探究催化剂对过氧化氢分解实验的影响

周凡淇 曾子渊

我们在九年级学习化学第二单元《氧氣的性质》时，学到了利用过氧化氢溶液制氧气的实验。该实验使用二氧化锰作为反应的催化剂，当时我们就在想：还有没有其他物质可作为过氧化氢分解的催化剂呢？

学习结束后，我们查阅了相关文献，了解到还有其他物质（如氧化铜、氯化铁等）可以作为反应的催化剂。那么为何课本要选择二氧化锰而不是使用其他物质作为催化剂呢？带着这个问题，我们再次查阅文献，并在化学老师的指导下，设计了两个探究实验：一是不同催化剂在同一状态下的催化效果，二是同种催化剂在不同状态下的催化效果。

一、实验原理

人教版选修4《化学反应原理》指出，影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质，这是内在因素。而使用催化剂能够减少反应所需的能量，使更多的反应物分子成为活化分子，从而成千上万倍地增大反应速率。

二、实验材料及方法

1.实验药品。

5%的过氧化氢溶液、二氧化锰、氯化铁、氧化铜。

2.实验仪器。

酒精灯、石棉网、试管、水槽、集气瓶、锥形瓶、长颈漏斗、天平、量筒、木塞（双孔）、秒表、三脚架、纱布。

3.实验步骤。

（1）实验一：

①检查用过氧化氢溶液制取氧气装置的气密性，然后用木塞塞紧试管口，用量筒量取10mL过氧化氢溶液，从长颈漏斗处注入锥形瓶，右端用排水法收集生成的氧气;记录2分钟内生成的氧气体积。

②称取5g二氧化锰，用纱布包裹，放入锥形瓶中，重复步骤①。

③将二氧化锰分别替换成氯化铁、氧化铜，重复步骤②。

（2）实验二：

将锥形瓶放在三脚架上，用酒精灯加热，重复实验一的步骤②。

三、实验结果和分析

实验一：从现象来看，相比于无催化剂的过氧化氢溶液，二氧化锰、氯化铁，氧化铜作为催化剂时都能明显看到有气泡冒出。可见，有无催化剂，的确能影响反应效果。催化剂不同，对反应的催化效果也不同。二氧化锰、氯化铁、氧化铜都对过氧化氢溶液分解有催化作用，且二氧化锰的催化作用更好。

实验二：从现象来看，用酒精灯加热后，气泡冒出速度明显加快，收集氧气速度变快。由此可见，温度的变化对催化效果有影响，且在本实验中，温度越高，反应速率越快。

结论：在化学实验中，催化剂种类的不同，温度的不同等都可能对反应产生影响。故在设计实验时，可以尝试多种因素对实验的影响，从而得出提高反应效率、节省实验时间的最佳方法。

四、实验创新点和意义

我们在课本单一变量、简单实验的基础上，采用了控制变量法，对比探究了多种因素对反应速率的影响，不仅能够让实验更丰富，也丰富了我们的化学知识。同时，我们在研究中还改进了实验装置，使催化剂便于取出，这样一方面能使催化剂质量和化学性质的验证更为简便，另一方面减少了实验药品的浪费，符合绿色化学的原则。

（指导老师：张 智 邓海英）