影响化学反应速率的因素

过氧化氢分解实验验证催化剂的三个性质淇县一中陈桂朋我演示的是过氧化氢分解生成氧气和水的实验，做这个实验的来源与初衷。是我遇到一道习题上说：向氯化亚铁溶液中加过氧化氢，开始没什么现象，等一会儿发现过氧化氢分解生成气泡的速率明显加快，这个现象说明真正对过氧化氢分解反应起催化作用的是三价铁离子，不是二价铁离子和氯离子。这是我从做过的一道习题里看到的实验描述，开始觉得这个实验挺有意思，也不难，如果能做出来观察实验现象多好，于是我就利用空闲时间在实验室试着做了做，就是想看看是不是氯离子和二价铁离子对过氧化氢的反应无催化作用，而真正起催化作用的是三价铁离子，并且等一会儿发现过氧化氢分解生成气泡的速率明显加快。真正做起这个实验时我发现困难重重，开始我一直做不成功，后来有时成功有时不成功，在这期间有时也不想干了，觉得挺麻烦的，通过对2个多月实验数据的仔细分析，通过对这个实验的一系列针对性改进和思考后，终于能够稳定的得出实验现象，.我找到了以往失败的各种原因，这个实验跟反应温度、各离子浓度、各溶液体积比都有关系；同时我还发现氯离子在加热的酸性溶液中不稳定易挥发，这样会造成实验现象不稳定，最后我把不稳定的氯化亚铁溶液换成了稳定的硫酸亚铁溶液，这样实验现象比较稳定。通过对这个实验的一系列针对性改进和思考，我的想法进一步得到提升，不仅限于验证这个理论和观察这个实验现象，我想通过这个实验来验证我的三个想法，即验证催化剂的三个性质，第一是验证催化剂具有选择性；第二是验证催化剂在反应前后质量没有改变或浓度没有减少；第三是验证催化剂在反应前后性质没有发生改变。最终这个实验在2017年10月河南省第三届化学实验创新大赛中获得省一等奖，说实话我感觉这个实验还需要改进和论证，所以我衷心希望专家和同仁一道帮我把这个实验再完善和论证一下，望大家不吝赐教，欢迎批评指正。实验药品和器材：实验仪器：试剂瓶4个、200毫升锥形瓶4个、500毫升烧杯2个、水槽1个、洗瓶1个，胶头滴管4个、注射器3个、量筒2个、电热水壶1个、火柴一盒。实验药品：硫酸亚铁溶液1瓶、过氧化氢溶液1瓶、硫氰化钾溶液少许、一定量的蒸馏水。实验过程：一、实验准备：取四个试剂瓶，试剂瓶前后要分别贴标签，一个标签方便专家看和摄像机拍摄，另一个标签方便做实验的人看清药品，防止出错；按照实验取用药品先后顺序分别向试剂瓶装药品，1号瓶装硫酸亚铁溶液、2号瓶装硫酸溶液、3号瓶装蒸馏水、4号瓶装硫氰化钾溶液。为了方便观察实验现象，不要在锥形瓶上贴标签，按实验顺序在实验台上标清1、2、3号位置，分别放上对应的3个锥形瓶为1号、2号、3号。其它辅助药品器材为装热水的电水壶一个、注射器三个（方便定量加药品）、200毫升烧杯2个、500毫升过氧化氢一瓶、装水的塑料水槽一个、香或木条一根、火机或火柴一个、温度计三个。实验一：验证催化剂选择性需要留意观察的三个实验现象在实验前需要用温度计量一下电水壶里水的温度，用烧杯分别取相同体积、相同温度的水于1号、2号锥形瓶中；用注射器分别取两份完全相同的过氧化氢溶液加到1号、2号锥形瓶中，再向2号过氧化氢溶液中滴加硫酸亚铁溶液（因为亚铁离子变铁离子需要一定时间）观察到第一个现象：过氧化氢分解产生气泡的速率从无明显现象到等一会儿达到最快，产生的气体能让带火星的木条复燃，说明溶液中发生了过氧化氢分解的反应，溶液变成了三价铁离子的棕黄色。1号过氧化氢溶液中滴加与硫酸亚铁溶液相同浓度的硫酸溶液，观察第二个现象：整个过程中没有发现过氧化氢分解产生气泡，反应速率变快的迹象（这样排除了硫酸根离子起催化作用的可能性）。向2号反应后的溶液中加一定体积的过氧化氢溶液（这时因为溶液中已经有铁离子）观察第三个现象：刚开始的反应速率比加硫酸亚铁的2号溶液开始反应速率要快得多，因为溶液中二价铁离子已经全部变为三价铁离子了，在三价铁离子的催化作用下反应速率明显变快。实验二：验证催化剂在反应前后质量没有减少并且化学性质没有发生改变。将2号反应后的溶液分为完全相同的两份溶液2号、3号，然后分别做实验留意观察两个实验现象。第一个现象：多次向含有铁离子的2号溶液中添加反应物过氧化氢，每次反应速率都惊人的相似，反应速率每次都非常快，没有铁离子被消耗导致反应速率减慢的迹象；第二个现象：与2号锥形瓶反应一样，不同的是向2号溶液中加的是过氧化氢，向3号溶液中分别多次加等体积的水，3号锥形瓶主要观察的是与2号溶液反应后的颜色有没有变化，观察到的现象是没有变化，由于时间的限制，分别做了了2次或三次，但在实验室我分别做了7、8次，每次结束后颜色都一样，这也从另一个角度说明三价铁离子无论反应快慢、无论反应不反应，前后质量没有减少或者浓度颜色没有发生改变。实验三：催化剂在反应前后化学性质没有发生改变需要观察的现象：向2号反应后溶液中滴加硫氰化钾溶液，铁离子在多次催化后仍然可以发生其特征反应，即铁离子和硫氰根离子反应在溶液中呈现血红色。实验总结：1、验证催化剂选择性需要留意观察的三个实验现象，第一个现象是取完全相同的两份过氧化氢，向其中一份中加硫酸溶液，发现没有过氧化氢分解速率变快的迹象，这样排除了硫酸根起催化作用的可能性；第二个现象是向另一份过氧化氢溶液中加硫酸亚铁溶液，因为二价铁离子变三价铁离子需要时间，所以过氧化氢分解反应生产气泡应该等一会儿达到最快的反应速率；第三个现象是向反应后的溶液中加过氧化氢，这时因为溶液中已经是三价铁离子了，所以刚开始的反应速率应该比第二个实验现象快（硫酸亚铁在过氧化氢作用下已经变成硫酸铁了，这时与过氧化氢的起始反应速率比硫酸亚铁与过氧化氢的起始反应速率快，这也同样证明起催化作用的是三价铁离子，不是二价铁离子）。2、催化剂在反应前后质量没有减少并且化学性质没有发生改变。针对催化剂在反应前后质量没有减少这点大家需要留意观察二个实验现象，第一个现象是多次向含有三价铁离子的溶液中添加反应物过氧化氢，每次反应速率都惊人的相似，没有三价铁离子催化剂被消耗反应速率减慢的迹象；第二个现象是多次添加过氧化氢反应后的溶液没有三价铁离子催化剂被消耗而溶液棕黄色变浅的迹象！3、证明催化剂在多次催化反应前后化学性质并没有发生改变需要观察的现象是三价铁离子在多次催化后仍然可以发生其特征反应，即三价铁离子和硫氰根离子出现血红色。这个实验对我来说总的感悟就是，设计的化学实验既要符合化学原理，又要设计合理、严谨，同时要注意整个操作流程顺序和衔接、各个操作细节，还要在做实验的整个过程中要注意操作规范！