金属离子催化双氧水分解过程中
Cl
-
的作用
王海富 陈益
(南京市金陵中学 210005)
摘要:通过同浓度的
CuSO
4
CuCl
2
溶液及同浓度
Fe
3+
FeCl
3
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液对
5%
双氧
水的分解实验对照,发现
Cl
-
Cu
2+
Fe
3+
催化双氧水分解均起到了促进作用。教学过程中教
师的纳闷和疑虑是重要的教学资源,善于捕捉、利用这些资源,不仅是对知识个体认知的纠
错和释疑,更是对教师专业水平的进步和提升。
关键词:金属离子催化;氯桥理论;
Cl
-
的促进作用
1
.问题的由来
在新授必修
1
《化学反应的速率和限度》时,我和备课组老师一起准备了
5%
双氧水的催
化分解演示实验。为了控制阴离子变量相同,我们选择了浓度均
1mol/L
FeCl
3
溶液
CuCl
2
溶液做催化剂进行催化效果的比较(其中
CuCl
2
溶液是教材实验之外的补充)。从课
堂演示效果看,发现相同阳离子浓度的
FeCl
3
溶液和
CuCl
2
溶液做双氧水分解的催化剂时
双氧水分解产生气泡的速率都比较快,但滴入
FeCl
3
溶液产生的气泡更快些,从而说明催化
剂是有选择性的。
后我些纳疑虑选修
4
材中
FeCl
3
液和
CuSO
4
液作
氧水分解的催化剂,却没有选
CuCl
2
溶液呢?我甚至还想,为何选择
FeCl
3
溶液而不选择
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液呢?教材之所以这样安排,是因为这些催化剂的阴离子对催化效果影响不
的缘故,还是有什么深晦的道理隐藏于其中故而教材有意避开呢,抑或是教材编写者的随
意选择呢?
2
.思考和探究
Fe
3+
对双氧水分解的催化机理一般为
[1]
2Fe
3+
+ H
2
O
2
=2Fe
2+
+ O
2
↑+2 H
+
2Fe
2+
+ H
2
O
2
+2 H
+
=2Fe
3+
+ 2H
2
O
当时我的直觉是双氧水
Cu
2+
的催化下,中间过程可能也发生了类似的氧化还原反应
过程,即
Cu
2+
→Cu
+
→Cu
2+
如果
Cu
2+
被双氧水还原成
Cu
+
离子,
Cl
-
Cu
+
的沉淀或者络合对该反应可能会起到促进
作用,而
Fe
3+
不与
Cl
-
沉淀,即使络合也不是很强。按照这种假想分析,
CuCl
2
溶液对双氧水
解的催化果要
CuSO
4
液好,而
FeCl
3
溶液
Fe
2
(SO
4
)
3
液催化效应该差不
所以教材选择
CuSO
4
溶液和
FeCl
3
溶液
[
也可以选择
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液
]
着这然的,我
1mol/L
CuSO
4
液和
CuCl
2
液催
5%
氧水
解的对照实验,让我兴奋激动的是滴
CuCl
2
溶液时产生气泡的速率的比滴入
CuSO
4
液快。当我滴入
CuSO
4
溶液的双氧水中水时,然发现产生气泡
的速率明快,也是说
Cl
-
Cu
2+
催化双氧水分解起到了促进作用。我步认为该反应
的机理可能是:
H
2
O
2
+2Cu
2+
+2Cl
-
=2CuCl↓+O
2
↑+2H
+
H
2
O
2
+2CuCl+2H
+
=2Cu
2+
+2Cl
-
+2H
2
O
查阅等无机化学》
[2]
时,
CrCl
3
在还原剂及氯离子条件容易转化成
CrCl
2
,原因是在
Cr
3+
Cr
2+
之间氯桥 速了这个化。在变金属之间
的理论观点让我很受启发。
CuCl
2
溶液催化分解双氧水时,我认为
Cl
-
也可能在
Cu
2+
Cu
+
之间成的氯桥,从而使
Cl
-
Cu
2+
催化双氧水分解中起了促进作用。
金属之的理论让我想到
Cl
-
会不会也在
Fe
3+
Fe
2+
之间
而使
FeCl
3
液在氧水分解果要
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液呢?为之
的想当然,我本没
FeCl
3
溶液和
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液催化双氧水分解的对照实验。第二天
我到实验做了
1mol/LFe
3+
FeCl
3
溶液和
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液催化分解
5%
双氧水的对照实验。
眼镜氧水滴入
FeCl
3
溶液生气的速率明
Fe
2
(SO
4
)
3
液,当我
滴入
Fe
2
(SO
4
)
3
溶液的双氧水中水时,然也发现产生气泡的速率
快,是说
Cl
-
Fe
3+
催化双氧水分解中也起到了促进作用。
这个实完全颠了我对
Cl
-
Cu
2+
催化双氧水分解中起促进作用而在
Fe
3+
催化双氧水
分解中没有影响的假想。实验明,
Cl
-
Cu
2+
Fe
3+
催化双氧水分解均起到了促进作用。
3
.心感悟
教师对待日常学要做有心之,不人云亦云思考实验。尽管实验
探究的过程可能会一波三折,甚至我们对其中的本原因一时,但是我们对问
题的积极思考和实验的过程获得的是一种心享受和认识的提升。这些不成但是
实的探究程对我们的同也是一种发。
是我对常见的变金属离子催化双氧水分解过程中
Cl
-
的作用探究中的一
感悟,至于
Cl
-
对变金属离子催化双氧水分解的促进作用是因为
Cl
-
的络合、氯桥
者其的影响所,有我和大进一步的究探析。
文献
[1]
北京 范大 , 中 范大 ,南京 范大
.
无机化 (上
[M].
北京:高等
育出版社,
2003.
[2][
]F.A.
.[
]G.
威尔金森
.
.
北京 大 , 吉林大 ,
.
.
高等无机化 ( 下 )
[M].
北京:高人民 育出版社,
1980.