题目内容
【题目】某化学兴趣小组对氯酸钾制取氧气的催化剂展开探究。请回答下列问题:
探究一:二氧化锰粒径大小对催化效果的影响
取两份等质量氯酸钾，分别加入等质量、粒径大小不同的二氧化锰进行加热，用传感器测得固体残留率(反应后剩余固体质量与反应前固体质量之比)如右图:
(1)二氧化锰作催化剂，加热氯酸钾制取氧气的化学方程式为_____________。
(2)查阅资料得知，发生反应的温度越低，催化效果越好。分析上图,对氯酸钾分解催化效果更好的是_____________。催化效果更好的原因可能是_____________。
探究二:催化剂用量及催化剂种类对催化效果的影响
同学们设计如下实验方案:
编号 | 氯酸钾质量/g | 催化剂 | 催化剂质量/g | 收集VmL氧气 所需时间/s |
实验1 | 5 | 171 | ||
实验2 | 5 | 二氧化锰 | 0.25 | 79 |
实验3 | 5 | 二氧化锰 | 0.5 | 49 |
实验4 | 5 | 二氧化锰 | 2.5 | 93 |
实验5 | 5 | 氧化铁 | 0.5 | 58 |
实验6 | 5 | 氯化钾 | 0.5 | 154 |
(3)表中所列三种催化剂中，催化效果最好的是_____________。
(4)二氧化锰与氯酸钾的质量比为_____________时，催化效果最好。
(5)氯化钾_____________(填“有”或“无”)催化作用。维持加热条件不变，用实验1再继续收集VmL氧气，所需时间明显少于171s,原因是_____________。
探究三:二氧化锰质量在反应前后的变化
同学们发现每次用氯酸钾和二氧化锰制取氧气结束后，在拆卸装置时总能闻到刺激性气味。他们将加热后剩余固体中的二氧化锰分离并测量其质量，发现总小于加热前二氧化锰的质量。查阅资料后发现，一般认为加热氯酸钾和二氧化锰混合物的反应过程如下:
第1步: 
(其中Cl2有刺激性气味)
第2步: 
第3步: 
(6)第3步反应中锰元素化合价变化为_____→________。
(7)反应后剩余固体中二氧化锰质量小于反应前的质量，原因可能是_____________。
【答案】
纳米二氧化锰 等质量的催化剂，纳米二氧化锰的粒径更小，颗粒更多，与氯酸钾的接触面积大，催化效果更好 二氧化锰 1:10 有 生成的氯化钾加快了反应速率 +6 +4 少量的氯气随着氧气排出，使得第3步反应没有发生完全
【解析】
（1）氯酸钾在二氧化锰做催化剂条件下加热生成氯化钾和氧气，反应的方程式为：2KClO3
2KCl+3O2↑。故填：2KClO3 2KCl+3O2↑；
(2)查阅资料得知，发生反应的温度越低，催化效果越好。分析上图,对氯酸钾分解催化效果更好的是纳米二氧化锰。催化效果更好的原因可能是等质量的催化剂，纳米二氧化锰的粒径更小，颗粒更多，与氯酸钾的接触面积大，催化效果更好。
故填：纳米二氧化锰；等质量的催化剂，纳米二氧化锰的粒径更小，颗粒更多，与氯酸钾的接触面积大，催化效果更好；
(3)表中所列三种催化剂中，催化效果最好的是二氧化锰。故填：二氧化锰；
(4)当氯酸钾质量为5g，二氧化锰质量为0.5g时，催化效果最好，此时二氧化锰与氯酸钾的质量比为1:10。故填：1:10；
(5)使用氯化钾后，生成VmL氧气的时间比没有加其他物质的氯酸钾生成VmL氧气的时间短，故氯化钾有催化作用。维持加热条件不变，用实验1再继续收集VmL氧气，所需时间明显少于171s,原因是：生成的氯化钾加快了反应速率。
故填：有；生成的氯化钾加快了反应速率；
(6)第3步反应前锰酸钾的锰元素化合价为+6价，反应后生成的二氧化锰中锰元素化合价为+4。故填：+6；+4；
(7)反应后剩余固体中二氧化锰质量小于反应前的质量，原因可能是：少量的氯气随着氧气排出，使得第3步反应没有发生完全。故填：少量的氯气随着氧气排出，使得第3步反应没有发生完全。
