Question

1．催化剂在生产和科技领域起到重大作用．为比较Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验．请回答相关问题：

（1）定性分析：如图甲可通过观察产生气泡的快慢，定性比较得出结论．同学X观察甲中两支试管产生气泡的快慢，由此得出Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，其结论不合理（填“合理”或“不合理”），理由是阴离子种类不同．
（2）定量分析：如图乙所示，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略．实验中需要测量的数据是产生40mL气体所需的时间．
（3）加入0.10mol MnO₂粉末于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丙所示．
①实验时放出气体的总体积是60mL．
②放出1/3气体所需时间为1 min．
③计算H₂O₂的初始物质的量浓度0.11 mol•L^-1． （请保留两位有效数字）
④A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为D＞C＞B＞A．
⑤解释④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．

Answer 1

分析 （1）比较反应速率的大小可通过生成气泡的快慢来判断，比较金属阳离子的催化效果要排斥阴离子的干扰；
（2）收集的气体的体积相同，若比较反应速率快慢，需要知道生成40mL气体所需的时间；
（3）①根据图象确定生成氧气的体积；
②根据图象确定反应需要的时间；
③根据氧气的量计算双氧水的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算双氧水的物质的量浓度；
④根据v=$\frac{△c}{△t}$比较A、B、C、D各点反应速率快慢；
⑤物质的浓度与反应速率成正比，浓度减小，反应速率减小．

解答 解：（1）如图甲可通过观察产生气泡的快慢，定性比较得出催化剂的催化效果；催化剂能改变化学反应的速率，这里是加快速率，若图1所示实验中反应速率为①＞②，则一定说明氯化铁比硫酸铜催化效果好，因二者所含的阴离子不同，要证明Fe³⁺比Cu²⁺对H₂O₂分解催化效果好，还要使选择的试剂中阴离子种类相同，所以得出Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，所以其结论不合理，
故答案为：产生气泡的快慢；不合理； 阴离子种类不同；
（2）如图乙所示，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略，如果比较反应速率快慢，则实验中需要测量的数据为：产生40mL气体所需的时间，反应时间越短，则反应速率越快，
故答案为：产生40mL气体所需的时间；
（3）①根据图象知，第4分钟时，随着时间的推移，气体体积不变，所以实验时放出气体的总体积是60 mL，故答案为：60；
②放出 $\frac{1}{3}$气体体积是60 mL×$\frac{1}{2}$=20mL，根据图象知，需要的时间是1min，故答案为：1；
③设双氧水的物质的量为x，
2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
2mol            22.4L
x                0.06L
x=$\frac{2mol×0.06L}{22.4L}$=0.0054mol，
所以其物质的量浓度=$\frac{0.0054mol}{0.05L}$=0.11 mol•L^-1，
故答案为：0.11 mol•L^-1；
④根据图象结合v=$\frac{△c}{△t}$知，A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为：D＞C＞B＞A，
故答案为：D＞C＞B＞A；
⑤反应速率与反应物浓度成正比，随着反应的进行，反应物浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小，
故答案为：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢．

点评 本题考查探究催化剂、浓度等对反应速率的影响的实验方案设计，试题涉及的题量稍大，根据v=$\frac{△c}{△t}$来设计实验，通过得到气体的体积和时间的关系确定影响反应速率的因素，题目难度中等．