题目内容

由于MnO₂和CuSO₄溶液都能作H₂O₂溶液分解的催化剂，某校化学兴趣小组想探究其他一些金属氧化物和盐溶液是否也可以作H₂O₂溶液分解的催化剂？请你参与他们的探究过程．
（1）[小华的猜想]：Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂．
[小明的猜想]：FeCl₃溶液能作过氧化氢分解的催化剂．
（2）[实验验证]：

	实验步骤	实验现象	实验结论
小华的实验	将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中	木条不复燃
小华的实验		木条复燃	Al₂O₃能加快H₂O₂溶液的分解速率
小明的实验	在一支试管中加入H₂O₂溶液，然后滴入适量的FeCl₃溶液，把带火星的木条伸入试管．		FeCl₃溶液加快H₂O₂溶液的分解速率

（3）[结论]：故Al₂O₃、FeCl₃溶液能作H₂O₂溶液分解的催化剂．
（4）[反思1]：有的同学认为小华的实验，不能完全证明Al₂O₃在H₂O₂溶液分解中起了催化作用．还应补充再探究Al₂O₃ ．
[反思2]：已知FeCl₃在水中可解离出Fe³⁺和Cl^-，同学们提出以下猜想：
甲同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
乙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
丙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你认为最不可能的是同学的猜想，理由是
（5）同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究．请你仔细分析后填表：

实验过程	实验现象	结论
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl，并把带火星的木条伸入试管．	无明显现象
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的，并把带火星的木条伸入试管．

【答案】分析：（2）[实验验证]小华的实验中没加氧化铝之前木条没有复燃，说明过氧化氢的分解速率较慢，而加入氧化铝后木条复燃，说明过氧化氢的分解速率加快；根据小明的实验结论可以判断氯化铁溶液起到了催化剂的作用，可以据此解答该题；
（4）根据催化剂的定义来完成解答；根据过氧化氢溶液中含有水，分析最不可能的猜想；
（5）对于实验过程1可以根据实验的现象分析结论；
实验过程2为了验证Fe³⁺对的H₂O₂的催化分解，可向H₂O₂溶液中加入少量的Fe（NO₃）₃溶液；然后根据实验的现象分析结论即可．
解答：解：（2）[实验验证]小华的实验是探究Al₂O₃对过氧化氢分解速率的影响．实验1的步骤是：将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中，带火星的木条不复燃，可见常温下过氧化氢分解速率很慢．然后在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量Al₂O₃，带火星的木条复燃，可见，Al₂O₃能加快过氧化氢的分解速率．
小明的实验是验证FeCl₃溶液对过氧化氢分解速率的影响，通过实验结论可以知道，氯化铁溶液加快了过氧化氢的分解速率；
（4）根据催化剂的定义可以知道，若证明一种物质为催化剂，除了验证能否改变其他物质的反应速度外，还得验证其质量和化学性质也没有发生改变；
[反思2]：由过氧化氢溶液中含有水可知，最不可能的是甲同学的猜想，理由是过氧化氢溶液中有水；
（5）由向H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl溶液，不能使带火星的木条复燃可知，FeCl₃溶液中的Cl^-不能催化分解H₂O₂；
为了验证Fe³⁺对H₂O₂的催化分解，另向盛有5mL、15%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的Fe（NO₃）₃溶液；试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃；对应结论：起催化作用的是Fe³⁺；
故答案为：（2）[实验验证]：

	实验步骤	实验现象	实验结论
小华的实验	将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中	木条不复燃	常温下过氧化氢分解速率很慢
小华的实验	装有过氧化氢溶液的试管中加入少量Al₂O₃ 然后将带火星的木条伸入试管中	木条复燃	Al₂O₃能加快H₂O₂溶液的分解速率
小明的实验	在一支试管中加入H₂O₂溶液，然后滴入适量的FeCl₃溶液，把带火星的木条伸入试管．	迅速产生大量气泡木条复燃	FeCl₃溶液加快H₂O₂溶液的分解速率

（4）质量和化学性质也没有发生改变；
[反思2]：甲；过氧化氢溶液中有水；
（5）

实验过程	实验现象	结论
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl，并把带火星的木条伸入试管．	无明显现象	Cl^-不能催化分解H₂O₂
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的 Fe（NO₃）₃溶液，并把带火星的木条伸入试管．	试管中有大量气泡产生带火星的木条复燃	起催化作用的是Fe³⁺

点评：催化剂的特点可以概括为“一变二不变”，一变是能够改变化学反应速率，二不变是指质量和化学性质在化学反应前后保持不变．要探究一种物质能否作为化学反应的催化剂，必须同时具备上述特点．

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	实验步骤	实验现象	实验结论
小华的实验	将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中	木条不复燃	常温下过氧化氢分解速率很慢常温下过氧化氢分解速率很慢
小华的实验	装有过氧化氢溶液的试管中加入少量Al₂O₃ 装有过氧化氢溶液的试管中加入少量Al₂O₃ 然后将带火星的木条伸入试管中然后将带火星的木条伸入试管中	木条复燃	Al₂O₃能加快H₂O₂溶液的分解速率
小明的实验	在一支试管中加入H₂O₂溶液，然后滴入适量的FeCl₃溶液，把带火星的木条伸入试管．	迅速产生大量气泡迅速产生大量气泡带火星的木条复燃带火星的木条复燃	FeCl₃溶液加快H₂O₂溶液的分解速率

（3）[结论]：故Al₂O₃、FeCl₃溶液能作H₂O₂溶液分解的催化剂．
（4）[反思1]：有的同学认为小华的实验，不能完全证明Al₂O₃在H₂O₂溶液分解中起了催化作用．还应补充再探究Al₂O₃

质量和化学性质也没有发生改变

．
[反思2]：已知FeCl₃在水中可解离出Fe³⁺和Cl^-，同学们提出以下猜想：
甲同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
乙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
丙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你认为最不可能的是

甲

同学的猜想，理由是

过氧化氢溶液中有水

（5）同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究．请你仔细分析后填表：

实验过程	实验现象	结论
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl，并把带火星的木条伸入试管．	无明显现象	Cl^-不能催化分解H₂O₂ Cl^-不能催化分解H₂O₂
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的 Fe（NO₃）₃溶液 Fe（NO₃）₃溶液，并把带火星的木条伸入试管．	试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃	起催化作用的是Fe³⁺ 起催化作用的是Fe³⁺

在我校实验室实施的扬州市2011年中考化学实验操作考查刚刚落下帷幕．实验考查中H₂O₂分解制氧气为何不采用MnO₂作催化剂？同学们为之展开了探究．
I、他们首先配制实验所需的50mL、6%的H₂O₂溶液．
[配制溶液]
现有一瓶新购置的双氧水，标签如图所示．
（1）若用这瓶双氧水来配置6%的医用双氧水1500g，需要这种双氧水的质量是多少克？
（2）另有一瓶5个月前购进的相同规格的双氧水，经检测，已缓慢分解放出了9.6g氧气，求现在剩余的该瓶溶液中溶质的质量分数．
II、然后同学们又比较了各催化剂在室温下对50mL、6%的H₂O₂溶液分解反应的催化作用情况．
[实验记录]各催化剂对50mL、6%的H₂O₂溶液分解反应的催化作用情况（室温22℃）

催化剂及用量	O₂ 平均产量	制氧所需时间	成本	反应情况
MnO₂1.0g	919mL	10′03″	0.11元	分解先快后慢
10%FeCl₃溶液5滴	985mL	4′50″	0.02元	均匀产生O2
15%CuSO₄溶液5滴	955mL	4′57″	0.03元	均匀产生O2

[实验分析]由表中数据及实验体验可以得出，MnO₂ 催化分解H₂O₂制氧气有两点不足，①开始反应速率过快，氧气产生后，发生装置内压强骤然增大，使用分液漏斗滴液往往受阻，收集氧气排水或排空气时稍微耽搁，就会有不少O₂ 逸失，到收集最后一瓶O₂反应变慢，耗时太长．②

MnO₂用量多，成本高

．
[提出问题]同学们认为用FeCl₃溶液作催化剂效果最好．但FeCl₃溶液为何能催化分解H₂O₂？
[实验猜想]已知FeCl₃在水中可解离出Fe³⁺ 和Cl^-，同学们提出以下猜想：
甲同学的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
乙同学的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
丙同学的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你认为最不可能的是

甲

同学的猜想，理由是

过氧化氢溶液中有水

．
同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究，请你仔细分析后填空：
[实验过程1]向盛有5mL、6% H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl溶液，并把带火星的木条伸入试管．
[实验现象1]无明显现象．对应结论：

FeCl₃溶液中的Cl^-不能催化分解H₂O₂

．
[实验过程2]另向盛有5mL、6%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的

Fe（NO₃）₃溶液

，并再次把带火星的木条伸入试管．
[实验现象2]

试管中有大量气泡产生，带火星的木条复燃

．
对应结论：

起催化作用的是Fe³⁺

．
[拓展研究]
同学们还比较了FeCl₃和CuSO₄两种盐对H₂O₂分解的催化效果，他们分成甲、乙两组，分别设计了如图一、图二所示的实验并进行了实验．（设两种盐溶液的浓度等条件相同）

（1）指出仪器名称：A

分液漏斗

锥形瓶

（2）写出以FeCl₃为催化剂的反应的化学方程式

2H₂O₂

FeCl3

2H₂O+O₂↑

2H₂O₂

FeCl3

2H₂O+O₂↑

．
（3）图一可通过观察

反应产生气泡快慢

来定性比较得出结论．有同学提出将药品CuSO₄改为CuCl₂更为合理，其理由是

将FeCl₃改为Fe₂（SO₄）₃

（填“打开”或“关闭”）仪器A的活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，观察到活塞又回到了原位，则说明装置气密性

良好

（填“良好”或“不好”）．该组同学利用图二所示实验需测量的数据是

（填序号：A．一定时间内收集到的气体体积 B．收集一定体积的气体所需双氧水的质量）．
研究小组还对溶液浓度、温度等实验条件进行了探究．下表选取了部分实验数据：
用足量等体积H₂O₂溶液制取相同体积O₂所需的时间

浓度时间（min）条件	30% H₂O₂	15% H₂O₂	5% H₂O₂
加入a g MnO₂	0.2	0.8	2.0

[交流讨论]从上表中还能得出的结论是：

H₂O₂溶液的质量分数越大产生氧气的速率越快

．

由于MnO₂和CuSO₄溶液都能作H₂O₂溶液分解的催化剂，某校化学兴趣小组想探究其他一些金属氧化物和盐溶液是否也可以作H₂O₂溶液分解的催化剂？请你参与他们的探究过程．
（1）[小华的猜想]：Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂．
[小明的猜想]：FeCl₃溶液能作过氧化氢分解的催化剂．
（2）[实验验证]：
实验步骤实验现象实验结论
小华的实验将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中木条不复燃

木条复燃 Al₂O₃能加快H₂O₂溶液的分解速率
小明的实验在一支试管中加入H₂O₂溶液，然后滴入适量的FeCl₃溶液，把带火星的木条伸入试管．
FeCl₃溶液加快H₂O₂溶液的分解速率
（3）[结论]：故Al₂O₃、FeCl₃溶液能作H₂O₂溶液分解的催化剂．
（4）[反思1]：有的同学认为小华的实验，不能完全证明Al₂O₃在H₂O₂溶液分解中起了催化作用．还应补充再探究Al₂O₃．
[反思2]：已知FeCl₃在水中可解离出Fe³⁺和Cl^-，同学们提出以下猜想：
甲同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
乙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
丙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你认为最不可能的是同学的猜想，理由是
（5）同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究．请你仔细分析后填表：
　　　实验过程实验现象结论
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量
的HCl，并把带火星的木条伸入试管．无明显现象
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量
的，并把带火星的木条伸入试管．

由于MnO₂和CuSO₄溶液都能作H₂O₂溶液分解的催化剂，某校化学兴趣小组想探究其他一些金属氧化物和盐溶液是否也可以作H₂O₂溶液分解的催化剂？请你参与他们的探究过程。

（1）[小华的猜想]：Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂。

[小明的猜想]：FeCl₃溶液能作过氧化氢分解的催化剂。

（2）[实验验证]：

	实验步骤	实验现象	实验结论
小华的实验	将带火星的木条伸入装有过氧化氢溶液的试管中	木条不复燃
小华的实验		木条复燃	Al₂O₃能加快H₂O₂溶液的分解速率
小明的实验	在一支试管中加入H₂O₂溶液，然后滴入适量的FeCl₃溶液，把带火星的木条伸入试管。		FeCl₃溶液加快H₂O₂溶液的分解速率

（3）[结论]：故Al₂O₃、FeCl₃溶液能作H₂O₂溶液分解的催化剂。

（4）[反思1]：有的同学认为小华的实验，不能完全证明Al₂O₃在H₂O₂溶液分解中起了催化作用。还应补充再探究Al₂O₃ 。

[反思2]：已知FeCl₃在水中可解离出Fe³⁺和Cl^-，同学们提出以下猜想：

甲同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；

乙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；

丙同学的猜想是；真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；

你认为最不可能的是同学的猜想，理由是

（5）同学们对余下的两个猜想，用实验进行了探究。请你仔细分析后填表：

实验过程

实验现象

结论

向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量

的HCl，并把带火星的木条伸入试管。

无明显现象

向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量

的，并把带火星的木条伸入试管。

实验过程	实验现象	结论
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的HCl，并把带火星的木条伸入试管．	无明显现象	______
向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的试管中加入少量的______，并把带火星的木条伸入试管．	______	______

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