二氧化錳“變形記”

二氧化錳“變形記”【提出問題】在學習實驗室中利用過氧化氫溶液和二氧化錳反應制取氧氣時，我們發(fā)現(xiàn)以下問題：在實驗操作中，很難做到使反應隨時發(fā)生隨時停止（即很難做到使過氧化氫溶液與MnO2粉末分離而使反應停止）如果先放入二氧化錳，再加入過氧化氫溶液，則反應相當劇烈，產生的氣流瞬間沖出，不利于氧氣的檢驗和收集。只是看到二氧化錳加快了過氧化氫分解的反應速率，而并沒有驗證催化劑二氧化錳的質量和化學性質的在反應前后是否發(fā)生改變。由于回收的麻煩，催化劑二氧化錳就隨著反應后的廢液一起倒掉，既浪費了藥品又污染了環(huán)境?！静孪肱c假設】如何解決好以上問題呢？在學完二氧化碳的實驗室制法后我們受到了啟發(fā)，能否將二氧化錳粉分散在不溶于水的載體中呢？于是，我們查找資料、討論與制定實驗方案，反復實驗與改進，讓二氧化錳粉末經歷了一次顆粒狀一一片狀一一塊狀的演變?！具M行實驗與收集證據】實驗儀器及藥品：過氧化氫溶液、二氧化錳、黃豆、萬能膠水、銅片、水泥、沙子、天平、藥匙、鑷子、廢舊塑料瓶及瓶蓋、試管、濾紙、吹風機等?！狙葑?】顆粒狀二氧化錳：由鋅粒和稀硫酸反應制取氫氣，我們最先想到把二氧化鎰制成顆粒狀。黃豆成為我們的首先，因為它大小合適，表面光滑，價格便宜。于是我們把黃豆放入萬能膠水中，再快速取出裹有膠水的黃豆，放入二氧化鎰粉末中翻滾，將二氧化鎰制成顆粒狀，取出晾干。但是實驗中我們發(fā)現(xiàn)：一是反應速率太慢，二是膠水粘的二氧化錳容易剝落下來。那我們就再換一種附著物試試看。【演變2】片狀二氧化錳：這次我們選中了銅片。把銅片放入萬能膠水中，再快速取出裹有膠水的銅片，放入二氧化鎰粉末中翻滾，將二氧化鎰制成片狀，取出晾干。實驗發(fā)現(xiàn)反應速率還是較慢，實驗效果仍然不理想，看來我們要換一個思路了?！狙葑?】塊狀二氧化錳：我們又查找了相關資料，發(fā)現(xiàn)可以把二氧化鎰粉末和水泥、沙子按照一定比例融合在一起。我們在實驗中又遇到了很多問題，如陰干時間的掌握，如沙子很容易散落到與雙氧水反應的液體中等。最終反復嘗試與對比實驗后，我們的配方決定舍棄沙子，按照水泥：二氧化鎬=1：4（質量比），加水攪拌成糊狀，然后壓成塊狀，使之陰干24小時以上，等水泥發(fā)硬后用錘子敲成合適的大小，用水沖洗掉粉末，再晾干備用。歷經了多次實驗與等待后，我們的產品一一類似于巧克力塊的塊狀二氧化鎰終于誕生了！【分析與論證】實驗操作更簡單，實驗中氣泡平穩(wěn)而持久，可用在簡易啟普發(fā)生器中進行，這樣就可以較好地控制反應的發(fā)生與結片（即做到了使過氧化氫溶液與MnO2分離而使反應停止）實驗后較簡便的將塊狀二氧化錳分離出來，繼續(xù)再使用，使我們清晰地認識到催化劑的化學性質在反應前后不變。實驗結束后，沖洗晾干保存，可以以后再用。這就很好地解決了二氧化錳的回收問題，大大節(jié)約了藥品，降低成本，減少污染?！窘涣髋c合作】【思考1】選用同樣質量分數（大約10%）的過氧化氫溶液對比實驗效果，我們發(fā)現(xiàn)：顆粒狀、片狀二氧化錳速度較慢；粉末狀較快，幾分鐘后反應幾乎停止；塊狀反應速度適中，氣泡平穩(wěn)而持久。由此我們得出，反應物的狀態(tài)與形狀、反應物之間的接觸面積是影響化學反應速率的重要因素之一?！舅伎?】反應結束后，用水沖洗一下塊狀二氧化錳，烘干后重新稱量，發(fā)現(xiàn)質量有所變化。我們發(fā)現(xiàn)以下原因：①塊狀二氧化錳的少量細小的碎末在反應過程中會掉下，混入過氧化氫溶液中；②塊狀二氧化錳烘干的不夠徹底。所以要想進一步準確地證明催化劑的質量在化學反應前后也不變，此實驗還是需要進一步的改進。4名學生組成的團隊，從課上走到課下，付出艱辛與智慧，有過放棄與失敗，歷經了多次的嘗試與期待，他們堅持走到了最后！我想這對于他們而言，也經歷