Каталитическое действие оксида марганца МnО2 на бертоле­тову соль и пероксид водорода

 а) В пробирку насыпать бертолетову соль слоем около 0,5 см. Укрепив пробирку в зажиме штатива или держа ее в руке при помощи держалки, полоски бумаги и т. п., нагревать бертолетову соль в пламени горелки. Когда начнется выделение кислорода (расплавленная соль начинает как бы кипеть), опустить в пробирку конец тлеющей лучинки примерно на 2—3 см. Если лучинка сразу не вспыхнет, глубже ее не опускать, а повторить испытание через несколько секунд. Продолжать нагревание и испы­тывать кислород лучинкой через небольшие (примерно одинаковые) промежутки времени, пока соль разложится до конца, т. е. пока лучинка перестанет вспыхивать.

Не следует брать бертолетовой соли слишком много, так как от недостаточно сильного нагревания на расплавленн^ой соли обра­зуется корка, под которой скапливается газ, отчего люжет произойти взрыв.

б)    В другую пробирку взять столько же бертолетовой соли, нагреть ее до плавления и при помощи тлеющей лучинки доказать, что кислород еще не выделяется. Отставив горелку, всыпать в расплавленную соль немного оксида марганца MnO2 (с конца широкой
лучинки или шпателя) и тотчас же поднести к отверстию пробирки тлеющую лучинку. Она сразу вспыхивает, так как после добавления оксида марганца (IV) начинается бурное выделение кислорода. Испытание продолжать до окончания реакции. Это происходит
значительно раньше, чем в первом случае.

в)   Поместить в пробирку немного (слоем около 1 см) оксида марганца MnO2 и нагревать его в пламени спиртовки. Показать, что в этих условиях  выделения кислорода нет.

г)   Поместить в одну пробирку чистую бертолетову соль, в другой смешать такое же количество бертолетовой соли с оксидом марганца (IV). Укрепить обе пробирки в штативе на одной высоте, подставить под них одновременно одинаковые горелки или спиртовки с пламенем одинаковых размеров и затем испытывать кислород в обеих
пробирках (начиная с пробирки с чистой бертолетовой солью) тлеющей лучинкой. В пробирке со смесью кислород появляется раньше (можно вести отсчет времени по числу ударов метронома), и процесс в ней заканчивается значительно быстрее, чем в пробирке
с чистой бертолетовой солью. Признаков плавления соли не обнаруживается. Таким образом, в присутствии оксида марганца
MnO2 разложение бертолетовой соли протекает не только быстрее, но и при более низкой температуре. Чтобы показать, что оксид марганца и после окончания реакции сохраняет каталитические свойства, можно прибавить к оставшейся в пробирке смеси КС1 и MnO2 новую порцию бертолетовой соли. Нагревание этой смеси (после тщательного перемешивания) показывает, что кислород начинает выделяться раньше и реакция протекает быстрее, чем при нагре­вании бертолетовой соли без катализатора.

Можно высыпать оставшуюся в пробирке смесь в воду, нагреть до кипения, отфильтровать, промыть оставшийся на фильтре оксид марганца MnO2 горячей водой (для полного удаления хлорида калия), перенести MnO2 в железную чашку, высушить, слегка прокалить (на спиртовке) и снова испытать каталитическое дейст­вие. Работа может быть выполнена учащимися на внеклассных занятиях. Рекомендуемое в некоторых пособиях взвешивание оксида марганца (IV) до и после употребления удовлетворительных резуль­татов в этих условиях не дает, так как полностью снять мелкий порошок MnO2 с фильтра после промывания практически невоз-люжно.

Вполне удовлетворительные данные о количественном сохране­нии катализатора можно получить при использовании MnO2 для каталитического разложения пероксида водорода (стр. 13). В этом случае фильтрование не нужно, так как в пробирке по окончании реакции остается только вода и оксид марганца. Перед опытом взятое количество оксида марганца MnO2 (3—4 г)взвешивают и высыпают в большую пробирку с 10-процентным раствором перок­сида водорода. По окончании выделения кислорода дают оксиду марганца MnO2 осесть на дно пробирки, а большую часть воды с оставшейся в ней взвесью MnO2 сливают во взвешенную фарфоро­вую чашку. К осадку на дне пробирки прибавляют новую порцию раствора пероксида водорода (как и в первом случае — около 14 объема пробирки), после чего вновь начинается энергичное выделение кислорода (доказательство сохранения активности ката­лизатора). По окончании реакции сливают из пробирки воду вместе с осадком MnO2 в ту же чашку, вымывают туда же остаток осадка со стенок струей воды из промывалки, осторожно упаривают воду досуха, слегка прокаливают сухой остаток и по охлаждении взве­шивают чашку с остатком (последний можно вновь использовать в качестве катализатора). Простые вычисления показывают, что масса катализатора осталась прежней.

Перечисленные выше опыты могут быть использованы в VII клас­се  при формировании первоначального понятия о катализе и катализаторах. В дальнейшем это понятие развивается на много­численных примерах каталитических реакций. Соответствующие опыты изложены в последующих главах.

Спонсоры сайта:

Гипер Хост

Copyright © 2011. Designed by "Nemec"