Question

【题目】在老师的指导下，小华和小明利用如图1所示装置对氯酸钾制氧气进行了深入的探究学习。

资料：

①氯酸钾的熔点约为356℃，二氧化锰的分解温度约为535℃。用酒精灯给物质加热，受热物质的温度一般约为400℃左右；

②不同配比是指氯酸钾和二氧化锰混合物中，氯酸钾和二氧化锰的质量比；

③氯酸钾分解时，传感器得到氧气浓度随温度的变化示意图(图2)及不同配比时氧气浓度随温度的变化示意图(图3)如下：

请回答问题：

（1）二氧化锰在535℃以上分解生成四氧化三锰和氧气，其反应方程式为______。

（2）分析图2，氧气的浓度随温度升高逐渐减小，在380℃突然增大的原因是______

氯酸钾分解温度______(填“高于”、“等于”或“低于”)其熔点。

（3）分析图3，氯酸钾分解温度随物质配比变化的规律是______。

步骤	实验操作	实验现象
I	检查气密性
II	分别在“Y”形管两侧支管中加入少量的二氧化锰和氯酸钾塞 紧橡皮塞
III	分别用酒精灯先后加热二氧化锰和氯酸钾，用带火星木条放在 导气管口。	加热左侧支管，可观察到？加热右侧支管，可观察到？
IV	冷却后，将“Y”形管左侧支管中部分二氧化锰混入右侧支管中，振荡“Y”形管，加热，用 带火星木条放在导管口。	加热时间短于步骤III，木条很快复燃。

（4）为证实二氧化锰的催化作用，小华利用如图4装置进行如表所示的实验：请回答：

①完善步骤Ⅲ中的填空：加热左侧支管，可观察到______，加热左侧试管的目的是______。加热右侧支管，可观察到______。

②步骤Ⅳ中，将二氧化锰混入右侧支管有余热的氯酸钾中的操作方法是______。

③小华认为根据步骤Ⅳ的实验现象就能说明二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，但小明不同意她的观点，小明认为还需证明在此反应中二氧化锰的______和______不变。后来在老师的指导下，小华完善了实验方案，最终验证了自己的结论，则氯酸钾制取氧气的化学方程式为______。

Answer 1

【答案】3MnO2Mn3O4＋O2↑ 温度升高，气体膨胀，氧气浓度变小 高于 质量比越小，分解温度越低（或“质量比越大，分解温度越高”） 带火星的木条不复燃 证明在酒精灯加热下 MnO2 不分解 KClO3 融化为液态，带火星的木条复燃 将“Y”形管向右倾斜 质量 化学性质 2KClO32KCl＋3O2↑

【解析】

（1）二氧化锰在535℃以上分解生成四氧化三锰和氧气，其反应方程式为3MnO2 Mn3O4＋O2↑；

（2）实验装置内的空气受热膨胀，会发生逸出，导致装置内的氧气浓度降低，所以在KClO3分解前，氧气的浓度随温度升高逐渐减小，在380℃时装置内原有的含氧气浓度较低的空气被排尽，但氯酸钾分解分解生成氧气，所以装置内氧气的浓度突然增大；通过图中的数据可知氯酸钾的分解温度大约是380℃，以及氯酸钾的熔点是356℃，所以KClO3分解温度高于其熔点；

（3）通过分析图3中氯酸钾的分解数据可知，KClO3分解温度随物质配比变化的规律是质量比越小，分解温度越低（或“质量比越大，分解温度越高”）；

（4）氯酸钾单独受热分解生成的氧气速率较慢，单独加热二氧化锰不会生成氧气，二氧化锰可以加快氯酸钾的分解速率，所以

步骤	实验操作	实验现象
Ⅰ	检查气密性
Ⅱ	分别在“Y”形管两侧支管中加入少量MnO2和KClO3，塞紧橡皮塞。	没有明显现象
Ⅲ	分别先后加热MnO2和KClO3，用带火星木条放在导管口．加热右侧支管后，带火星木条复燃。	木条长时间才能复燃
Ⅳ	冷却后，将“Y”形管左侧支管中部分MnO2混入右侧支管中，振荡“Y”形管，加热，用带火星木条放在导管口。	加热时间短于步骤Ⅲ，木条即复燃

①步骤Ⅲ中加热左侧支管后，带火星木条复燃，带火星的木条不复燃；加热左侧试管的目的是证明在酒精灯加热下 MnO2 不分解。加热右侧支管，可观察到KClO3 融化为液态，带火星的木条复燃 ；
②步骤Ⅳ中，将MnO2混入右侧支管有余热的KClO3中的操作方法是：将Y形管向右倾斜，使二氧化锰进入右边的支管中；
③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做催化剂，所以步骤Ⅳ的实验现象不能说明MnO2是KClO3分解的催化剂，还需证明在此反应中MnO2的质量和化学性质不变；氯酸钾在二氧化锰的作用下分解，生成氧气、氯化钾，反应方程式为2KClO3 2KCl+3O2↑。