Question

12．催化剂在科研、医药生产和电子工业等前沿领域有着广泛应用．

【实验1】验证二氧化锰是过氧化氢分解反应的催化剂
某同学设计如下实验：分别取5mL5%的过氧化氢溶液于两支试管中，向B中试管内加入少量二氧化锰（如图1所示）．A中带火星的木条不复燃，B中带火星的木条复燃．
A中木条不复燃的原因是氧气的浓度不够或没有氧气产生，B中反应的化学方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
有同学认为上述实验方案不足以证明二氧化锰是该反应的催化剂，理由是不能证明二氧化锰在反应前后的质量和化学性质没有改变．
【实验2】为探究二氧化锰对氯酸钾分解的催化作用．在相同条件下，同学们按下表进行实验，并记录相关数据．（其他影响实验的因素均相同）

编号	KC103 质量/g	其他物质质量/g	待测数据
实验1	2.0	/
实验2	a	Mn02 0.5

①表中a的数值应是2.0；
②表中的待测数据指D（填字母序号）．
A．氧气的质量          B．反应后固体的质量
C．氧气的体积          D．单位时间内产生氧气的体积
 ③设计“实验1”的目的是对比．
【拓展】
（1）同学们继续探究二氧化锰是否参与了氯酸钾的分解反应．
氯酸钾和二氧化锰混合加热的化学方程式为：2KClO₃$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KC1+30₂↑．已知氯酸钾与二氧化锰混合加热时连续发生如下反应，试分析后按要求填空．
（I）2KC10₃+2Mn0₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KMn0₄+Cl₂↑+0₂↑；
（Ⅱ）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑（用化学方程式表示）；
（Ⅲ）K₂Mn0₄+Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KCl+Mn0₂+0₂↑．
通过以上分析，同学们得出结论：二氧化锰参与了氯酸钾的分解反应．
（2）氟利昂释放出的氯原子参与了臭氧层的破坏，其他微观示意图如图2，综合图中①②③的反应过程，写出臭氧层被破坏的化学方程式：2O₃$\frac{\underline{\;\;\;CL\;\;\;}}{日光}$3O₂．

Answer 1

分析 【实验1】根据过氧化氢不加催化剂也能分解，但反应速度慢，二氧化锰能加快过氧化氢，根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写即可；
【实验2】设计实验1是为了只加热氯酸钾测定产生氧气的时间和体积量；实验2是为了测定加入二氧化锰后的同等质量的氯酸钾加热反应，生成氧气的速度及体积量，然后进行对比说明二氧化锰在反应中所起的作用．
【拓展】
（1）II高锰酸钾在产物中没有出现，综合I、II可以看出是发生了分解反应．
（2）综合图示以及该反应的过程，关键是找反应物生成物以及条件，进而完成．

解答 解：【实验1】双氧水在常温下能分解，但反应速度慢，A中木条不复燃的原因是氧气的浓度不够或没有氧气产生；过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，反应的化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
故答案为：氧气的浓度不够或没有氧气产生；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；不能证明二氧化锰在反应前后的质量和化学性质没有改变；
【实验2】为探究二氧化锰对氯酸钾分解所起的作用．在相同条件下表中a的数值应是2.0g，这样才能和实验1只加热氯酸钾测定产生氧气的时间和体积量进行对比；②表中的待测数据指单位时间内产生氧气的体积，从而明确二氧化锰在反应中加快化学反应速率所起的催化作用．
故答案为：①2.0；②D；③对比；
【拓展】
（1）II高锰酸钾在产物中没有出现，综合I、II可以看出该反应的反应物是高锰酸钾，产物是锰酸钾，也就是发生了分解反应．
（2）由微观示意图可以看出，反应物是臭氧生成物是氧气，条件是氯原子及日光，以此解决问题．
故答案为：（1）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；（2）2O₃$\frac{\underline{\;\;\;CL\;\;\;}}{日光}$3O₂．

点评 此题是对催化剂知识的探讨，解题的关键是利用相关的信息对催化剂的反应机理有一定的认识，是一道训练学生思维的开放性习题．