教学素材：“大象牙膏”趣味实验

【教材研究】 “大象牙膏”实验 湖北省石首市文峰中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】“大象牙膏”趣味实验是2009年由美国《连线》《杂志网站公布的十个最令人惊讶的化学实验视频之一，其实验方法是将浓缩的过氧化氢与肥皂混合起来，再加上一些碘化钾或高锰酸钾（质量不能过多），即刻可观察到一股充满氧气的泡沫状浅黄色物质像喷泉一样从容器中喷涌而出。“大象牙膏”实验是著名的化学实验之一，产生大量气体及泡沫并伴随放热。因实验中喷出的大量泡沫像巨大的牙膏，非常像大象用的牙膏，故被广大实验者称为“大象牙膏”。 （1）实验原理：大象牙膏（Elephant Toothpaste）的原理是双氧水＋碘化钾（或其他催化剂）＋发泡剂混合时，催化剂加快双氧水分解速率，分解出大量氧气。 （2）注意事项：“大象牙膏”实验中所使用的“大象药水”是双氧水，高浓度的双氧水会对皮肤产生刺激性灼伤，引起疼痛，并在皮肤上形成白痂，甚至留下红肿或水疱，需立即用清水冲洗。高浓度过氧化氢具有腐蚀性，实验过程伴随放热，喷出的泡沫温度较高，需注意防护。 【母题】（人教版上册第51页4题）按右图所示进行实验，容器中涌出的柱状泡沫被形象地称为“大象牙膏”。下列说法中，正确的是（ ） A．产生的泡沫可用于灭火      B． 过氧化氢分解生成水和氧气     C．没有催化剂，过氧化氢不会分解      D．反应前后，催化剂的化学性质不同 解析：过氧化氢可以分解生成水和氧气，反应产生的泡沫中含有氧气，氧气具有助燃性，不可用于灭火，故A错误；过氧化氢可以分解生成水和氧气，故B正确；催化剂加入后，过氧化氢分解产生氧气的速率加快，但催化剂不能改变生成物氧气的质量，故C错误；根据催化剂的定义，反应前后催化剂的质量和化学性质相同，故D错误。 【答案】D。 同步训练设计 1．化学魔术“大象牙膏”利用过氧化氢溶液制取氧气的化学原理，用碘化钾代替该反应中的二氧化锰。下列有关过氧化氢发生反应时的认识中不正确的是（ ） A．碘化钾加快过氧化氢的分解速率 B．碘化钾增加过氧化氢生成氧气的质量 C．MnO2、CuSO4等对过氧化氢的分解也具有催化作用 D．该反应的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑ 2．按如图所示进行实验，容器中涌出的柱状泡沫被形象地称为“大象牙膏”。下列说法中正确的是（　　） A．混合后从量筒中涌出柱状泡沫说明催化剂能加快过氧化氢分解 B．过氧化氢分解只能用此种“发泡剂催化剂”产生的泡沫可用于灭火 C．反应前后催化剂的化学性质改变 D．出的泡沫是纯净物 3．按如图所示进行趣味实验，量筒涌出的柱状泡沫被形象地称为“大象牙膏”。实验中涉及相关内容正确的是（ ） A．产生的泡沫可用于灭火  B．没有催化剂过氧化氢不会反应  C．反应前后催化剂的化学性质不同  D．实验中发生的反应涉及分解反应 4．某实验小组同学做了如下实验。 （1）A中反应的化学方程式为 ，将带火星的木条置于a处，若观察到 ，说明已有氧气产生。 （2）B中现象是量筒涌出柱状的泡沫，可形象地称为“大象牙膏”，其原理主要是H2O2在某些催化剂作用下迅速分解产生水和氧气。反应的化学方程式为 。 5．某同学观看了“大象牙膏”实验的趣味视频，对实验产生了浓厚的兴趣，于是小贝找来家里的食用碱、钙片、爽身粉、白醋、柠檬水、厕所清洁剂、肥皂水等，创建了自己的实验室，开启“大象牙膏”模拟实验的探究。 【提出问题一】“大象牙膏”实验中产生的气体是什么？ 【查阅资料】①“大象牙膏”实验的主要原料是过氧化氢溶液、碘化钾（KI）、发泡剂等； ②食用碱（含碳酸钠）、钙片（含碳酸钙）、爽身粉（含碳酸镁）、厕所清洁剂（含盐酸）。 【作出猜想】产生的气体猜想 1：可能是O2；猜想 2：可能是N2。 【实验分析】（1）分析猜想 2 不成立，理由是______。 （2）发现“大象牙膏”实验壮观且速度快，是因为有一种物质催化了过氧化氢的分解，根据主要原料的成分分析，此物质可能是 ，由此推断“大象牙膏”的反应原理是 （用化学方程式表示）。 【提出问题二】利用家庭中的用品模拟“大象牙膏”实验能否成功？ 【实验分析】“大象牙膏”实验的关键是物质混合后能产生大量气体。 【实验探究】开启“大象牙膏”模拟实验： 实验一 实验二 实验三 原料 食用醋 白醋、钙片 钙片 厕所清洁剂 爽身粉 白醋 反应现象 产生气泡 产生气泡 产生气泡 （3）写出实验二中发生反应的化学方程式______。 【评价交流】（4）发现自己做的实验效果远不如“大象牙膏”实验，她排除原料纯度不够、浓度低等原因之外，还发现一个关键原因是 。 【拓展提高】（5）小贝发现几个实验均能成功产生气体，是因为固体原料成分中都含有一种相同的______（填离子符号） 6．趣味实验——“大象牙膏”是向锥形瓶中加入过氧化氢溶液、洗洁精、催化剂，产生的气体使瓶内的起泡剂迅速涌出，形成大量柱状泡沫。 【提出问题】影响“大象牙膏”实验效果的因素有哪些？ 【进行实验】实验记录： 序号 洗洁精 催化剂种类 催化剂浓度 过氧化氢浓度 温度/℃ “牙膏”喷出所需时间/s ① 5滴 无 无 10% 20 无明显现象 ② 5滴 碘化钾 10% 10% 20 48 ③ 5滴 酵母 10% 10% 20 10 ④ 5滴 酵母 5% 10% 20 42 ⑤ 5滴 酵母 X 10% 5 60 【解释与结论】 （1）写出过氧化氢在催化剂作用下发生反应的化学方程式 ，洗洁精在本实验中作 起泡剂 （2）由实验①可知，在常温、无催化剂的条件下，过氧化氢  （填“易”或“不易”）分解。 （3）进行实验②的目的是探究 。 （4）实验③与实验⑤对照，表格中X=10%实验的目的是探究 对实验效果的影响。 （5）欲探究催化剂浓度对实验效果的影响，需对比的实验是  （填序号）。 【反思与评价】由实验可知，影响实验效果的因素有催化剂种类、催化剂浓度、温度等。 【拓展】（6）将过氧化氢溶液注入盛有催化剂的小试管中，发现图中U型管内右侧液面上升，原因是  （填字母序号）。 A．过氧化氢分解产生气体 B．过氧化氢分解放热 C．过氧化氢分解吸热 （7）仔细分析实验记录，还可设计探究 对实验效果的影响。 7．在网上看到了“大象牙膏”实验后，兴趣小组同学在实验室围绕该实验进行了一系列的探究活动。 【提出问题1】“大象牙膏”的反应原理是什么？ 【查阅资料】H2O2溶液、发泡剂、催化剂混合后，迅速出现“牙膏”状喷射效果(如图)。 【实验活动1】 （1）完成下列表格 组别 实验操作 实验现象 实验分析及结论 小组1 各取一定比例的溶液、洗洁精、催化剂于锥形瓶中。 有大量泡沫产生，持续从锥形瓶口喷出，呈“牙膏”状。 将带火星木条放到泡沫附近，木条复燃。则产生气体的化学方程式为 小组2 有少量气泡冒出，但是没有冒出锥形瓶。 【提出问题2】为什么实验效果不同？ 【实验活动2】小组同学们在500mL锥形瓶中进行了两组对比实验 实验序号 H2O2溶液浓度及体积 催化剂种类 发泡剂种类及体积 现象 ① 30% 80mL 碘化钾溶液 20mL洗洁精 不喷射不成型，泡沫大量流出 ② 30% X 氯化铁溶液 20mL洗洁精 喷射，不成型，反应剧烈 ③ 50% 50mL 碘化钾溶液 20mL洗洁精 喷射力弱，喷射力度不足 ④ 50% 50mL 碘化钾溶液 12mL洗洁精 喷射力强，成形，且持续时间长 （2）上述实验中，效果最好的是 （填字母） （3）实验②中，x＝ 。 （4）设计这两组实验是想探究影响实验效果的因素有 、 。 【提出问题3】还有哪些因素会影响实验效果？ （5）请提出一个不同于实验活动2的猜想，并设计实验方案 【实验反思】 （6）H2O2溶液浓度越大，腐蚀性越强。实验时应注意 （填字母） A．实验时，应佩戴护目镜 B．当“牙膏”喷出时，不要触摸 C．清理“牙膏”时，需佩戴手套 【活动延伸】家庭用品模拟“大象牙膏”实验能否成功？ 实验 1 2 3 原料 食用碱（主要成分是Na2CO3、白醋、洗洁精 钙片（）主要成分是CaCO3）、洁厕净（含HCl）、洗洁精 爽身粉（主要成分是MgCO3)、白醋、洗洁精 （7）同学们将原料混合进行实验，发现实验效果均不明显。原因可能是 ， 。 参考答案 1～3．B、A、C； 4．（1）2KMnO4 ( △ ) K2MnO4＋MnO2＋O2↑；木条复燃；（2）2H2O22H2O+O2↑。 5．（1）应物中不含有氮元素，不能生成氮气 ；碘化钾或KI；（2）2H2O22H2O+O2↑（3）CaCO3＋2HCl ＝ CaCl2＋H2O＋CO2↑；（4）二氧化碳能溶于水；（5）CO32－。 6．（1）2H2O22H2O+O2↑；（2）不易；（3）不同催化剂的催化效果；（4）温度；（5）③④；（6）B；（7）过氧化氢溶液浓度。 7．（1）1）2H2O22H2O+O2↑； （2）④；（3）80mL；（4）催化剂的种类；洗洁精的用量；（5）分别取50mL、50%的过氧化氢溶液于两个锥形瓶中，分别加入相同的碘化钾溶液，其中一个锥形瓶中加入12mL洗洁精，另一个锥形瓶中加入12mL洗衣液，观察现象；（6）ABC；（7）原料纯度不够、浓度低等；产生的二氧化碳能溶于水。 学科网（北京）股份有限公司 $$