谁让过氧化氢加速分解

2019-06-13四川省德阳中学李沅泽

发明与创新 2019年26期

关键词：碘化钾过氧化氢试管

文四川省德阳中学李沅泽

过氧化氢是一种新型环保能源，可用作火箭发动机推进剂、新型汽车发动机燃料等，但由于其性质不稳定，在保存和使用中易受外界因素影响而分解，导致其实际利用率大大降低。因此，研究影响过氧化氢分解反应速率的因素显得尤为重要。

过氧化氢在常温常压下会自行缓慢分解成水和氧气。中学化学教材中一般使用二氧化锰作为催化剂，并且很少考虑到其他影响因素。事实上，影响过氧化氢反应速率的因素有许多，正是这些因素使过氧化氢在作火箭发动机推进剂、新型汽车发动机燃料时会造成浪费。

一些文献中曾提到，有些金属离子能催化过氧化氢，但并未做详细的调查。我推测还有更多的物质对过氧化氢有催化作用。在检索文献资料的基础上，我通过大量实验，分析并总结出过氧化氢催化剂的特性，以及其他影响过氧化氢分解反应速率的因素。

一、实验器材

各种规格的烧杯、试管，药匙，玻璃棒，托盘天平，水浴加温装置，温度计，气球，秒表。

二、实验试剂

30%过氧化氢（H2O2）、硫酸铜（CuSO4）、氯化铜（CuCl2）、硝酸铜[Cu（NO3）2]、氧化铜（CuO）、二氧化锰（MnO2）、高锰酸钾（KMnO4）、氯化铁（FeCl3）、硫酸亚铁（FeSO4）、三氧化二铁（Fe2O3）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、三氧化二铬（Cr2O3）、氧化钴（CoO）、碘单质（I2）、碘化钾（KI）、氢氧化钙[Ca（OH）2]、氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）、稀盐酸（HCl）、稀硫酸（H2SO4）、乙二酸（草酸）（C2H2O4）、硼酸（H3BO3）、血液（含有过氧化氢酶）、土豆丝（含有过氧化氢酶）等。

三、实验过程

图1过氧化氢与不同物质反应的现象

1.分解过氧化氢的催化剂种类

用托盘天平称量5g待测物质粉末，分别为硫酸铜（CuSO4）、氯化铜（CuCl2）、硝酸铜[Cu（NO3）2]、氧化铜（CuO）、二氧化锰（MnO2）、高锰酸钾（KMnO4）、氯化铁（FeCl3）、硫酸亚铁（FeSO4）、三氧化二铁（Fe2O3）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、三氧化二铬（Cr2O3）、氧化钴（CoO）、碘单质（I2）、碘化钾（KI）、血液、土豆丝等。

把5ml30%过氧化氢溶液倒入试管，在保证温度、气压等实验条件不变的情况下，将过氧化氢和待测物质粉末混合，观察现象。如明显有气泡产生，则此物质可作为过氧化氢的催化剂。

2.影响过氧化氢分解速率的因素

（1）混合均匀程度

用托盘天平称量两份5g催化剂粉末（硫酸铜），把5ml30%过氧化氢溶液倒入2支不同的试管，在保证其他实验条件不变的情况下，同时将两组催化剂粉末与过氧化氢混合，其中一组使用玻璃棒搅拌。观察记录两组催化反应速率。

（2）温度

分别把5ml30%过氧化氢溶液倒入4支套上了气球的具支试管，放在水浴装置上，在保证其他实验条件不变的情况下，按10℃为公差设置4个实验组。通过气球膨胀程度，观察记录各组的反应速率。

（3）催化剂浓度

用托盘天平称量两份1g和5g催化剂粉末（高锰酸钾）并配成相同体积的溶液，把5ml30%过氧化氢溶液倒入2支试管，在保证其他实验条件不变的情况下，同时将两组催化剂溶液与过氧化氢混合，观察记录各组的反应速率。

（4）酸碱度

用氢氧化钙[Ca（OH）2]、氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）、稀盐酸（HCl）、稀硫酸（H2SO4）、乙二酸（草酸）（C2H2O4）、硼酸（H3BO3）分别配置8杯5ml不同酸碱度的溶液，把5ml30%过氧化氢溶液倒入7支不同的试管。在保证其他实验条件不变的情况下，按次序分别混合。再向第八个实验组同时加入碱和硫酸铜观察。记录不同实验组的反应速率。

图2 过氧化氢在碱性环境下的反应现象

四、实验结果

1.硫酸铜（CuSO4）、氯化铜（CuCl2）、硝酸铜[Cu（NO3）2]、氧化铜（CuO）、二氧化锰（MnO2）、高锰酸钾（KMnO4）、氯化铁（FeCl3）、硫酸亚铁（FeSO4）、三氧化二铁（Fe2O3）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、三氧化二铬（Cr2O3）、氧化钴（CoO）、碘单质（I2）、碘化钾（KI）、血液、土豆丝都能作为过氧化氢的催化剂。碘化钾（KI）在反应后生成了少量碘单质。

通过查询相关知识，我发现金属钯的一些化合物也能催化过氧化氢。

2.使用玻璃棒搅拌的实验组反应速率更快。

3.水浴温度较高的实验组反应速率更快，并且温度每升高10℃，反应速率可提高2至4倍。

4.催化剂浓度较高的实验组反应速率更快。

5.溶液呈碱性的实验组总体反应快于溶液呈酸性的实验组。与其他实验组相比，既加入催化剂又加入碱的实验组反应速率明显快于前两个实验组，甚至会翻倍。