过氧化氢被二氧化锰催化分解实验的创新设计

过氧化氢被二氧化锰催化分解实验的创新设计

催化剂与催化作用是初中化学的重要知识，现行义务教育化学教科书的实验设计中已经有使用二氧化锰催化过氧化氢分解代替二氧化锰催化氯酸钾分解的大趋势。各种版本的设计略有不同，但都存在一定的不足。

一、教材实验设计

二氧化锰对过氧化氢分解的催化作用，现在不同版本的初中化学教科书设计时有所区别。2012年人教版初中化学教科书[1]是这样设计的（如图1所示）：在试管中加入5 mL5﹪过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管，观察现象。

向上述试管中加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管，观察现象。

待上述试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，观察现象。待上述试管中又没有现象发生时，重复上述操作，观察现象。

2012年仁爱版初中化学教科书[2]是这样设计的：

取三支试管，各加入少量5%的过氧化氢（H2O2）溶液，将一支试管置于室温下，将另一支试管在酒精灯火焰上加热，在第三支试管中加入少量二氧化锰粉末。用带火星的木条分别伸入三支试管内，观察并比较实验现象，分析得出相关的结论。

二、教材实验设计的不足

二氧化锰催化过氧化氢分解是一个剧烈的放热反应，能够使过氧化氢溶液产生沸腾现象，并有大量的水雾从试管中冒出来。人教版教科书实验设计的不足是，过氧化氢溶液用量偏大，反应太剧烈；试管中先盛液体后放粉状固体，对学生来说操作难度大了一点，不太方便，学生容易把二氧化锰撒出试管外；对比性不太强，没有说明过氧化氢受热也能够缓慢放出氧气的性质，不能说明催化剂能够让化学反应在比较温和的温度下发生这一特性。

仁爱版教材实验中，分别取5%，10%，20%，30%的过氧化氢溶液在酒精灯火焰上加热，可以看到有大量的小气泡产生。由于同时生成大量的水蒸气，即使加热到沸腾，我们也没有看到带火星木条复燃的现象，30%的过氧化氢溶液加热不小心还会产生暴沸现象，比较危险。加二氧化锰的操作与人教版实验的不足相同，学生操作不太方便。

三、实验创新设计

1.实验准备

取20 mm×200 mm规格的试管先割短成20 mm×120 mm规格的试管（以下

称“中试管”）待用；15 mm×150 mm规格的试管（以下称“小试管”）；试管与二氧化锰要烘干。

2.实验步骤

先取大约5 mL5%的过氧化氢溶液倒入小试管里，再取大约1 g的二氧化锰置于中试管里，用带火星的木条分别伸入中、小试管里，观察现象。木条是否复燃？

把小试管放入中试管里，并用小试管稍稍压紧二氧化锰后，用试管夹夹起中试管让两支试管套在一起，在酒精灯火焰上加热中试管，观察中试管与小试管里的现象；待小试管里的过氧化氢溶液沸腾后，用带火星的木条分别放在中试管口与小试管里，观察现象。木条是否复燃？

取出小试管冷却待用，继续加热中试管里的二氧化锰2 min左右，用带火星的木条伸入中试管里，观察现象。木条是否复燃？

待中试管稍冷却后，回收一半的二氧化锰，留下一半二氧化锰在中试管里，中试管冷却后（可以用冷水冷却外壁，缩短冷却时间），把小试管里的过氧化氢溶液大约2 mL倒入中试管里，观察现象，并立即用带火星的木条伸入中试管里；约1 min后，再把小试管里剩余的过氧化氢溶液分两次（间隔约1 min）倒入中试管里，并立即用带火星的木条伸入中试管里，观察现象。木条是否复燃？

四、实验产生的现象

常温下二氧化锰不分解；过氧化氢难分解，观察不到小气泡，带火星的木条不复燃。

加热二氧化锰也不分解；过氧化氢缓慢分解，观察到许多小气泡产生，带火星的木条不复燃，说明氧气量很少。

继续加热二氧化锰也不分解，带火星的木条不复燃。

倒入过氧化氢溶液后剧烈反应，产生大量的热，溶液有沸腾现象并产生大量气泡，试管内出现大量白雾并不断上升冒出试管，带火星的木条复燃。

继续倒入过氧化氢溶液后又剧烈反应起来，溶液又重新沸腾并产生大量气泡，用带火星的木条试验，木条重新复燃。

五、实验创新设计的优点

新实验设计的优点：（1）药品用量少而清楚，实验时间短、效率高；（2）实验现象对比性强；（3）药品回收，有利于对学生进行节约与环保教育；（4）通过不断加入过氧化氢，反应又剧烈起来，二氧化锰不见减少，有效说明了反应减少的是过氧化氢；（5）操作难度降低，效果好，有利于学生的探究活动；（6）有效说明了催化剂能够在比较温和的温度下加快化学反应速度。

参考资料

[1] 王晶，郑长龙.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2] 沈怡文，陈德余.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].北京：北京教育出版社，2012.

的系列成果之一。