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过氧化氢制取氧气的新方法

传统的用H2O2制取O2的方法常常存在两个问题:
一、我们更多地关注O2的生成量能否使带余烬的木条复燃,往往由于回收麻烦而忽视对催化剂MnO2粉末的回收,MnO2随反应液作废液倒掉,既浪费药品、污染环境,又不利于培养学生的节约意识和环保意识。
二、在实验操作中,如果先在试管中放入MnO2粉末,再加入H2O2,则反应相当剧烈,产生的气流瞬间冲出试管,不利于气体O2的检验和收集。笔者在教学实践中探讨研究了用水泥作载体,用MnO2与水泥按一定比例混合,加水搅拌制作粒状的MnO2催化剂,用于过氧化氢制取氧气的实验,实验效果好,而且较好地解决了催化剂MnO2粉末的回收问题。
1.实验准备
粒状MnO2催化剂的制作:按照水泥∶MnO2=1∶4(质量比),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24小时以上,硬化后用小锤敲打成玉米粒大小,用水冲洗掉粉末,再凉干备用。
实验:在一支大试管中装入几粒硬化的MnO2催化剂,然后取5ml 10%H2O2注入大试管,立即发生反应,有大量气泡平稳逸出,用带火星的木条伸入大试管中,木条复燃。反应结束,弃掉反应液,用水冲洗粒状的MnO2,凉干保存,再次利用,不会松散和失效。
几个对比实验:
(1)在试管中先盛放5mL 10%H2O2,再加少量MnO2粉末,MnO2粉末浮在H2O2表面,反应立即发生,化学反应剧烈,产生大量气泡,用带火星的木条伸入试管内,木条复燃。反应完毕,MnO2粉末沉入试管底部,难以回收。
(2)在试管中先放入少量MnO2粉末,再加入5mL 10%H2O2,反应相当剧烈,产生的气流瞬间冲出试管,不利于气体O2的检验和收集。
2.粒状MnO2的催化实验
先在试管内放入3~4粒粒状的MnO2颗粒,再加入5mL 10%H2O2,化学反应平稳,在硬化的MnO2颗粒表面产生大量气泡,用带火星木条伸入试管内,木条复燃。反应完毕,弃去反应液,MnO2颗粒用水洗净凉干,备下次用。
(3)水泥的催化实验
在试管中先放入少量水泥粉末,再加入5mL10%H2O2,有微量气泡产生,产生的气泡附着在试管壁上,用带火星的木条检验产生的气体,不能使木条复燃;用手指堵住试管口3分钟,再用带火星的木条伸入试管内,带火星的木条更亮。说明水泥对H2O2分解有微弱的催化作用。
结论:通过以上对比实验得出结论,使用颗粒状MnO2催化剂进行实验产生的O2气流量大,气流均匀平稳,实验现象明显;反应后MnO2催化剂可反复使用,解决了催化剂MnO2粉末的回收问题,节约了药品。操作方便、安全,可以清晰看到H2O2在硬化的MnO2表面迅速分解,致使导管口产生急速的气流声,通过手触感到H2O2分解产生的热量。在整个反应过程中水泥仅作为载体,没有参加化学反应。
通过这种探究实验,使学生体验科学探究的乐趣,强化科学探究意识,激发化学学习的兴趣,增进对科学探究过程的理解,培养科学探究能力,使学生获得学习成功的喜悦,充分体现新的化学课程理念。