题目内容
【题目】回归、改进、拓展教材实验,是高考化学实验考查的常见形式。
I.甲组同学在进行《必修二》实验2-5“Fe3+离子在H2O2溶液分解实验中的催化作用”时,进行了以下探究。基于目前学过的元素周期表的相关知识,该小组推测了同为第四周期第VIII族的Fe、Co、Ni可能有相似的催化机理。
【查阅资料】:钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域。其中CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2价)也可用作H2O2分解的催化剂,具有较高的活性。
(1)写出H2O2溶液在Fe3+催化下分解的化学方程式__________________________________。
(2)①该催化剂中铁元素的化合价为 。
②下图表示两种不同方法制得的催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知: 法制取得到的催化剂活性更高,由此推测Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是 。
II.乙组同学在进行《选修四》实验2-2“草酸溶液浓度对酸性高锰酸钾溶液褪色时间的影响”时,发现溶液褪色总是先慢后快,该小组设计了如下过程探究其原因:
【查阅资料】KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应历程为(流程中“III”等为Mn的价态):
【提出假设】假设1:该反应为放热反应
假设2:反应生成的Mn2+ 对该反应有催化作用
假设3:K+ 对该反应有催化作用
【设计、完成实验】
(3)称取 g草酸晶体(H2C2O4·2H2O),配制500 mL 0.10 mol/L H2C2O4溶液。在上述过程中必须用到的2种定量仪器是托盘天平和
(4)完成探究,记录数据
实验 编号 | 烧杯中所加试剂及用量(mL) | 控制条件 | 溶液褪色时间(s) | |||
0.10 mol/L H2C2O4溶液 | 等浓度 KMnO4溶液 | H2O | 0.50 mol/L 稀硫酸 | |||
1 | 30 | 20 | 30 | 20 | 18 | |
2 | 30 | 20 | 30 | 20 | 水浴控制温度65 ℃ | 15 |
3 | 30 | 20 | 30 | 20 | 加入少量MnSO4固体 | 3.6 |
4 | 30 | 20 | x | 20 | 加入5 mL 0.10 mol/L K2SO4溶液 | 18 |
仔细阅读分析表中数据,回答问题:
x = mL,假设__________成立(填“1” 、“2”或“3”)
【答案】(1)2H2O2 2H2O + O2↑
(2)①+3价 ② 微波加热 Co2+ (3)6.3 g 500 mL 容量瓶 (4)25 2
【解析】
试题分析:(1)H2O2溶液在Fe3+催化下分解生成水和氧气,反应的化学方程式为2H2O2 2H2O + O2↑。
(2)①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价,CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2,O为-2价,则Fe的化合价为4×2-(2x+2-2x)÷2=+3;
②过氧化氢的分解速率越大,催化剂活性越高,根据图象可知,x相同时,微波水热法初始速度大于常规水热法,所以微波水热法制得催化剂的活性更高;由图可知,随x值越大,过氧化氢的分解速率越大,而x增大,Co2+的比例增大,所以Co2+的催化活性更高。
(3)(1)n(H2C2O4)= 0.5L ×0.10mol/L=0.05mol,所以m(H2C2O4·2H2O)= 0.05mol×126g/mol=6.3g,因此要称取6.3g草酸晶体(H2C2O4·2H2O),来配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液;因为要称量6.3g固体物质,要配制500mL溶液,所以在上述过程中必须用到的2种定量仪器是托盘天平和500ml容量瓶。
(4)根据表格数据可知:4与3不同之处就是4中含有一定量的K2SO4溶液,其它都应该相同,忽略溶液的体积变化,则x应该是加入25ml的水;根据1、2可知温度对溶液的褪色时间影响并不大,说明假设1不成立;根据1、3可知当溶液中含有少量的Mn2+时反应速率大大加快,说明Mn2+对该反应影响大,是反应的催化剂,假设2成立;根据1、4比较可知K+对该反应无影响,假设3错误。
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