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过氧化氢催化剂的研究 实验报告

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过氧化氢催化剂的研究

摘 要：过氧化氢是目前实验室制取氧气安全、廉价的试剂。由于过氧键的特殊性质，有各种各样的催化剂可供选择。本文就过氧化氢催化剂的选择进行探究。

关键词：过氧化氢 氧气 催化剂

氧气在化学实验中十分重要，初中课本中制备氧气的途径之一是过氧化氢催化分解。随着工艺的改进，过氧化氢的成本不断降低，是一种很有前途的制备氧气的途径。过氧化氢具有过氧键，-O-O-中O不是最低氧化态，故不稳定，容易断开。常温下波长为320～380nm的光照射，或是加热，使用催化剂都可以加速过氧化氢的分解。光照速度太慢，加热浪费能源，而分解速率不稳定，所以寻找一种合适的催化剂便更加重要。过氧化氢的催化原理主要有以下几种：

1. 氧化重金属氧化物或金属盐，生成的物质立刻分解放出氧气。

例：H2O2+MnO2=H2MnO4

H2MnO4+H2O2=MnO2+O2↑+2H2O

2. 过氧化氢在碱性条件下容易分解为氧气和水，氢氧根使溶液显碱性，利于过氧化氢的分解。

由于可溶性碱普遍有较强腐蚀性，难溶性碱不稳定且成本较高，故一般不采用此做法。

难溶性碱 氢氧化铜 氢氧化铁 氢氧化镁

价格（元/500g） 66.7 46.3 100

3. 过氧化氢酶的催化。

由于过氧化氢酶不易回收，成本较高，受活性影响严重，所以一般不采用此种做法。

进一步探究第1种情况下的催化剂，我选取了中学实验室常见的几种物质进行探究：

金属氧化物：MnO2、Fe2O3、CuO

金属盐（溶液）：CuSO4、FeCl3

下面是这些物质的物理性质：

金属氧化物 金属盐（溶液）

物质 二氧化锰 三氧化二铁 氧化铜 硫酸铜 三氯化铁

性状 黑灰色粉末 红色粉末 黑色粉末 蓝色溶液 黄色溶液 密度（103kg·m-3） 5.02 5.24 6.31 - -

价格（元/500g） 62 25 66 26 9.1

为了探究这些物质的催化效果，我做了以下实验：

1. 定性实验

-金属氧化物-

在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等质量研碎粒度相似的催化剂，观察现象。

a) 反应刚开始进行，二氧化锰催化效果最佳，三氧化二铁反应较快，氧化铜反应较慢。

b) 一段时间后，二氧化锰反应十分剧烈，三氧化二铁也比较剧烈，氧化铜反应还未进行。

c) 再过一会，二氧化锰反应结束，三氧化二铁反应剧烈，氧化铜开始反应。

d) 当三氧化二铁反应结束后，氧化铜反应剧烈。又经过很长时间，氧化铜反应结束。

将溶液陈化18h后并加入1mol/L氢氧化钠溶液，无明显现象。

证明三种物质确实催化了反应，并没有进入溶液中。

-金属盐（溶液）-

在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等浓度等体积的催化剂溶液，观察现象。

硫酸铜溶液无明显催化现象，三氯化铁溶液现象明显，速率类似于三氧化二铁的催化。

初步结论：金属氧化物对过氧化氢都有良好的催化作用。

金属盐（溶液）硫酸铜对过氧化氢的催化效果不明显，三氯化铁溶液催化效果良好。分析可能是硫酸铜浓度不够。为了控制实验成本不再继续探究。

2.定量试验

在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等质量研碎粒度相似的催化剂，排水收集产生的氧气，测定产生相同体积的氧气所需时间，计算平均反应速率。

实验装置：反应在左侧锥形瓶内进行，气体通过导管输送到事先装满水并倒置在水中的50mL量筒里，测量体积。

说明：理论上温度每提高10℃反应速率就提升1倍，过快的分解会大大加速反应速率，形成高温高压体系，十分危险，难以控制，故不使用市售30%过氧化氢溶液而采用稀释后的10%过氧化氢溶液。

过氧化氢具有一定腐蚀性，使用时应注意皮肤、眼睛的防护。

实验原始记录：

催化剂 生成第一个50mL氧气所需时间(s) 生成第二个50mL氧气所需时间(s) 生成第三个50mL氧气所需时间(s) 生成第四个50mL氧气所需时间(s) 生成第五个50mL氧气所需时间(s)

二氧化锰 9 30 200 - -

三氧化二铁 - - - - -

氧化铜 - - - - -

二氧化锰+氧化铜 22 13 12 46 100

三氯化铁 67 43 30 16 17

说明：每隔1min测量一次。

实验数据分析：

经过分析的实验数据列于下图。 5.61.70.30.00.00.00.00.02.33.84.21.10.50.71.21.73.12.90.01.02.03.04.05.06.012345反应时间(min)催化速度(mL/s)二氧化锰三氧化二铁氧化铜二氧化锰+氧化铜三氯化铁

出人意料的，三氧化二铁和氧化铜在5min内均没有催化过氧化氢的分解。二氧化锰催化速率太快。理论上温度每提高10℃反应速率就提升1倍，过快的分解会大大加速反应速率，形成高温高压体系，十分危险，难以控制。三氧化二铁会使锥形瓶难以清洁，不利于实验，故我选择了二氧化锰（40%）+氧化铜（60%）的混合催化剂。实验证明反应平稳，能最大限度地催化过氧化氢分解。可以适当增加混合催化剂中二氧化锰的比例以提升反应速度。三氯化铁溶液的催化效果更加理想，可以加入少量的二氧化锰提高开始时的反应速率。

由此可见，过氧化氢的催化剂是多样的。在实验中，我们可以根据不同种类的催化剂的性质选择不同种类的催化剂满足实验要求。在提倡绿色化学的今天，我们要尽可能使用少的试剂来制备更多的产物，使产率最大化。催化剂的存在无益符合这一理念。反应结束后务必回收催化剂以便下次继续催化。化学世界很精彩，对催化剂的研究应当不断更加深入地进行下去。

[作者]沈汇涛 南京市玄武外校 学生

[实验时间]2009年3月15日

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优化化学实验提高课堂效率——探究过氧化氢分解的催化剂实验的改进

优化化学实验提高课堂效率——探究过氧化氢分解的催化剂实验的改进

化学教与学2019年第2

期优化化学实验提高课堂效率*

——“探究过氧化氢分解的催化剂”实验的改进

陈佳

（桂林市奎光学校广西桂林541002）

摘要：目前初中化学课本中的实验，大多都已给出较详尽的实验步骤，教师在课堂上能快速演示，学生在教师的指导下也能自主完成。但仍有小部分实验受实验条件及上课时长的限制，无法实现课堂上的演示及学生探究活动。文章以课本探究活动“探究过氧化氢分解的催化剂”为例，提供了几种改进课本该实验的方法，以实现该实验在课堂演示及学生分组实验探究的可行性和高效性。关键词：催化剂；实验改进；高效；节约文章编号：1008-0546（2019）02-0080-03中图分类号：G633.8文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.02.025

一、问题的提出2017年11月，笔者有幸参加了桂林市教科所组织

的初中化学优质课比赛，赛题为“制取氧气”。在备课

过程中，笔者发现，课本在设计“探究二氧化锰为过氧

化氢分解的催化剂”的实验步骤上，存在着一些不足。

本市所使用的科粤版教材中，“探究二氧化锰为

过氧化氢分解的催化剂”的实验步骤原文如下：用约10%的过氧化氢溶液和二氧化锰做下列实验：（1）用量筒量取4mL过氧化氢溶液加入试管中，将带火星的木条伸入试管的上部，结果怎样？（2）另取少量二氧化锰装入试管中，又将带火星的木条伸入试管内，结果怎样？（3）再量取4mL过氧化氢溶液加入另一支试管，用药匙加入少量二氧化锰，将带火星的木条伸进试管口，有什么现象发生？（4）待实验（3）的试管内的液体不再放出气泡时，重新加入4mL过氧化氢溶液，再用带火星的木条伸进试管口，又有什么现象发生？

（1）（2）（3）（4）从催化剂的定义可知，要得出“二氧化锰为过氧

化氢分解的催化剂”的结论，需要验证三个方面：①二

氧化锰能改变过氧化氢分解的速率；②在化学反应前

后，二氧化锰的化学性质不变；③在化学反应前后，二

过氧化氢含量的测定_实验报告

过氧化氢含量的测定_实验报告

实验一 过氧化氢含量的测定（高锰酸钾法）

一、 实验目的

（1） 掌握高锰酸钾法测定过氧化氢含量的原理、滴定条件和操作步骤；

（2） 掌握移液管及容量瓶的正确使用方法，熟悉液体样品的取样和稀释操作。

二、 实验原理

（1）由于在酸性溶液中，KMnO4的氧化性比H2O2的氧化性强，所以，测定H2O2的含量时，常采用在稀硫酸溶液中，室温条件下用高锰酸钾法测定。其反应为：

5H2O2+2MnO4-+6H+＝2Mn2++8H2O+5O2

%10001701.0%22MVCOH

实验室用Na2C2O4标定KMnO4溶液， KMnO4溶液在热得酸性溶液中进行，反应如下：

2KMnO4?+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2+8H2O

C(KMnO4)=2m(Na2C2O4)/5M(KMnO4)V(KMnO4)

开始反应缓慢，第1滴溶液滴入后不易褪色，待产生Mn2+后，由于Mn2+的催化作用，加快了反应速率，故滴定速度也应加快，直至溶液呈微红色且半分钟内不退色，即为终点。根据高锰酸钾浓度和滴定中消耗KMnO4的体积，按下式计算过氧化氢的含量：

式中p(H2O2)——稀释后的H2O2质量浓度，g/L。

三、 仪器与试剂

仪器：移液管（25ml）,吸量管（10ml），洗耳球，容量瓶（250ml），酸式滴定管（50ml）.

试剂：工业H2O2样品，KMnO4L)标准溶液，H2SO4(3mol/L)溶液。

四、 实验步骤

的KMnO4标准溶液的配置及标定

（1）LKMnO4标准溶液的配制

~固体，置于500ml烧杯中，加入400ml蒸馏水→表面皿，煮沸20~30min→→冷却后倒入棕色瓶，加水稀释至500ml，摇匀，静置7~10d→→→上清液砂芯漏斗过滤→洗净试剂瓶，滤液倒进试剂瓶，贴上标签，待标定

KMnO4标准溶液的标定

（2） 准确称取~基准物Na2C2O4，置于250ml锥形瓶中→→→→

过氧化氢含量的测定 实验报告

过氧化氢含量的测定 实验报告

第1页，－共2页 试验 【2 】一 过氧化氢含量的测定（高锰酸钾法）

一、 试验目标

（1） 控制高锰酸钾法测定过氧化氢含量的道理.滴定前提和操作步骤;

（2） 控制移液管及容量瓶的精确运用办法,熟习液体样品的取样和稀释操作.

二、 试验道理

过氧化氢（H2O2）在工业.生物.医药等方面运用很普遍.运用H2O2的氧化性漂白毛.丝织物;医药上常用于消毒和杀菌剂;纯H2O2可作为火箭燃料的氧化剂：工业上运用H2O2的还原性除去氯气;植物体内的过氧化氢酶也能催化H2O2的分化反应,股在生物上运用H2O2分化所放出的氧气来测量过氧化氢酶的活性.因为H2O2有着普遍的运用,常须要测定它的含量.

因为在酸性溶液中,KMnO4的氧化性比H2O2的氧化性强,所以,测定H2O2的含量时,常采用在稀硫酸溶液中,室温前提下用高锰酸钾法测定.其反响为：

5H2O2+2MnO4-+6H+＝2Mn2++8H2O+5O2

开端反响迟缓,第1滴溶液滴入后不易褪色,待产生Mn2+后,因为Mn2+的催化感化,加速了反响速度,故滴定速度也应加速,直至溶液呈微红色且半分钟内不退色,即为终点.依据高锰酸钾浓度和滴定中消费KMnO4的体积,按下式盘算过氧化氢的含量：

P(H2O2)=_５ｃ（ＫＭｎＯ４）．Ｖ（ＫＭｎＯ４）．Ｍ（Ｈ２Ｏ２）

式中p(H2O2)——稀释后的H2O2质量浓度,g/L.

三、 仪器与试剂

仪器：移液管（25ml）,吸量管（10ml）,洗耳球,容量瓶（250ml）,酸式滴定管（50ml）.

第2页，－共2页 试剂：工业H2O2样品,KMnO4(0.02mol/L)标准溶液,H2SO4(3mol/L)溶液.

四、 试验步骤

1.0.02mol/L的KMnO4标准溶液的设置装备摆设及标定

2.H2O2的含量测定

用吸量管汲取10mlH2O2样品（约为3%）,置于250ml容量瓶中,加水稀释至标线,混杂物平均.用移液管精确移取25.00ml过氧化氢稀释液三份,分离置于三个250ml锥形瓶中,各加5mlH2SO4(3mol/L),用高锰酸钾标准溶液滴定.开端反响迟缓,待第一滴高锰酸钾溶液完整褪色后,再参加第二滴,跟着反响速度的加速,可逐渐增长滴定速度,直到溶液呈为微红色且半分钟内不退色,即为终点.盘算未经稀释样品中的含量.

高锰酸钾法测定过氧化氢含量实验报告

高锰酸钾法测定过氧化氢含量实验报告

高锰酸钾法测定过氧化氢含量实验报告

一、实验目的

1.了解高锰酸钾标准溶液的配制方法和保存条件。

2.掌握以Na2C2O4为基准物的标定高锰酸钾溶液浓度的方法原理及滴定条件。

3.掌握用高锰酸钾法测定H2O2含量的原理和方法。

二、实验原理

1.高锰酸钾标定原理

标定高锰酸钾的基准物有很多，常用的是Na2C2O4。在H2SO4介质中Na2C2O4与KMnO4反应，其反应式为：

2MnO４－＋５Ｃ２Ｏ４２－+16H+=2Mn2++5CO2↑+8H2O

2.H2O2含量测定原理

H2O2的含量可用高锰酸钾法测定。在酸性溶液中H2O2很容易被KMnO4氧化而生成有力的氧和水，其反应式为：

2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2↑+8H2O

开始反应时速度很慢，滴入第一滴KMnO4溶液时溶液不容易褪色，待生成Mn2+之后，由于Mn2+的催化，加快了反应速度，故能一直顺利地滴定到终点，根据KMnO4标准溶液的用量计算样品中H2O2的含量。

三、实验仪器及药品

仪器：铁架台、酸式滴定管、250ml锥形瓶、移液管、电热炉

药品：0.020mol/L KMnO4标准溶液、2mol/L H2SO4溶液、Na2C2O4固体、市售H2O2样品

四、实验步骤

高猛酸钾标定步骤

1. 洗涤 按要求把实验用的仪器洗涤干净。

2. 润洗 将酸式滴定管用待标定的KMnO4溶液润洗2-3次。

3. 称量 用电子称准确称取0.15-0.20g Na2C2O4基准物。

4. 溶解 将称量好的基准物置于250ml锥形瓶中，加水约20ml

使之溶解，再加15ml 的2mol/L H2SO4溶液，并加热至70-85℃。

5. 滴定 将加热好的溶液立即用待标定的KMnO4 溶液滴定，滴定至溶液呈淡红色，并且30s不褪色，即为反应终点。平行测定2次，根据滴定所消耗KMnO4溶液的体积和基准物的质量，计算KMnO4溶液的浓度。