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大象牙膏(英语:Elephant toothpaste)是一个化学实验,因实验中过氧化氢快速分解所产生大量气泡而得名[1][2][3]。这个实验需要的原料较少,而产生的效果却和火山喷发一样壮观,故常用于课堂演示中[1][2][3]。
首先将浓过氧化氢溶液(一般为30%~35%,俗称双氧水)与洗碗精[4]混合,然后加入催化剂(一般用碘化钾)来使过氧化氢快速分解。受到催化剂的催化,过氧化氢会快速分解,产生大量的氧气。这些氧气会极快地冲出容器,然后被洗碗精包裹住产生气泡,并聚集成为泡沫喷涌而出。如果事先在催化剂溶液中加入一些色素,产生的泡沫就是彩色的。[1][3]
这个实验证明过氧化氢(H2O2)可以被催化分解,产物是水与氧气。过氧化氢在一般情况下也可以分解成水和氧气,但是反应速度极慢,甚至于观测不到。在加入催化剂(一般在大象牙膏实验中为碘化钾)后会加速反应生成大量氧气:[1]
此反应中碘化钾充当了催化剂:它的总量并没有减少,且加速了反应的进行[1][2][3]。碘离子将反应机理改变为:
H2O2 | + | I− | → | H2O | + | IO− | |||
H2O2 | + | IO− | → | H2O | + | O2 | + | I− | |
| |||||||||
2H2O2 | → | 2H2O(l) | + | O2(g) | ΔrH° = −196 kJ/mol |
这个反应是放热反应,所以产生的气泡是热的[1][2]。另外,使用二氧化锰、氧化铜等也可以作为催化剂加快反应速率,但固体催化剂与液相的接触面积可能不如液体催化剂大。
一种可供孩子尝试的更安全的版本是,改用危害更小且更易获取的稀过氧化氢(3%至6%)来反应,并以酿酒酵母粉催化[2]。这样做的话,虽然仍会有泡沫产生,但速度更缓慢,泡沫喷出的力度也更小。
若不用过氧化氢,也可以选用氯化铝饱和溶液与含洗洁精的饱和碳酸氢钠溶液来反应,这样产生的泡沫为二氧化碳:[5]
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