文 潘國(guó)榮

催化劑與催化作用是初中化學(xué)的重要知識(shí)，現(xiàn)行義務(wù)教育化學(xué)教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中已經(jīng)有使用二氧化錳催化過(guò)氧化氫分解代替二氧化錳催化氯酸鉀分解的大趨勢(shì)。各種版本的設(shè)計(jì)略有不同，但都存在一定的不足。

一、教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

二氧化錳對(duì)過(guò)氧化氫分解的催化作用，現(xiàn)在不同版本的初中化學(xué)教科書(shū)設(shè)計(jì)時(shí)有所區(qū)別。2012年人教版初中化學(xué)教科書(shū)[1]是這樣設(shè)計(jì)的(如圖1所示)：

(1)在試管中加入5 mL5﹪過(guò)氧化氫溶液，把帶火星的木條伸入試管，觀察現(xiàn)象。

(2)向上述試管中加入少量二氧化錳，把帶火星的木條伸入試管，觀察現(xiàn)象。

(3)待上述試管中沒(méi)有現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，重新加入過(guò)氧化氫溶液，并把帶火星的木條伸入試管，觀察現(xiàn)象。待上述試管中又沒(méi)有現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，重復(fù)上述操作，觀察現(xiàn)象。

圖1 過(guò)氧化氫分解實(shí)驗(yàn)示意圖

2012年仁愛(ài)版初中化學(xué)教科書(shū)[2]是這樣設(shè)計(jì)的：

取三支試管，各加入少量5%的過(guò)氧化氫(H2O2)溶液，將一支試管置于室溫下，將另一支試管在酒精燈火焰上加熱，在第三支試管中加入少量二氧化錳粉末。用帶火星的木條分別伸入三支試管內(nèi)，觀察并比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析得出相關(guān)的結(jié)論。

二、教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足

二氧化錳催化過(guò)氧化氫分解是一個(gè)劇烈的放熱反應(yīng)，能夠使過(guò)氧化氫溶液產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，并有大量的水霧從試管中冒出來(lái)。人教版教科書(shū)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足是，過(guò)氧化氫溶液用量偏大，反應(yīng)太劇烈；試管中先盛液體后放粉狀固體，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)操作難度大了一點(diǎn)，不太方便，學(xué)生容易把二氧化錳撒出試管外；對(duì)比性不太強(qiáng)，沒(méi)有說(shuō)明過(guò)氧化氫受熱也能夠緩慢放出氧氣的性質(zhì)，不能說(shuō)明催化劑能夠讓化學(xué)反應(yīng)在比較溫和的溫度下發(fā)生這一特性。

仁愛(ài)版教材實(shí)驗(yàn)中，分別取5%，10%，20%，30%的過(guò)氧化氫溶液在酒精燈火焰上加熱，可以看到有大量的小氣泡產(chǎn)生。由于同時(shí)生成大量的水蒸氣，即使加熱到沸騰，我們也沒(méi)有看到帶火星木條復(fù)燃的現(xiàn)象，30%的過(guò)氧化氫溶液加熱不小心還會(huì)產(chǎn)生暴沸現(xiàn)象，比較危險(xiǎn)。加二氧化錳的操作與人教版實(shí)驗(yàn)的不足相同，學(xué)生操作不太方便。

三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

取20 mm×200 mm規(guī)格的試管先割短成20 mm×120 mm規(guī)格的試管(以下稱(chēng)“中試管”)待用；15 mm×150 mm規(guī)格的試管(以下稱(chēng)“小試管”)；試管與二氧化錳要烘干。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)先取大約5 mL5%的過(guò)氧化氫溶液倒入小試管里，再取大約1 g的二氧化錳置于中試管里，用帶火星的木條分別伸入中、小試管里，觀察現(xiàn)象。木條是否復(fù)燃？

(2)把小試管放入中試管里，并用小試管稍稍壓緊二氧化錳后，用試管夾夾起中試管讓兩支試管套在一起，在酒精燈火焰上加熱中試管，觀察中試管與小試管里的現(xiàn)象；待小試管里的過(guò)氧化氫溶液沸騰后，用帶火星的木條分別放在中試管口與小試管里，觀察現(xiàn)象。木條是否復(fù)燃？

(3)取出小試管冷卻待用，繼續(xù)加熱中試管里的二氧化錳2 min左右，用帶火星的木條伸入中試管里，觀察現(xiàn)象。木條是否復(fù)燃？

(4)待中試管稍冷卻后，回收一半的二氧化錳，留下一半二氧化錳在中試管里，中試管冷卻后(可以用冷水冷卻外壁，縮短冷卻時(shí)間)，把小試管里的過(guò)氧化氫溶液大約2 mL倒入中試管里，觀察現(xiàn)象，并立即用帶火星的木條伸入中試管里；約1 min后，再把小試管里剩余的過(guò)氧化氫溶液分兩次(間隔約1 min)倒入中試管里，并立即用帶火星的木條伸入中試管里，觀察現(xiàn)象。木條是否復(fù)燃？

四、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象

(1)常溫下二氧化錳不分解；過(guò)氧化氫難分解，觀察不到小氣泡，帶火星的木條不復(fù)燃。

(2)加熱二氧化錳也不分解；過(guò)氧化氫緩慢分解，觀察到許多小氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條不復(fù)燃，說(shuō)明氧氣量很少。

(3)繼續(xù)加熱二氧化錳也不分解，帶火星的木條不復(fù)燃。

(4)倒入過(guò)氧化氫溶液后劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，溶液有沸騰現(xiàn)象并產(chǎn)生大量氣泡，試管內(nèi)出現(xiàn)大量白霧并不斷上升冒出試管，帶火星的木條復(fù)燃。

繼續(xù)倒入過(guò)氧化氫溶液后又劇烈反應(yīng)起來(lái)，溶液又重新沸騰并產(chǎn)生大量氣泡，用帶火星的木條試驗(yàn)，木條重新復(fù)燃。

五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：(1)藥品用量少而清楚，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、效率高；(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比性強(qiáng)；(3)藥品回收，有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行節(jié)約與環(huán)保教育；(4)通過(guò)不斷加入過(guò)氧化氫，反應(yīng)又劇烈起來(lái)，二氧化錳不見(jiàn)減少，有效說(shuō)明了反應(yīng)減少的是過(guò)氧化氫；(5)操作難度降低，效果好，有利于學(xué)生的探究活動(dòng)；(6)有效說(shuō)明了催化劑能夠在比較溫和的溫度下加快化學(xué)反應(yīng)速度。

參考資料

[1]王晶,鄭長(zhǎng)龍.義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)(九年級(jí)上冊(cè))[M].北京:人民教育出版社,2012.

[2]沈怡文,陳德余.義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)(九年級(jí)上冊(cè))[M].北京:北京教育出版社,2012.