【正文】        实验室制取氧气的方法较多，其中一种方法是用过氧化氢制取氧气。过氧化氢作为一种“绿色”试剂,可用做氧化剂、漂白剂、消毒剂等，广泛用于化工、纺织、造纸、军工、航天、医药、食品及环境保护等行业。由于过氧化氢分子的低对称性,易造成过氧化氢分子的自分解作用。H2O2自分解机理是：
H2O2=2HO·   H2O2+HO·= HOO·+ H2O   HO·+ HOO· = O2 + H2O此外许多过渡金属的氧化物、盐、单质等也能对过氧化氢的分解起催化作用。现今在中学化学实验中过氧化氢的催化分解制取氧气的实验大都在室温条件下进行，所用催化剂均为二氧化锰,使用二氧化锰催化过氧化氢分解，有反应速率快，产生氧气的量多，氧气所含杂质少等优点。但是在使用二氧化锰做催化剂时也产生了一系列的不利情况:(1)由于二氧化锰粉末润湿与要一定的时间,当它还没有润湿透彻就随反应的气流鼓起,会形成过多的气泡,并使得溶液变黑,若作为演示实验其反应速率过快,不利于氧气的收集,同时也不利于现象的观察。(2)若过氧化氢的浓度较大时,会产生大量的热量，导致溶液的暴沸，瓶内压力骤然增大,可能会使反应装置中的液体喷出,而产生不必要的麻烦，并反应速率过快,不便于控制。若要克服以上不利因素,打破使用二氧化锰作为催化剂的局限性,使氧气产生的速率均匀、清洁,但仅靠改变反应条件是远远不够的。这就要寻找在同等条件下,催化效果优于二氧化锰的物质代替它，并且找到过氧化氢催化分解的最佳浓度。
　　本实验针对此类情况,在室温下采用了以金属氧化物、单质作为过氧化氢催化分解的复相催化剂;以金属的盐溶液作为过氧化氢催化分解的均相催化剂。许多物质都能催化过氧化氢分解制取氧气，因为催化剂的基本作用是电子转移，过氧化氢在酸性条件下比较稳定不易分解。实验室中的过氧化氢具有一定的弱酸性，所以可能会有部分金属氧化物会溶于过氧化氢溶液中，而绝大多数则参加了催化反应，因此三氧化二铬、三氧化二铁作催化剂时的溶液会呈现一定的颜色，反应到一定程度时，溶液的碱性也会越来越增大，部分金属离子（如：Fe3+）会产生沉淀，而且此反应是放热反应，则反应速率就不均匀。
　　本实验在室温下根据不同催化剂对相同质量分数H2O2的催化反应与相同催化剂对不同质量分数H2O2的分解情况，分别记录：（一）产生相同体积V的O2，所需时间t；（二）相同时间t内，所产生O2的体积V。将每组数据对比分析可得结论：（1）选取催化效果较适宜的氧化物；（2）选取催化效果较适宜的单质；（3）选取催化效果较适宜的盐饱和溶液；（4）过氧化氢分解的较适宜质量分数范围。将所得数据相互比较,结果表明：三氧化二铬、重铬酸钾饱和溶液、活性炭这三种催化剂的催化效果比所选取的其它同类物质更为适宜作为代替二氧化锰催化分解制取氧气的催化剂，过氧化氢分解的较适宜的质量分数范围为10%～20%。
　　1.实验部分 
        （1） 药品:去离子水、30%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、三氧化二铁粉末、三氧化二铬(新制) 、铁粉、铜粉、活性炭、镁粉、硫酸铜饱和溶液、氯化铁饱和溶液、高锰酸钾饱和溶液、重铬酸钾饱和溶液等。 
        （2）实验准备
　　药品准备：精确称量各种金属氧化物、单质0.1000g各12分备用;用30%的过氧化氢溶液配置5%、10%、15%、20%、25%、30%的H2O2溶液各50ml备用。
        （3）最佳催化剂的选择
        1.1: 氧化物催化H2O2分解：取3种金属氧化物0.1000g于3支具支试管中，分别加入1ml15%的H2O2 溶液,分别记录不同催化剂催化过氧化氢分解(1)产生1mlO2所需时间t;(2)反应10s产生O2的体积V于以下列表中:
        表:氧化物催化H2O2分解





         结果:通过上表中各数据的相互比较,在3种金属氧化物中，由于MnO2催化反应速率太快并有一系列的不利因素；而Fe2O3催化反应速率太慢，产生氧气较少，都不适合做H2O2分解的催化剂。Cr2O3做H2O2催化分解反应的催化剂较为适宜。
        1.2: 单质催化H2O2分解：取3种单质0.1000g于3支具支试管中，操作同上。
        表：单质催化H2O2分解



　　结果：通过上表各中数据的相互比较,在两种单质中，Mg 、Cu对H2O2分解催化速率较小，产生氧气量较少。而活性碳做催化剂，反应速率较大，反应速率均匀，产生氧气的量也较多，活性碳适宜作为H2O2催化分解的催化剂。
　　1.3: 金属盐饱和溶液催化H2O2分解：取各种0.20ml各种金属盐饱和溶液于4支具支试管中，操作同上。表：金属盐饱和溶液催化H2O2分解






　　结果：通过上表中各数据的相互比较,在三种盐的饱和溶液中，CuSO4、FeCl3 对H2O2分解催化速率较小，产生氧气量较少。 K2Cr2O7更适宜作为H2O2催化分解的催化剂。
　　（4）各种催化剂对应H2O2分解最佳质量分数的选择
　　2.1：二氧化锰催化H2O2分解：取0.1000g MnO2 6份，加入6支具支试管中分别加入1 ml不同浓度的H2O2溶液。分别记录不同催化剂催化过氧化氢分解(1)产生1mlO2所需时间t;(2)反应10s产生O2的体积V于以下列表中: 表：MnO2催化H2O2分解







        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，MnO2催化H2O2分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数应≤5％。
        2.2：三氧化二铁催化H2O2分解：取0.1000g Fe2O3 6份，操作同上。
        表：Fe2O3催化H2O2分解







       结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，Fe2O3催化H2O2分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数应≥30％。
        2.3: 三氧化二铬催化H2O2分解：取0.1000g Cr2O3 6份，操作同上。
        表：Cr2O3催化H2O2分解








        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，Cr2O3催H2O2化分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数为10%-20%。
        2.4：镁催化H2O2分解：取0.1000g Mg 6份，操作与上同。表：Mg催化H2O2分解











        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，Mg催化H2O2分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数应≥20%。
2.5: 铜催化H2O2分解：取0.1000g Cu 6份，操作同上。表：Cu催化H2O2分解








        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，Cu催化H2O2分解，H2O2溶液分解的最适宜的质量分数应≥30%。
        2.6：活性碳催化H2O2分解：取0.1000g活性碳6份，操作同上。
        表：活性C催化H2O2分解







        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，活性C催H2O2化分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数为15%～20%。
        2.7：硫酸铜饱和溶液催化H2O2分解：取0.20ml CuSO4饱和溶液6份，操作上同。
        表：CuSO4饱和溶液催化H2O2分解










        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，CuSO4饱和溶液催化H2O2分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数应≥25%。
        2.8：氯化铁饱和溶液催化H2O2分解：取0.20ml FeCl3饱和溶液6份，操作同上。
        表： FeCl3饱和溶液催化H2O2分解








        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，FeCl3饱和溶液催化H2O2分解H2O2溶液分解的较适宜的质量分数应≥25%。
        2.9：重铬酸钾饱和溶液催化H2O2分解：取0.20ml K2Cr2O7饱和溶液6份，操作同上。表：K2Cr2O7饱和溶液催化H2O2分解








        结果：由上表数据可得，在以上浓度范围，K2Cr2O7饱和溶液催化H2O2分解，H2O2溶液分解的较适宜的质量分数为10%～20%。
　　2.结果讨论：（1）选取催化效果较适宜的氧化物为Cr2O3;（2）选取催化效果较适宜的单质为活性碳;（3）选取催化效果较适宜的盐饱和溶液为K2Cr2O7饱和溶液。根据表格数据分析: Cr2O3、活性碳 、K2Cr2O7饱和溶液作为催化剂，催化过氧化氢分解产生氧气的速率均匀、清洁,并对现象的观察无影响。上述三种催化剂的催化效果比所选取的其它同类物质更为适宜作为代替二氧化锰催化分解制取氧气的催化剂。（4）过氧化氢分解的较适宜的质量分数范围为10%～20%。根据表格数据分析:以上物质作为过氧化氢催化分解的正催化剂，在相同条件下,过氧化氢催化分解的反应速率、产生氧气的体积与过氧化氢溶液的浓度成正比。即浓度越大, 反应速率越大,产生氧气的体积越大。反之，浓度越小, 反应速率越小,产生氧气的体积越少。但是，由于有些催化剂的催化活性较高，H2O2浓度较大时，会造成反应速率过快，溶液爆沸等不利因素。而有些催化剂活性较低，H2O2浓度较小时会造成反应速率过慢等不利因素。综观表格中数据，过氧化氢溶液质量分数在10%～20%范围内，上述不利因素或现象的出现概率可以降低到最低限度，所以过氧化氢分解的较适宜的质量分数范围为10%～20%。
　　3.结论（1）选取催化效果较适宜的氧化物为Cr2O3;（2）选取催化效果较适宜的单质为活性碳;（3）选取催化效果较适宜的盐饱和溶液为K2Cr2O7饱和溶液，过氧化氢溶液质量分数在10%～20%范围内。此实验中使用的无机盐，催化剂的来原广泛，符合各校的实验要求，操作简捷、方便、现象明显，能提高学生对化学实验的兴趣。
　　参考文献:
　　[1]孙丹儿,殷莉莉.过氧化氢制氧气实验不同催化剂的探讨.化学教学2005年第11期5～6。
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　　[3]盛亮,杨淑蕙.铁离子对过氧化氢催化分解的影响.黑龙江造纸.2006年第2期11～12。
　　[4]张健扬,史淑凤,崔海香.金属离子对过氧化氢催化分解作用研究.唐山师范学院学报.2005年9月,第27卷第5期10～13。