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加热分解过氧化氢的实验改进
摘要:教学实践中发现:过氧化氢溶液受热沸腾时产生了大量的水汽,干扰了氧气的检验,需要从排除水汽干扰上对装置进行改进,增强实验的可见度和有效性。
关键词:加热;过氧化氢;实验改进
实验室可利用过氧化氢制取氧气,为了说明氧气仅来自于过氧化氢的分解,二氧化锰只是催化剂,老师们往往会补充加热过氧化氢的实验:理论上过氧化氢在常温下就能分解得到氧气,只是速率很小,产生的氧气很少,难以检验。实际操作中,需要加热过氧化氢使之加快分解,产生更多的氧气(如图1),将带火星的木条放在加热中的过氧化氢试管内,观察到的现象是:过氧化氢溶液加热达到沸腾时,液体喷涌剧烈,甚至能在管口看到白气,伸入管内或放在管口的带火星木条都会很快熄灭。这样的现象不仅不能证实氧气来自于过氧化氢的分解,甚至会使学生误解,认为加热过氧化氢产生的物质能灭火。
一、寻找实验失败的原因
在这一实验中,原来猜测可能的原因是过氧化氢溶液的浓度偏低,于是笔者试验了10%、20%、30%等多种浓度的过氧化氢溶液,仍然无法观察到带火星的木条复燃,因而笔者猜测实验失败的原因是:
(1)过氧化氢在没有催化剂的情况下进行分解的速率是非常小的,即使在加热的情况下,其分解速率仍非常小,想让其在短时间内分解出足以使带火星的木条复燃的氧气是很困难的。
(2)原实验采用的加热方式是使用酒精灯直接加热,这样虽然温度高,能加速过氧化氢的分解,同时,水受热蒸发产生水蒸气,随氧气一起放出,这必然会使带火星的木条很快熄灭,使实验现象与预期效果背道而驰。
二、实验的改进思路及方法
基于上述可能的原因,要想对症下药,需从两个方面入手:
一方面,减少或除去产生的气体中大量水蒸气。另一方面,增加制得的氧气浓度。
方法一:
实验器材:大试管、单孔橡胶塞、玻璃导管、酒精灯、试管夹、木条、火柴。
实验步骤:如图2所示,将20%过氧化氢溶液加入大号试管中,用带弯管的橡皮塞塞紧,这样做的目的是:一方面使溶液受热时产生的水汽尽可能存留在试管中。另一方面,玻璃弯管口比试管口窄小,有利于产生的氧气从导管口集中导出,使试管口的氧气浓度增大,更容易使带火星的木条复燃。
实验现象:加热一段时间,过氧化氢溶液沸腾,水汽涌向试管口,靠近试管口的试管内壁上有大量水珠,玻璃弯管的内壁上没有出现水珠,此时将带火星的木条放入玻璃导管口或伸入玻璃导管内,可见带火星的木条复燃。但是随着加热时间的增长,玻璃弯管内壁上逐渐出现水珠,同时带火星的木条会熄灭。
实验反思:当水汽存留在试管中,带火星木条能复燃,一旦水汽进入到玻璃导管中,带火星木条会熄灭,说明水汽是干扰该现象的因素,排除这个因素,就能证明加热过氧化氢可以产生氧气。
方法二:
实验器材:大试管、面巾纸、酒精灯、试管夹、木条、火柴。
实验步骤:将20%过氧化氢溶液加入大号试管中,在试管口塞上一团面巾纸(如图3),保证能阻挡喷涌而出的水汽,但不阻止氧气的排出,待溶液受热沸腾后,可以将带火星的木条伸入试管内侧,观察是否复燃。
实验现象:过氧化氢溶液受热沸腾后,面巾纸下方的试管内壁上出现大量水珠,面巾纸本身浸湿,其上方的试管内壁上几乎没有水珠,伸入其中的带火星木条复燃。
方法三:实验器材:大试管、单孔橡胶塞、玻璃导管、面巾纸、烧