過氧化氫制備氧氣的催化劑、制備方法及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種催化劑，尤其是過氧化氫制備氧氣教學(xué)實(shí)驗(yàn)的二氧化錳催化劑， 以及該催化劑的制備方法和使用該催化劑的實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在化學(xué)教科書中，介紹了氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法，并在討論了實(shí)驗(yàn)室制法的選取原則 和經(jīng)過多種方法的比較之后，選定了一種比較理想的常用方法，設(shè)置了演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的 分組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理是：在二氧化錳的催化下，使過氧化氫分解。反應(yīng)的方程式 2Η202====2Η20+02 ? 由于該反應(yīng)的產(chǎn)物為氧氣和水，沒有污染，的確是一個(gè)比較環(huán)保，安全的好方法。但我 們?cè)趯?shí)踐中，特別是在氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法和性質(zhì)的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中，卻發(fā)現(xiàn)了諸多弊端： 1.二氧化錳是極細(xì)的黑色粉末，加入過氧化氫溶液后，開始時(shí)反應(yīng)速率很快，產(chǎn)生的 氣流瞬間沖出，幾分鐘后反應(yīng)幾乎停止，產(chǎn)生的氣泡不均勻不連續(xù)，不利于氧氣的收集和檢 驗(yàn)。
[0003] 2.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由于難以將其中質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有改變的催化 劑--二氧化錳回收，學(xué)生們都將黑乎乎的液體倒入了廢液缸，一個(gè)年級(jí)的十幾個(gè)班，幾 十個(gè)班做下來，廢液相當(dāng)可觀，最后不得已，廢液全部倒入了下水道，其中大量完全可以再 利用的二氧化錳就這樣浪費(fèi)掉了，更可怕的是會(huì)給環(huán)境帶來極大的危害。
[0004] 除此而外，該實(shí)驗(yàn)還存在一些小瑕疵如：不好控制反應(yīng)的發(fā)生和停止，加進(jìn)去的藥 品直至反應(yīng)完全才會(huì)停止；學(xué)生在取用粉末時(shí)多有灑落，不易擦拭干凈，污染試驗(yàn)臺(tái)，一個(gè) 班的實(shí)驗(yàn)完成后，容器、試驗(yàn)臺(tái)不容易洗滌和擦拭干凈，影響美觀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的問題是提供一種使過氧化氫制備氧氣實(shí)驗(yàn)緩慢可控的二氧化錳 催化劑，該催化劑使用過程安全干凈，又可以重復(fù)利用。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣的催化劑，由下列重量份數(shù)的 組分制備而成，瓊脂40-55份，二氧化錳20-40份，純凈水100-120份。
[0007] 優(yōu)選的，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為瓊脂50份，二氧化錳25份，純凈水110份. 作為一種改進(jìn)，所述催化劑還包括高嶺土 4份，硅膠2份。
[0008] 作為一種改進(jìn)，所述催化劑還包括芳綸1. 5份，硬脂酸2份。
[0009] 本發(fā)明的制備過氧化氫制備氧氣的催化劑的方法，包括下列步驟， 第一步，將50質(zhì)量份瓊脂粉放入燒杯中，加入40°C純凈水80份，待其變?yōu)楹隣睿?第二步，將25份二氧化錳粉末分次一邊攪拌一邊緩緩加入其中，攪拌均勻； 第三步，加入高嶺土 4份，硅膠2份，加30份沸水?dāng)嚢?min，滴入0.1 ML的鹽酸； 第四步，加入芳綸1. 5份，硬脂酸2份，調(diào)節(jié)PH值至7. 5,將其放在電加熱器上加熱，加 熱過程中繼續(xù)順一個(gè)方向攪拌約lOmin，沸騰后再改為小火慢慢加熱5min ; 第五步，離火，繼續(xù)攪拌待其中的氣泡完全消失后，停止攪拌。放在陰涼處使其自然冷 卻、凝固約2h，完全涼透后即可取出。
[0010] 本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，在燒杯中倒入過氧化氫溶液，放入按 照權(quán)利要求5的方法制備的塊狀二氧化錳氧化劑。
[0011] 將能二氧化錳粉末分散在不溶于水的載體中制成塊狀或片狀的固體且不影響該 反應(yīng)的進(jìn)行，以上問題就會(huì)迎刃而解，為此我們進(jìn)行了廣泛的探宄。在經(jīng)歷了無數(shù)次的失 敗后，我們終于找到了一種理想的載體一一瓊脂。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，瓊脂不與過氧化 氫溶液反應(yīng)，對(duì)該反應(yīng)不會(huì)造成干擾。將瓊脂與二氧化錳混合后的液體冷卻凝固后，性質(zhì)穩(wěn) 定，不易變質(zhì)，質(zhì)地不軟不硬，可按需要很方便地用小刀切割成任意形狀。加入高嶺土和硅 膠使得載體的軟硬度適中，微量的硅膠與瓊脂結(jié)合，使得載體的微孔使離子通過的程度更 適合控制反應(yīng)速度。載體中加入了芳綸，提高了載體的可塑性，使得加工后的載體邊緣不易 破碎，彈性適中。加入硬脂酸可以使載體存放時(shí)間更長。
[0012] 該固體泡在水中或反應(yīng)后的溶液中，根據(jù)20天的觀察，無明顯的溶解、脫落現(xiàn)象。 由于瓊脂具有可以使離子自由通過的性質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)出現(xiàn)諸如用難溶性膠水粘合， 使反應(yīng)受阻、反應(yīng)速率減慢或停止等問題。多次的實(shí)驗(yàn)表明，該化學(xué)反應(yīng)能夠順利、持續(xù)進(jìn) 行，反應(yīng)速率適中，效果良好，完全可以滿足演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。反應(yīng)后的液體依 然清澈、透明，濾除固體后可直接排放，基本無污染。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施例1 本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣的催化劑，由下列重量份數(shù)的組分制備而成，瓊脂40份， 二氧化猛20份，純凈水110份。
[0014] 實(shí)施例2 本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣的催化劑，由下列重量份數(shù)的組分制備而成，瓊脂55份， 二氧化錳40份，純凈水120份，高嶺土 4份，硅膠2份。
[0015] 實(shí)施例3 本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣的催化劑，由下列重量份數(shù)的組分制備而成，瓊脂50份， 二氧化錳25份，純凈水110份，高嶺土 4份，硅膠2份，芳綸1. 5份，硬脂酸2份。
[0016] 本發(fā)明的制備過氧化氫制備氧氣的催化劑的方法，包括下列步驟， 第一步，將50質(zhì)量份瓊脂粉放入燒杯中，加入40°C純凈水80份，待其變?yōu)楹隣睿?第二步，將25份二氧化錳粉末分次一邊攪拌一邊緩緩加入其中，攪拌均勻； 第三步，加入高嶺土 4份，硅膠2份，加30份沸水?dāng)嚢?min，滴入0.1 ML的鹽酸； 第四步，加入芳綸1. 5份，硬脂酸2份，調(diào)節(jié)PH值至7. 5,將其放在電加熱器上加熱，加 熱過程中繼續(xù)順一個(gè)方向攪拌約lOmin，沸騰后再改為小火慢慢加熱5min ; 第五步，離火，繼續(xù)攪拌待其中的氣泡完全消失后，停止攪拌。放在陰涼處使其自然冷 卻、凝固約2h，完全涼透后即可取出。
[0017] 本發(fā)明的過氧化氫制備氧氣教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，在燒杯中倒入過氧化氫溶液，放入按 照上述方法制備的塊狀二氧化錳氧化劑。
[0018] 本實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)為： 1.實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)單，藥品的加入更方便，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣體平穩(wěn)而持久，方便收 集。如果在簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器中進(jìn)行，還可以很好地控制反應(yīng)的發(fā)生與結(jié)束。
[0019] 2.實(shí)驗(yàn)后能很方便的將塊狀(片狀）二氧化錳分離出來，反復(fù)使用（對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn) 尤其方便）且可以沖洗晾干保存?zhèn)溆谩７磻?yīng)后的液體依然清澈、透明，濾除固體后可直接排 放，基本無污染。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，對(duì)于降低成本， 減少環(huán)境污染具有重大的意義。
[0020] 3.可以更方便的驗(yàn)證二氧化錳是該反應(yīng)的催化劑。
[0021] 粉末狀二氧化錳催化劑制備氧氣，與以上三個(gè)實(shí)施例中制備的催化劑，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如下表：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種過氧化氫制備氧氣的催化劑，其特征在于：由下列重量份數(shù)的組分制備而成， 瓊脂40-55份，二氧化錳20-40份，純凈水100-120份。
2. 按照權(quán)利要求1所述的過氧化氫制備氧氣的催化劑，其特征在于：所述組分的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為瓊脂50份，二氧化錳25份，純凈水110份。
3. 按照權(quán)利要求2所述的過氧化氫制備氧氣的催化劑，其特征在于：所述催化劑還包 括高嶺土 4份，硅膠2份。
4. 按照權(quán)利要求3所述的過氧化氫制備氧氣的催化劑，其特征在于：所述催化劑還包 括芳綸1.5份，硬脂酸2份。
5. -種制備過氧化氫制備氧氣的催化劑的方法，其特征在于：包括下列步驟， 第一步，將50質(zhì)量份瓊脂粉放入燒杯中，加入40°C純凈水80份，待其變?yōu)楹隣睿?第二步，將25份二氧化錳粉末分次一邊攪拌一邊緩緩加入其中，攪拌均勻； 第三步，加入高嶺土 4份，硅膠2份，加30份沸水?dāng)嚢?min，滴入0.1 ML的鹽酸； 第四步，加入芳綸1. 5份，硬脂酸2份，調(diào)節(jié)PH值至7. 5,將其放在電加熱器上加熱，加 熱過程中繼續(xù)順一個(gè)方向攪拌約lOmin，沸騰后再改為小火慢慢加熱5min ; 第五步，離火，繼續(xù)攪拌待其中的氣泡完全消失后，停止攪拌，放在陰涼處使其自然冷 卻、凝固約2h，完全涼透后即可取出。
6. -種過氧化氫制備氧氣教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：在燒杯中倒入過氧化氫溶液， 放入按照權(quán)利要求5的方法制備的塊狀二氧化錳氧化劑。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種過氧化氫制備氧氣的催化劑，由下列重量份數(shù)的組分制備而成，瓊脂40-55份，二氧化錳20-40份，純凈水100-120份，高嶺土4份，硅膠2份，芳綸1.5份，硬脂酸2份。多次的實(shí)驗(yàn)表明，該化學(xué)反應(yīng)能夠順利、持續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)速率適中，效果良好，完全可以滿足演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。反應(yīng)后的液體依然清澈、透明，濾除固體后可直接排放，基本無污染。
【IPC分類】B01J35-02, C01B13-02, B01J31-32
【公開號(hào)】CN104667981
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510020082
【發(fā)明人】魯昱瑤, 王梓均
【申請(qǐng)人】魯昱瑤, 王梓均
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日