一、引言
双氧水分解制取氧气是中学化学教学中的一个重要实验，在不同的阶段有其不同的教育功能。最新修订的义务教育教科书将该实验改为探究MnO2催化作用的探究活动。[1]在化学反应原理模块中该实验用于探究催化剂对化学反应速率的影响。[2]在不同版本的教材中实验装置的设计各有特点，有的趋向于实验设计的简约化，有的注重实验设计的趣味性，也有的教材没有给出具体的实验装置。不难看出，教材实验仍存在以下不足：①药品的用量较大；②由于生成的气体混有水蒸气导致难以出现带火星的木条复燃的预期现象；③由于试剂是一次性加入，难以控制实验的进程和反应的速率。笔者在认真查阅文献和反复实验的基础上，设计了如下实验方案，有效地解决了上述实验的不足，取得了理想的实验效果。
二、实验设计
粒状MnO2催化剂的制作方法：按照水泥与MnO2的质量比1：4加水搅拌成糊状，然后在垫有纸的桌面上压成0.5cm厚的块状，使之阴干24h以上，硬化后用小锤敲打成玉米粒大小，用水冲洗掉粉末后晾干备用。[3]
1. 实验方案一
（1）实验用品
铁架台（带铁夹）、药匙、球形干燥管、Y形管、火柴、檀香1根、10%H2O2溶液、粒状MnO2、无水CaCl2。
（2）实验装置如图1
（3）实验步骤和现象
按如图1所示装置组装仪器，并检查装置的气密性。
在Y形管的两侧分别加入3g粒状MnO2和1mL10%H2O2溶液，塞紧橡皮塞，球形干燥管中放入无水CaCl2，在干燥管口放一根燃着的檀香，无明显变化。
当把10%H2O2溶液与MnO2混合后，产生大量气泡，檀香产生火焰，说明MnO2的催化作用使反应速率明显加快。
（4）改进装置的优点
①节约试剂，操作简便，现象明显。
②将对比实验集中一套装置中完成，增强感性认识。
③增加了干燥装置，消除了水蒸气对实验产物检验的干扰。
④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。
2. 实验方案二
（1）实验用品
铁架台（带铁夹）、5mL注射器、具支试管、球形干燥管、药匙、火柴、檀香、无水CaCl2、10%H2O2溶液、粒状MnO2。
（2）实验装置如图2所示（铁架台未画出）
（3）实验步骤及现象
按如图2所示装置组装仪器，并检查装置的气密性。
在具支试管中加入少量粒状MnO2，注射器中吸入10%H2O2溶液，球形干燥管中放入无水CaCl2。实验过程中通过注射器加入10%H2O2溶液，用燃着的檀香检验生成的氧气。
（4）实验改进的优点
①装置简单，操作方便。
②通过注射器添加试剂可以控制反应速率和反应的进程。
③干燥后便于检验生成的氧气，实验现象明显，易于成功。
④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。
3. 实验方案三
（1）实验用品
铁架台（带铁夹）、具支试管、药匙、胶头滴管、乳胶头、10%H2O2溶液、粒状MnO2、洗涤剂。
（2）实验装置如图3所示（铁架台未画出）
（3）实验操作及现象
按如图3所示装置组装仪器，并检查装置气密性。
在具支试管中加入适量粒状MnO2和2～3滴洗涤剂，胶头滴管中吸入1mL10%H2O2溶液。挤压胶头滴管将10%H2O2溶液加入试管中，立即产生大量气泡，乳胶头被弹出。说明MnO2可以使双氧水分解速率明显加快。
（4）实验改进的优点
①装置简单，操作方便。
②节约试剂，现象明显。
③增强了实验的趣味性。
4. 实验方案四
（1）实验用品
滴瓶、10%H2O2溶液、药匙、粒状MnO2。
（2）实验装置如图4所示
（3）实验操作及现象
取2只滴瓶，分别放入适量10% H2O2溶液。将一只滴瓶的胶头取下，放入适量粒状MnO2，另一只不加催化剂做对比实验。在两只滴管中同时吸取10%H2O2，将滴管中的双氧水滴入滴瓶，可以观察到前者快速、平稳地放出气泡，而后者无明显现象，说明MnO2是双氧水分解反应的催化剂。
（4）实验改进的优点
①装置简单，操作方便。
②节约试剂，现象明显。
③实验的趣味性强，有利于激发学生的学习兴趣。
④粒状MnO2催化剂易于回收，便于重复使用，可以培养学生的环保意识。
三、结束语
上述方案结合试剂加入的顺序、实验仪器的选择和实验装置的简约化微型化等进行改进设计，既简化了实验操作，又可以增强学生的感性认识。适宜教师课堂演示或学生分组实验，可以激发学生的学习兴趣、培养学生的创新思维能力。以上是我们在教学实践中对双氧水分解制取氧气实验进行改进的探索，希望能对实验方案的优化提供有益的参考。■ 参考文献：
[1] 人民教育出版社化学室. 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] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书?化学反应原理[M]. 北京：人民教育出版社，2010：22.
[3] 任跃红. 中学化学实验研究[M]. 北京：中国石化出版社，2011：83，54～69.
第二篇：过氧化氢
探究H2O2分解制O2
陈小芳 51130606015
摘要：实验室制取氧气通常用高锰酸钾加热分解制得，但是此装置非常麻烦，还需要加热。而利用双氧水分解可以快速制取氧气，而且装置简便，易于操作。影响H2O2分解的因素有溶液浓度、反应温度、催化剂等，本文主要研究溶液浓度、反应温度、催化剂这三个因素对双氧水分解速率的影响。通过控制变量的方法，对这三个因素一一进行分析，并利用因素水平标、正交试验的结果分析表等找出双氧水分解的最佳条件。以便能在最佳条件下利用双氧水的分解来制取氧气。
关键词：H2O2分解 溶液浓度 反应温度 催化剂
引言
实验室制取O2现在普遍采用的是KMnO4加热分解，但是此方法存在很多缺陷，比如该方法需要加热，因此装置比较麻烦，而且不易于操作。相对于KMnO4而言，利用双氧水分解制取O2就比较简单。过氧化氢是一种“绿色”氧化剂，广泛应用于化工、纺织、造纸、电子、航天、医药、及环境保护等领域［1 － 2］，同时又可作为氧气来源． 工业处理过程中过量或未作用完的H2O2如不进行适当处理，将会影响后续反应过程，或者对环境造成危害。过氧化氢作为氧气来源已在医药上有所应用，因此，研究H2O2的催化分解不仅具有重要的理论意义，而且具有巨大的应用价值。
对于过氧化氢分解实验，很多人也在不断的研究，比如研究CuO作催化剂对双氧水分解实验的影响[4]、对过氧化氢制氧气不同催化剂的研究[5]、对实验室利用过氧化氢制取氧气实验的改进方案的研究[6]、铁氧体催化剂磁性合成及其对双氧水分解反应的影响[7]、“不同催化剂对过氧化氢分解反应速率影响”实验装置设计与探究[8]、“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的注意事项及改进措施[9]等等很多关于这方面的研究。
相对于高锰酸钾制取氧气的实验而言，用过氧化氢制氧气就具有很多优点。比如无须加热，那么装置就相对简单，只需要固液反应装置或者试管就可以，而且更好的是反应速度便于控制、成本低、产率高等。实验室使用过氧化氢制氧气一般使用MnO2作催化剂，但是在此种情况下也产生了以下对教学不利的情况：反应速度随H2O2的浓度和的MnO2用量及状态而变，特别是过氧化氢浓度较高时，会产生大量的热而暴沸，使瓶内压强骤然增大、滴液受阻，因此速度过快，不便于控制。而作为演示实验，反应速度过快不利于氧气的收集，更不利于学生的观察和思考。本文主要研究实验室利用过氧化氢制取氧气的实验影响因素：溶液浓度、反应温度、催化剂对反应速率的影响，利用正交试验的结果分析呈现出利用过氧化氢制取氧气的最佳条件。
一、 实验部分
1. 实验材料
1.1实验仪器 量筒（10ml、50ml）、锥形瓶、漏斗、双孔塞、水槽、秒表、酒精灯、温度计
1.2实验药品 H2O2溶液（3%、6%）、MnO2固体、FeCl3稀溶液
2.研究方案的整体设计
2.1实验因素水平表
2.2实验安排表（L4*23）
该实验主要研究过氧化氢溶液的浓度，反应温度，催化剂这三个因素，两水平上对实验进行优化，总共进行四次实验，该实验以实验开始后半分钟到一分半钟这一分钟时间内收集到的氧气体积为指标，来探讨双氧水分解制氧气的最佳水平。
2.3实验步骤
装置图（集气瓶改为量筒）
（1） 连好实验装置，检查装置的气密性。
（2） 每次用20ml H2O2，然后根据上述实验安排表依次进行试验实验，记下所求1min内收集到氧气的体积，每个实验进行三次，取平均值。
（3） 拆除装置，洗涤仪器，放好。然后进行结果分析。
二、 结果分析
1.结果分析表
对于本实验，规定的1min中内氧气产生的体积越多越好。由上表可以看出，R值最大的是B，表明B因素对产率的影响最大，A因素次之，C因素影响最小。由这四次实验可以看出，4号实验产生氧气的体积最多。所以较好的方案为4号实验，其水平组合为A2B2C1。根据k值计算得出最优水平组合为：A2B2C2。
2.实际试验检验
根据上述分析，我们重新采用A2B2C1和A2B2C2两个方案来进行实验，来得出过氧化氢分解制氧气的最佳条件。
验证实验结果
由验证试验得出的最佳组合是A2B2C1，这与上述正交实验结果得出的结果相吻合。综上所述A2B2C1是过氧化氢分解制氧气的最佳实验条件。
参考文献
［1］ 余甲贤，刘振东． 中性蛋白酶对羊毛的防毡缩整理［J］． 毛纺科技，2007( 10) : 10 － 13．
［2］ SEN G S，STADLER M，NOSER C A，et al． Rapid total destruction of chlorophenols by activated hydrogen peroxide［J］． Science，2002， 296( 5566) : 326 － 328．
[3] 陈小斌，张振华，刘振东. 钨酸钠、碘化钾体系对双氧水分解反应的催化作用研究[J].北京服装学院学报，2011（31）：60-66.
[4] 周勇，余丽琼，文丰玉，鲍正荣. CuO 对H2O 2 的催化作用探讨[J]. 内江实验学院学报,2004(19):54-57.
[5] 孙丹儿，殷莉莉. 过氧化氢制氧气实验不同催化剂的探究[J].实验与创新思维，2005（11）：5-6.
[6] 顾鸣英，丁伟. 实验室用过氧化氢制取氧气方法的改进[J].化学教学，2009（10）：18-19.
[7] 陶景光，廖兆曙，罗慧倩，彭喜英. 铁氧体催化剂磁性合成及其对双氧水分解反应的影响[J].化工学报，2003（54）：942-945.
[8] 王立霞，于庆水，马静静，袁华，刘伟. 对实验室利用过氧化氢制取氧气实验的改进方案的研究[J]. 沧州师范专科学校学报，2008（24）：42.
[9] 丁稳双. “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的注意事项及改进措施[J]. 生物学通报，2006（41）：59.