神奇的催化剂*

催化剂的诞生
1835年8月20日,这一天是瑞典化学家贝采里乌斯的生日,他的妻子玛利亚准备好了酒宴,邀请很多亲朋好友来为他祝贺生日。可是,贝采里乌斯整整一天都在实验室忙着做实验,完全忘记这件事情。直到傍晚,玛丽亚把他从实验室拉出来,他才恍然大悟,匆匆忙忙地赶回家。
客人们早就到齐了,贝采里乌斯一进屋,客人们就纷纷举杯向他祝贺。贝采里乌斯顾不上洗手,就接过一杯蜜桃酒一饮而尽。当他自己斟满第二杯酒跟朋友干杯时,却皱起眉头喊道:“哎呀,这瓶酒怎么这么酸?玛利亚,酒里不会混进了一瓶醋吧?”
玛利亚和客人都愣住了,除了贝采里乌斯,谁也没有发现酒的味道有什么不对劲。玛丽亚仔细看了看那瓶酒,还倒出一杯来品尝了一下,没发现任何问题,那确实是一瓶香醇的蜜桃酒。贝采里乌斯把自己倒的那杯酒递玛丽亚。玛丽亚喝了一口,立刻全吐了出来:“太奇怪了,甜酒怎么一到你的杯子里就变成醋啦?”客人们纷纷凑过来,看着那个“神杯”。他们猜测,也许这是贝采里乌斯为客人们准备的娱乐节目吧。
贝采里乌斯想:既然酒是正常的,那问题可能出在杯子上。他仔细察看了自己的酒杯,发现杯子里有少量黑色粉末。他又瞧瞧自己的手,手上沾满了黑色的铂粉,那是他在实验室研磨铂的时候沾上的。原来,是铂粉把酒变成了醋,铂粉加快了酒精和氧气的化学反应,生成丁醋酸。这个发现令贝采里乌斯兴奋不已,他竟然把那杯酸酒一饮而尽。
1836年,贝采里乌斯在《物理学与化学年鉴》杂志上发表了一篇论文,首次提出化学反应中的 “催化”与“催化剂”概念。在工业上,催化剂又被称为触媒。是指在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率(既能提高也能降低),而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(也叫触媒)。
看了上面的小故事,你是不是也想亲眼见证一下催化剂的神奇效果呢?下面就是笔者利用催化剂做的几个实验,绝对能带给你意想不到的惊喜!
1. 饱和KI溶液作催化剂——大象牙膏和魔术蛋糕
试剂: 30%过氧化氢和洗洁精(20:1混合并搅拌均匀),再配以鲜艳的色素(色浆)
催化剂:饱和KI溶液
仪器:大量筒、水槽、大烧杯。
步骤:①大象牙膏:取一500mL量筒,注入30%过氧化氢和洗洁精混合液60mL,然后加入饱和KI溶液。


②魔术蛋糕:取大小不同的水槽(烧杯、量筒等),放在一起构成同心圆,每层都注入1cm的30%过氧化氢和洗洁精混合液,每一圈各加入不同颜色的色浆,然后从里到外加入饱和KI溶液。

现象:过氧化氢在碘化钾的催化作用下剧烈分解,放出氧气,将发泡剂吹成大量泡沫,从容器口涌出。

大象牙膏实验指的是:向30%的过氧化氢【事先滴加起泡剂(如洗洁精)和色素】溶液中加入饱和碘化钾溶液,瞬间产生大量的气泡并如牙膏般喷涌而出,量大而且快,犹如给大象刷牙所挤出的牙膏,所以形象的称之为大象牙膏。
魔术蛋糕:改进实验是在同心圆的水槽中加入不同的色素,可以瞬间产生同心圆类似于蛋糕的泡沫,每一圈都有不同的颜色,瞬间就形成一个五彩缤纷的美丽蛋糕;用余烬的木条伸入各层,木条复燃,蛋糕消失。
说明:这两个实验均可以在课堂上演示,可以用作魔术表演,进而讲解和演示催化剂的神奇!
2. 草木灰作催化剂——燃烧的蔗糖变成蛇
试剂:蔗糖(白糖、红糖、冰糖均可)、碳酸氢钠(小苏打)、酒精
催化剂:烟灰(或草木灰)
仪器:石棉网(铁片、木板等均可)、滴管、火柴、药匙
步骤:
①称取(质量比8:1)干燥的蔗糖和小苏打混合物,研磨细并混合均匀;

②将草木灰均匀铺在石棉网上成火山状;

③取上述蔗糖与小苏打的混合物花生米大小放置在火山口处;

④在火山口周围的草木灰上滴上1~2毫升酒精,点燃酒精。
现象:酒精燃烧,随着酒精的熄灭,蔗糖开始熔化并慢慢膨大伸出成小蛇状。

说明:蔗糖一定要干燥,草木灰可以重复使用。传统的“法老之蛇”用到的是硫氰酸汞,现象明显,但是毒性太大,蔗糖燃烧可以取代上面的反应,效果同样明显。
3.水作催化剂——紫气东来演绎成蓝色妖姬
试剂:锌粉(或者铝粉)、碘片、淀粉溶液
催化剂:水
仪器:矿泉水瓶、废弃的盖子、滴管、白色纸花(绢花)
步骤:
① 称量铝粉和碘各2g混合后放入反应器皿(废弃盖子)中,用去掉头尾的矿泉水瓶套上,

② 在矿泉水瓶的正上方吊一朵白纸花,白纸花上涂以面粉浆糊。

③ 然后用胶头滴管吸取冷水,加一二滴于混合粉上,立即有紫烟和白雾腾空而起,团团彩云都抢着去拥抱白纸花,把白花染成兰花,再熏染一二次,蓝花更加鲜艳、逼真。

现象:“滴水生紫烟、紫烟造兰花”
原理:干态下的碘片和锌粉,常温下不易直接化合,加入少量水作催化剂后,立即剧烈反应生成碘化锌并放出大量的热,使未反应的碘升华成紫烟,水受热汽化,空中冷凝成白雾,碘和白纸花上的面粉接触显兰色,于是紫烟造出蓝花。

:白色折纸可以是千纸鹤、玫瑰和其它的动植物造型,事先用淀粉浸泡晾干,演示时稍微喷些水雾,效果更佳。
参考文献:
1.曹广雪.魔术蛋糕变变变.[J].我们爱科学,2013(1)24-26
2. 曹广雪.化学中的“哥俩好”.[J].教学仪器与实验,2013(2)33-34