(chǎn)生氣泡的速率明顯比較快，但是如果和［實驗2-5］的實驗（2）相比，由于加入的過氧化氫溶液被稀釋，所以產(chǎn)生氣泡的速率并不相同，所以通過［實驗2-5］的實驗（2）和［實驗2-6］的對比不能充分說明二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)不變這一特點。

2．在實驗過程中都是通過視覺的觀察來定性地判斷反應(yīng)的快慢，對二氧化錳的催化效果體現(xiàn)得不明顯。

3．由于實驗室常用的二氧化錳是粉末狀，從反應(yīng)后的溶液中分離出來比較困難，所以對催化劑需要滿足的三個條件之一——反應(yīng)前后質(zhì)量不變，驗證起來比較困難。

鑒于上述原因，我們通過研究，對這一探究過程進行了改進。

二、實驗裝置和實驗藥品的改進設(shè)計

1．塊狀二氧化錳的制作：將水泥和二氧化錳粉末按照質(zhì)量為1∶4的比例混合均勻，加入適量水?dāng)嚢璩屎隣?，然后用手（戴上一次性手套）捏成黃豆粒大小的顆粒，陰干24小時以上，用水沖掉表面的粉末，再晾干備用。

2．實驗裝置的設(shè)計（如圖2所示）。

圖2

三、實驗過程

［步驟一］稱量0.5 g塊狀二氧化錳裝入D中，在A、B中分別加入5 mL和10 mL5%的過氧化氫溶液，在E、F中裝滿水，按如圖所示將裝置連接好。

［步驟二］將A、B中的過氧化氫溶液各5 mL分別同時注入到C、D中，可以觀察到：D中產(chǎn)生氣泡的速率明顯比C中快，而且在相同時間內(nèi)進入到N中的水明顯比M中多。待C、D中反應(yīng)完畢后，用帶火星的木條伸入到集氣瓶E、F中，可看到木條復(fù)燃。說明二氧化錳可以加快過氧化氫的分解速率。

［步驟三］將D中反應(yīng)后的液體排放到燒杯H中，在F中重新裝滿水，將B中剩余的5 mL過氧化氫溶液加入到D中。可以觀察到D中仍然迅速產(chǎn)生氣泡，且進入到N中水的量與步驟二中相同。說明二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)沒有發(fā)生變化。

［步驟四］將D中反應(yīng)后的液體排放到燒杯H中，并從D中取出塊狀的二氧化錳，干燥、冷卻后稱量，其質(zhì)量仍為0.5 g。說明反應(yīng)前后二氧化錳的質(zhì)量沒有發(fā)生變化。

四、實驗改進后的優(yōu)點

1.改進后的實驗通過排出水的體積由定性變?yōu)榘攵康姆椒ㄓ^察二氧化錳的催化效果，使實驗結(jié)果更具說服力。

2.改進后的實驗，在驗證二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)沒有發(fā)生變化時，能夠更好地控制“過氧化氫溶液的量和濃度”兩個變量均不變化，更好地說明結(jié)果。

3.塊狀二氧化錳便于固液分離，既滿足了上述對“過氧化氫溶液的量和濃度”兩個變量的控制，又滿足了反應(yīng)前后二氧化錳質(zhì)量的稱量。