过氧化氢催化剂的研究 实验报告

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：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=H2MnO4H2MnO4+H2O2=MnO2+O2↑+2H2O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）66.746.3100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）5.025.246.31--价格（元/500g）622566269.1为了探究这些物质的催化效果，我做了以下实验：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。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。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930200--三氧化二铁-----氧化铜-----二氧化锰+氧化铜22131246100三氯化铁6743301617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。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