觸媒對過氧化氫分解反應之影響 趙益祥、佘瑞琳* 國立臺灣大學化學系*shirlin@ntu.edu.tw n  前言 觸媒（Catalyst）又稱為催化劑，是一種加到反應系統中，可以參與反應以加快反應速率，而本身不被消耗或轉化的物質。觸媒的加入，降低反應的活化能，讓反應在較低的溫度下可快速反應，達到節能的目的，因此在工業製程上有許多的應用，如食用油氫化和重要化工藥品氨的製程等，均需要借助觸媒。觸媒一般分為均相觸媒、異相觸媒及生物觸媒（酶或酵素）三大類，各有作用機制。其中酵素，在生物體內扮演重要角色，所有的生長代謝過程，如醣類代謝、蛋白質合成和分解、遺傳訊息傳遞等，都需要酵素的參與。酵素的催化反應具有高的專一性且好的催化效率，但因酵素一般是由具有特殊立體結構的蛋白質組成，因此受環境酸鹼度和溫度等影響很大1。 本研究利用高中化學和日常生活中常見的雙氧水分解反應，設計一項綜合實驗，讓學生觀察三類觸媒的催化效應與特性並測定分解速率。教師可以依此實驗為藍本，設計科學探究實驗。 n  原理與概念 日常生活中用以消毒傷口的雙氧水，是含有3％H2O2的過氧化氫水溶液。在室溫下久置，過氧化氫會自然分解成水和氧氣，而失去效力，其分解反應如式[1]所示。     [1] 我們可以使用均相觸媒KI水溶液、異相觸媒MnO2固體及生物觸媒催化此分解反應。均相觸媒KI參與分解反應的機制如式[2]和式[3]所示2。異相觸媒MnO2則是讓反應物吸附在接觸面的活性位置，使反應活化能降低，而加快反應。     [2]     [3] 生化反應中的觸媒稱為酶或酵素，多由蛋白質和輔酶所組成，具有特殊的立體結構，對反應受質具有高的專一性，在一般體溫的溫度下就有很好的催化效率。酵素的催化機制，一般以鎖鑰模式來說明，如式[4]所示：酵素（E）的活化中心先與受質（S）結合，形成位能較低的活化複合體（ES），再將受質快速轉變成為產物（P）而脫離酵素。因此當環境的酸鹼度或溫度改變，酵素的立體結構發生變化時，它的催化效率會有極大的變化。 酵素（E）+ 受質（S）® 酵素–受質（ES）® 酵素（E）+ 產物（P）    [4] 本實驗使用過氧化氫水溶液的分解反應，來觀察比較不同相態觸媒的催化效果，並探討影響酵素活性的因素。由於分解反應所產生的氧氣不易透過肉眼觀察，因此在過氧化氫溶液中加入洗碗精以包覆所產生的氧氣，並將反應系統置於量筒中，隨著定量催化劑催化分解反應的進行，量筒中的清潔劑泡沫面也隨的升高，記錄泡沫面高度隨時間的變化，可定量分解反應速率3。 n  藥品、器材與材料 一、藥品 每組用量：二氧化錳0.1~0.3 g、3%過氧化氫35 mL、2.0 M碘化鉀溶液1~3 mL、50%洗碗精2 mL、液態氮5 mL 二、器材與材料 每組用量：線香數支、豬肝1小片、剪刀1支、鑷子1支、錶玻璃1個、蒸發皿1個、燒杯（100 mL）1個、量筒（50 mL）3個、塑膠滴管2支、麻布手套1雙、塑膠盆1個、計時器1個，如相片一所示。   相片一：剪刀和豬肝（上左）、量筒和塑膠盆（上右）、蒸發皿和錶玻璃（下左）、麻布手套和塑膠滴管（下右） 三、藥品配製 l  3%過氧化氫溶液：量取100 mL的30％H2O2加水稀釋到1 L。 l  2.0 M碘化鉀KI：秤33.2 g碘化鉀（KI）溶解稀釋至100 mL。 l  50%洗碗精：量取50 mL的洗碗精加水稀釋到100 mL。 […]