Question

18．选用适当的催化剂是改变反应速率常用的有效方法之一．某实验小组以H₂O₂分解为例，探究Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果．
仪器任选．限选试剂：5% H₂O₂溶液、胆矾晶体、0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液、0.1mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液、0.1mol/L Na₂SO₄溶液、蒸馏水．
Ⅰ．配制100mL 0.1 mol/LCuSO₄溶液
（1）需用托盘天平称取2.5g胆矾晶体，溶解胆矾晶体时需要的玻璃仪器是烧杯和玻璃棒．
（2）如图是实验小组配制100mL 0.1mol/LCuSO₄溶液过程中定容操作的示意图，该操作的错误之处未用胶头滴管定容、定容时应平视液面．

（3）若其他操作均正确，按照图示观察方法定容，所配溶液浓度偏高．（填“偏高”或“偏低”）


Ⅱ．探究Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果
实验小组用右下图所示装置，选取相关试剂，设计并进行以下实验．忽略其他因素的影响，实验中相关数据记录如下表：

实验序号	5% H2O2溶液的体积（mL）	选用试剂	选用试剂体积（mL）	收集V mL O2所需时间（min）
①	10	蒸馏水	5	m
②	10	0.1mol/L CuSO4	v1	n
③	10	试剂M	5	p
④	10	0.1mol/L Na2SO4	5	m

（4）除上述装置中的仪器及量筒外，还要用到的计量工具是秒表．为确保实验的准确性，实验前需检查该装置的气密性，操作是关闭分液漏斗活塞，向右端滴定管中加水，如果一段时间后，滴定管中液面不再下降，说明气密性良好．．
（5）实验①④的主要目的是排除SO₄^2-对双氧水分解速率的影响．
（6）实验②中选用试剂的体积v₁=5mL．
（7）实验③中选用的试剂M是0.05mol/LFe₂（SO₄）₃溶液；若正确选用试剂进行实验，测得收集V mL O₂所需时间m＞n＞p，由此得出的实验结论是Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解均有催化作用，但Fe³⁺的催化效果更好．

Answer 1

分析 I．（1）求出所需的硫酸铜的物质的量，然后根据1mol胆矾～1mol硫酸铜来计算所需的胆矾的物质的量和质量；溶解固体时用烧杯和玻璃棒；
（2）定容时，开始直接向容量瓶中倒水，后来改用胶头滴管逐滴滴入；定容时应平视；
（3）定容时俯视液面，会导致溶液体积偏小；
II．根据实验目的是探究Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，故根据控制变量的原则可知，应保持其它影响因素一致．且从实验装置可知，要通过测量生成相同体积的气体所需要的时间来判断分解速率的快慢．
将实验①②③做
（4）本实验是要通过测量生成相同体积的气体所需要的时间来判断分解速率的快慢，据此分析所需的计量工具；若气密性良好，则滴定管中的液面一段时间后不再下降；
（5）实验①④的不同是④中加入了SO₄^2-，据此分析；
（6）实验②的目的是为了探究Cu²⁺对H₂O₂分解速率的影响，根据控制变量法来分析；
（7）实验③中选用的试剂M中应含Fe³⁺，还应保持其它影响因素一致，据此分析M；测得收集V mL O₂所需时间m＞n＞p，所需时间越长，则催化效率越低，据此分析．

解答 解：I．（1）配制0.1mol/L100mL的硫酸铜溶液所需的硫酸铜的物质的量n=CV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，而1mol胆矾能提供1mol硫酸铜，故所需胆矾的物质的量为0.01mol，故所需的胆矾的质量m=nM=0.01mol×250g/mol=2.5g；溶解固体时用烧杯和玻璃棒．故答案为：2.5g，烧杯和玻璃棒；
（2）定容时，开始直接向容量瓶中倒水，后来改用胶头滴管逐滴滴入；定容时应平视，否则所配溶液的体积不准，故答案为：未用胶头滴管定容；定容时应平视液面；
（3）定容时俯视液面，会导致溶液体积偏小，则溶液浓度偏高，故答案为：偏高；
II．（4）本实验是要通过测量生成相同体积的气体所需要的时间来判断分解速率的快慢，故所需的计量工具还有秒表；检查装置的气密性时，要关闭分液漏斗活塞，向右端滴定管中加水，如果一段时间后，滴定管中液面不再下降，说明气密性良好，故答案为：秒表；关闭分液漏斗活塞，向右端滴定管中加水，如果一段时间后，滴定管中液面不再下降，说明气密性良好；
（5）实验①④的不同是④中引入了SO₄^2-，故通过④和①的对比，可以排除SO₄^2-对双氧水分解速率的影响，故答案为：排除SO₄^2-对双氧水分解速率的影响；
（6）通过①和②的对比，实验②可以探究Cu²⁺对H₂O₂分解速率的影响，根据控制变量法，故应保持其他因素一致，故选用试剂的体积v₁也应为5mL，故答案为：5；
（7）实验③中选用的试剂M中应含Fe³⁺，还应保持其它影响因素一致，而0.1mol/L CuSO₄中Cu²⁺的浓度为0.1mol/L，则M中Fe³⁺的浓度也应为0.1mol/L，故应选用0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液；测得收集V mL O₂所需时间m＞n＞p，所需时间越长，则催化效率越低，故可以得出的结论为Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解均有催化作用，但Fe³⁺的催化效果更好，故答案为：0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液；Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解均有催化作用，但Fe³⁺的催化效果更好．

点评 本题考查了配制一定物质的量浓度溶液的方法和探究催化剂对反应速率的影响，根据控制变量法来分析，综合性较强，难度较大．