氯酸钾催化

探究不同催化剂对氯酸钾分解的催化速率

小组成员：刘堃陈善旭尚云龙

摘要：

氯酸钾是一种氯酸盐，在高温时，能够分解产生氧气。分解氯酸钾制备氧气是中学化学中的非常重要的一个实验。中学课本中讲氯酸钾的分解，是以二氧化锰为催化剂来讲，通常情况下，氯酸钾与二氧化锰的质量比为3：1。催化剂种类有很多，那么除二氧化锰外是否还有其他的物质可以催化氯酸钾的分解？不同催化剂对氯酸钾分解反应的催化效果是否相同？本文将对一些物质进行实验测定，比较它们在相同实验条件下，不同催化剂对氯酸钾反应速率的大小。

关键字氯酸钾、分解反应、催化剂、速率

正文

一、实验目的

探究不同催化剂下氯酸钾分解的催化速率。

二、实验原理

氯酸钾为无色片状结晶或白色颗粒粉末，味咸而凉，强氧化剂。常温下稳定，在400℃以上则分解并放出氧气，急剧加热时可发生爆炸。在有催化剂等存在的条件下，在较低温度下就能分解而放出氧气。氯酸钾的催化原理如下：

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。

金属氧化物：二氧化锰、氧化铜

下面是这些物质的物理性质：

二氧化锰氧化铜

反应方程式：2KClO3 ＝ 2KCl+3O2

催化剂是一种可以改变反应速率而本身不发生化学反应的物质，它的使用能够改变反应途径，降低反应的活化能。氯酸钾的分解氧化剂主要是一些内部有形状不规则、互相贯通的孔道的颗粒，这些催化剂的比表面积较大，表面吉布斯自由能较大。氯酸钾本身不稳定其吉布斯自由能很大，因此加入催化剂后总能量越过能垒，分解加快。

氧气在水中的溶解度很小，所以可以用排水法来测定氧气的体积。并通过测定单位收集单位体积氧气所需时间来判断催化速率的快慢。

三、仪器和试剂

仪器：铁架台、酒精灯、试管、量筒、玻璃导管、橡胶塞、橡皮管、水槽、铁夹

实验装置：

四、试剂：氯酸钾、二氧化锰、氧化铜。

实验步骤

（一）：连接实验装置，并检查气密性。

（二）：配置实验药品，一组为5克的氯酸钾和1.5克二氧化锰。另一组为5克氯酸钾和1.5克氧化铜。并将所称量的实验药品放在研钵中轻轻将其压碎混合均匀后，先将氯酸钾和二氧化锰的混合物装入试管中，让氯酸钾在试管中自然呈斜坡状。连接好装置，给试管预热后集中加热使其分解。

（三）：当导管口刚开始冒气泡时，不能马上收集，而是当气泡均匀而且连续时立即收集并开始计时，每收集10毫升记录一次时间，记录20组数据。（四）：做完氯酸钾与二氧化锰的这组实验后，将药品换为氯酸钾与氧化铜的在进行上面的实验。

五、数据记录和处理

（一）；数据记录

*

六、注意事项

1.氯酸钾是一种强氧化剂，若混有少量可燃烧杂质(如纸屑、炭粉、硫粉等)，

在加热或磨擦情况下都会引起爆炸。为此，称量时要用干净的表面皿(或

塑料薄膜片)，而不能用一般的纸。二氧化锰事先放在蒸发皿中灼烧过，

以除去可能含有的可燃性杂质。在制氧气过程中，若有小爆炸及火星闪光

也应停止加热。

2..氯酸钾和二氧化锰的混合物要平铺在试管里，不要堆积在试管的底部，

防止气流冲散固体粉末。

3.加热时，先使试管均匀受热，然后固定加热试管底部，随着反应的进行，

把灯焰渐移向试管底部中间有混合物的部位，这样可防止熔融的氯酸钾

流淌。用加热的温度来控制气体产生的速度

4.导气管口开始放出的气泡的成分主要是空气，不宜收集让其排尽。只有

当出现连续均匀的气泡时方可收集

七、相关问题探讨、分析

（一）实验结论

本实验为探究不同催化剂下氯酸钾分解的速率，我们主要探究了催化剂种类对分解速率的影响。由于实验仪器和时间限制，以及实验药品等等问题的影响，我们探究得出的结论如下：

对于氯酸钾的分解反应，在相同质量的催化剂下，氧化铜的催化效果比二氧化锰的催化效果好。

（二）实验缺陷改进

1.本实验在收集记录生成的氧气体积时采用的是排水集气法，通过量取水的体积确定氧气的体积，但是并不是反应刚开始就开始记录，而是等反应比较稳定后开始记录体积，而在反应开始与开始记录这段时间全靠认为把握，参杂不确定因素；

2.实验设计没有考虑到空白组对照(不加催化剂)；

3.收集完成后没有对混合物（残余氯酸钾和催化剂混合物）进行溶解干燥称重，验证催化剂反应前后质量不变的理论。

(三)感想收获

实验的动手能力得以增强，提高了团队合作能力，熟练了探究性实验一般设计思路及实验过程，我们通过研究不同物质对氯酸钾的催化作用，更深层次了解了催化剂的性质与作用。

参考文献

[1] 刘小忠·化学反应速率实验的优化[J]·实验科学与技术, 2006, 6(3): 39

[2]彭艳芬，吴艳秋，柴冬梅·化学反应速率实验的改进[J]·池州学院学报， 2011, 12(25): 6

[3]张艳玲·过氧化氢分解的探究实验改进[J]·实验教学与仪器，2008,25(10)