利用手持技術(shù)改進(jìn)催化劑對(duì)H2O2分解速率的實(shí)驗(yàn)

潘淇 胡明華

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹過(guò)氧化氫的催化分解反應(yīng)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中只能通過(guò)用肉眼來(lái)觀察看到氣泡的生成，缺少具體數(shù)據(jù)的支持，而利用手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)便、圖表直觀和數(shù)據(jù)處理快捷的功能，可以通過(guò)探究三氧化二鐵、二氧化錳對(duì)過(guò)氧化氫分解的影響因素，進(jìn)而比較它們的催化效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，吸引學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：手持技術(shù)；H2O2分解速率；催化效果

目前，在國(guó)家新課程改革深入推動(dòng)下，在傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對(duì)關(guān)于過(guò)氧化氫的催化分解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，因?qū)嶒?yàn)條件的限制，學(xué)生只能通過(guò)用肉眼來(lái)觀察看到生成氣泡的多少和快慢來(lái)判斷過(guò)氧化氫分解速率的情況，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察不明顯，對(duì)相關(guān)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生疑惑，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心學(xué)科素養(yǎng)極其不利。為此，在新課程改革的要求下，本文結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)過(guò)氧化氫的催化分解速率實(shí)驗(yàn)，利用手持實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，操作簡(jiǎn)便、圖表直觀和數(shù)據(jù)處理快捷，全面提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。具體過(guò)程改進(jìn)如下：

實(shí)驗(yàn)原理

2H2O2=2H2O+O2↑

該反應(yīng)在不同類(lèi)型的催化劑作用下，反應(yīng)速率不同。探究三氧化二鐵、二氧化錳對(duì)過(guò)氧化氫分解的影響，進(jìn)而比較它們的催化效果。可以利用壓力計(jì)測(cè)定密閉容器中單位時(shí)間內(nèi)壓力的增加快慢來(lái)感知催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響。

實(shí)驗(yàn)儀器

探世界萬(wàn)能數(shù)據(jù)采集器、氣壓傳感器、電子天平、磁力攪拌器、塑料注射器（2.5 mL）、50mL錐型瓶、量筒、研缽、蒸發(fā)皿、燒杯、玻璃棒、酒精燈。

實(shí)驗(yàn)藥品

蒸餾水、30%H2O2、MnO2 、Fe2O3。

實(shí)驗(yàn)步驟

第一，將MnO2、Fe2O3固體放在研缽研成細(xì)粉末，并密封裝好待用。按實(shí)驗(yàn)裝置圖連接好儀器，確保氣密性良好，實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。

第二，取5mL30%H2O2與25 mL蒸餾水混合配制成5%的H2O2溶液。稱(chēng)取0.04gMnO2，放入50 mL錐型瓶中，再加入8 mL蒸餾水和攪拌磁子，將注射器筒中的空氣全部排空，塞上膠塞，封好。拔出注射器的塑料部分，吸入2 mL配好的H2O2溶液，安裝備用。

第三，開(kāi)啟和設(shè)置數(shù)據(jù)采集器：端口1連接氣壓傳感器；數(shù)據(jù)采集速率：l0/s，采集總量：2000，顯示模式：曲線。

第四，開(kāi)啟磁力攪拌器，用中速攪拌，注入2 mLH2O2溶液，反應(yīng)馬上開(kāi)始，采集數(shù)據(jù)。

第五，分別再取0.074gFe2O3 （保持與MnO2物質(zhì)的量一致）重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并做一組空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

數(shù)據(jù)處理

將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，用Origin 6.0軟件處理數(shù)據(jù)，得到反應(yīng)前后壓力隨時(shí)間的變化曲線圖，取上升部分進(jìn)行線性擬合處理，可求得各催化劑分解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程，進(jìn)而從斜率的大小來(lái)分析催化劑對(duì)該反應(yīng)影響的大小。采集的數(shù)據(jù)分析如下：

通過(guò)對(duì)比分析可知，F(xiàn)e2O3、MnO2對(duì)過(guò)氧化氫分解都有一定的催化作用，其中催化效果：MnO2> Fe2O3現(xiàn)象更明顯，且能很好地對(duì)過(guò)氧化氫分解過(guò)程向?qū)W生解釋。

結(jié)語(yǔ)

綜上可知，把現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，并能更好地體現(xiàn)新課程改革的理念，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，全面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

基金項(xiàng)目：主持貴州省級(jí)本科教學(xué)工程項(xiàng)目（教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革項(xiàng)目）“化學(xué)師范生校地實(shí)踐教學(xué)合作指導(dǎo)模式的研究——以遵義師范學(xué)院為例”

（作者單位：遵義師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院）

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳少俊，張瑞偉，衷明華.手持技術(shù)探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（02）.

[2]吳曉紅，任斌，徐建菊. 探究水泥負(fù)載二氧化錳催化分解過(guò)氧化氫的最佳條件[J].化學(xué)教育，2017（26）.