不同蔬菜对过氧化氢分解制氧气催化效果的探究

不同蔬菜对过氧化氢分解制氧气催化效果的探究
摘要：通过实验比较韭菜、洋葱、胡萝卜等八种常见蔬菜催化H2O2分解的反应速率，结果表明胡萝卜催化H2O2分解时反应速度最适中，气体放出最均匀。

同时综合考虑了H2O2浓度、用量以及催化剂用量、反应温度对该反应速率的影响，实验得出胡萝卜催化H2O2分解的最佳条件为胡萝卜5 g，10%的H2O210 ml，反应温度35℃。

Abstract: Compared the fragrant-flowered garlic, the onion, thecarrot through the experiment and so on eight kind of commonvegetables has catalyzed the response speed which H2O2 decomposed,finally indicated the carrot catalyzed when the H2O2decomposition thereaction rate most moderate gas emitted evenly. Simultaneouslysynthesized had considered the H2O2 density, the amount used as wellas the catalyst amount used, the reaction temperature to this responsespeed influence, the experiment obtained the carrot to catalyze theoptimum condition which H2O2 decomposed for carrot 5g, 10% H2O2 10 mL,reaction temperature 35℃.
Key words:Biocatalyst,hydrogen peroxide, hydrogen peroxide enzyme, vegetables
新课程中学化学教材增设了H2O2分解制氧气的实验[1] [2]，用二氧化锰做为该实验的催化剂，虽然催化效果较好，但也有其不足之处。

一是制作复杂；二是成本较高；三是污染环境，不易回收利用。

针对上述问题，张春艳选用了生物催化剂，选取富含过氧化氢酶的新鲜土豆、辣椒肉、辣椒籽、苦荬菜作为H2O2分解的催化剂，并做了比较[3]，但她没有考虑温度和H2O2体积等因素对该反应速率的影响，所研究的蔬菜种类也较少。

为此，笔者将进一步从生物催化剂入手，以本地区最常见的八种富含过氧化氢酶的蔬菜（韭菜洋葱甘蓝黄瓜土豆胡萝卜萝卜）为原料，并综合考虑温度和催化剂用量，反应物用量和浓度等因素对实验的影响。

通过实验探究综合分析比较，选取一种催化效果最佳的蔬菜作为H2O2分解的催化剂。

一、不同蔬菜作为催化剂的比较
1．仪器与药品
铁架台1个，500W电炉1个，100mL圆底烧瓶1个，100℃温度计1支，分液漏斗1个，水浴1个，集气瓶1个（带双孔塞），500ml量气筒1个，导管，小试管，表面皿，小刀1把，托盘天平1台。

不同浓度的H2O2。

2．生物催化剂的选择和制备
按所需量称取富含过氧化氢酶的新鲜蔬菜（韭菜洋葱甘蓝胡萝卜萝卜菠菜土豆黄瓜），用刀切成约2mmx2mm的碎块盛于清洁的表面皿中（用时临时切）。

3．实验过程
⑴定性过程
取3克上述各种蔬菜碎块置于试管中，分别加入5ml10%的H2O2溶液，观察反应现象，结果见表1。

表1不同蔬菜作为催化剂催化作用下H2O2分解反应的现象
催化剂反应现象反应速度反应时间
韭菜开始反应很剧烈，气泡较均匀冒出先快后慢较短
洋葱开始反应较剧烈，逐渐趋于缓和，气泡不均匀冒出先快后慢短
甘蓝较均匀缓慢地冒出气泡先快后慢较短
胡萝卜反应较快，均匀冒气泡，均匀放热较均匀较长
萝卜开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢先快后慢较长
菠菜开始反应剧烈，气泡较均匀冒出，反应后期较慢先快后慢短
土豆反应较慢，气泡均匀冒出，反应后期极慢先快后慢长
黄瓜开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢先快后慢较短
*反应条件T=303K
⑵定量过程
安装好装置（图略），在干净的烧瓶中，加入5克蔬菜，置于35℃的水浴中，用分液漏斗匀速加入10 ml 10%的H2O2溶液，反应开始的同时按下秒表记录反应时间和相应的量气筒读数，根据记录结果求出气体产生的速率(V2-V1)/t。

不同蔬菜作为催化剂时的产气速率见表2。

表 2 不同蔬菜作为催化剂时的产气速率
催化剂韭菜洋葱甘蓝胡萝卜萝卜菠菜土豆黄瓜
产气
平均
速率
（mL/s0.930.720.390.790.320.610.360.52
由表 2 可以看出在相同实验条件下，分别用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时产生氧气的速率较大。

用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时放出氧气的体积随时间变化的曲线图分别如下图。

4．实验结果分析
由表1和表2以及上图可以看出在相同实验条件下，用胡萝卜作为过氧化氢分解制氧气的催化剂反应速率较快且整个过程气体放出较均匀，韭菜虽然产气速率最大但整个过程气体放出不均匀，其它各种蔬菜作为催化剂时不仅反应速率慢而且整个过程气体放出不均匀。

二、胡萝卜催化过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件探讨
1．催化剂用量对反应速率的影响
取用不同质量的胡萝卜作催化剂与10ml 10%的H2O2溶液反应，不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响见表3。

表3 不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响
催化剂质量(g)产生氧气平均速率（ml/s）
30.64
50.81
70.82
* 反应条件T=303K
结果表明：胡萝卜用量对反应速率有影响。

以每10 ml 10% H2O2溶液用5g 胡萝卜较好。

2．H2O2浓度对反应速率的影响
采用不同浓度的H2O2即5%，10%，15%的溶液各10ml和5g新鲜胡萝卜反应，不同浓度的H2O2对其分解速率的影响见表4。

表4不同浓度的H2O2对其分解速率的影响
H2O2的浓度（%）产生氧气平均速率（ml /s）
50.74
100.78
150.79
* 反应条件T=303K
由上表可知，H2O2的浓度对反应速率的影响不是很大，可见并非H2O2浓度越高越好，通常选用10%的H2O2溶液即可。

3．温度对反应速率的影响
不同温度下用5g新鲜胡萝卜与10mL 10%的H2O2溶液反应，不同温度下H2O2分解速率见表5。

表5 不同温度对H2O2分解速率的影响。