Question

16．氧化剂H₂O₂在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注．
I．某实验小组以H₂O₂分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响．在常温下按照如下表所示的方案完成实验．

实验编号	反应物	催化剂
①	10mL 2% H2O2溶液	无
②	10mL 5% H2O2溶液	无
③	10mL 5% H2O2溶液	1mL 0.1mol•L-1 FeCl3溶液
④	10mL 5% H2O2溶液+少量HCl溶液	1mL 0.1mol•L-1 FeCl3溶液
⑤	10mL 5% H2O2溶液+少量NaOH溶液	1mL 0.1mol•L-1 FeCl3溶液

（1）实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响．
同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论．资料显示，通常条件下H₂O₂稳定，不易分解．为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）（填一种方法即可）．
（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图1所示．
分析该图能够得出的实验结论是碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率．
Ⅱ．资料显示，某些金属离子或金属氧化物对H₂O₂的分解起催化作用．为比较Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图2所示的实验装置进行实验．
（1）某同学通过测定O₂的体积来比较H₂O₂的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O₂的体积或生成单位体积O₂所需要的时间来比较．
（2）0.1g MnO₂粉末加入50mL H₂O₂溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图3所示．请解释化学反应速率变化的原因：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢．请计算H₂O₂的初始物质的量浓度为0.11 mol/L（保留两位有效数字）．
为探究MnO₂在此实验中对H₂O₂的分解起催化作用，需补做下列实验（无需写出具体操作）：a．MnO₂的质量有没有改变；b．MnO₂的化学性质有没有改变．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）实验①和②的浓度不同；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较；
（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，以此来解答；
Ⅱ．（1）实验时可以通过测量单位时间生成O₂的体积或生成单位体积O₂所需要的时间来比较；
（2）随着反应的进行，溶液的浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小；根据图象可以看出H₂O₂完全反应放出60 mL O₂，根据2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑进行计算；根据催化剂在反应前后质量、化学性质不变解答．

解答 解：Ⅰ．（1）实验①和②的浓度不同，则该实验的目的为探究浓度对化学反应速率的影响；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较，则向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中），
故答案为：探究浓度对反应速率的影响；向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）；
（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，结合实验方案可知，碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率，
故答案为：碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率；
Ⅱ．（1）通过测定O₂的体积来比较H₂O₂的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O₂的体积或生成单位体积O₂所需要的时间来比较，
故答案为：单位时间生成O₂的体积；生成单位体积O₂所需要的时间；
（2）浓度越大，反应速率越大，反之越小，随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，则速率逐渐减小；根据图象可以看出H₂O₂完全反应放出60 mL O₂，H₂O₂的分解反应为2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，则：n（H₂O₂）=$\frac{0.06}{22.4}$×2≈0.00536 mol，
所以H₂O₂的初始物质的量浓度为：c（H₂O₂）=$\frac{0.00536}{0.05}$≈0.11 mol/L；
如果反应前后MnO₂的质量有没有改变、MnO₂的化学性质有没有改变，则证明MnO₂在此实验中对H₂O₂的分解起催化作用，
故答案为：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢；0.11 mol/L；MnO₂的质量有没有改变；MnO₂的化学性质有没有改变．

点评 本题考查影响化学反应速率的因素，题目难度中等，试题能够较好的考查学生实验设计、数据处理、图象分析的综合能力，注意掌握温度、浓度、催化剂等因素对化学反应速率的影响．