Question

1．某校化学兴趣小组的同学利用如图所示装置进行实验．
【实验目的】（1）用高猛酸钾制取一瓶氧气，做细铁丝燃烧的实验．
（2）粗略测定加热2g高锰酸钾所收集到的氧气体积．
【反应原理】（用文字表达式或符号表达式表示）
（1）用高锰酸钾制氧气：高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气或2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）细铁丝在氧气中燃烧：铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁或3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
【装置连接】为达到实验目的（2），各装置的正确连顺序是a→c→b→d（填字母）．
【问题分析】
（1）实验过程中发现B瓶中的水变红了，原因是：试管口没有放一团棉花．
（2）本实验中，试管口要比试管底略低的原因是防止冷凝水倒流到试管底部炸裂瓶底
（3）用收集到的氧气做细铁丝的燃烧实验时，发现瓶底炸裂，发生失误的操作原因可能是：没有在集气瓶的底部加少量水或铺上一层细沙．
【问题分析】实验结束时，乙同学发现收集到的O₂大于理论产量，针对这一现象，同学们进行了如下探究：
【提出猜想】
猜想Ⅰ：反应生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反应生成的K₂MnO₄分解放出O₂．
【实验验证】同学们分为两组，分别进行以下实验：
①第一组同学取一定质量的MnO₂，在250℃条件下加热一段时间，冷却后测得MnO₂的质量不变．则猜想I错误．
②第二组同学取锰酸钾在250℃条件下加热，没有用测定质量的方法得出了猜想Ⅱ正确的结论．该组同学选择的实验方法是把带火星的木条伸入试管，带火星的木条复燃．
拓展延伸
①实验发现，K₂MnO₄受热只能部分分解，经分析可能是生成物K₂O对其分解产生影响．请设计实验方案验证：取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集一瓶气体，收集一瓶氧气所用的时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系．
②[实验反思]通过以上实验探究，你对“问题的发现与解决”有何认识？必须通过认真分析，用实验来加以证明．

Answer 1

分析 反应原理：（1）高锰酸钾制氧气：知其反应物为高锰酸钾，生成物为锰酸钾、二氧化锰、氧气，反应条件为点燃，故可书写文字表达式；（2）细铁丝在氧气中燃烧：知其反应物为铁和氧气，生成物为四氧化三铁，反应条件为点燃，故可书写文字表达式；
装置连接：
为达到实验目的粗略测定加热2g高锰酸钾所收集到的氧气体积，则各装置的正确连接顺序是a→c→b→d；
问题分析：
由图知：（1）装置A试管口缺少一团棉花，会导致KMnO₄进入导管，进入B瓶，使水变红（KMnO₄溶液的颜色）．
（2）试管口要比试管底略低的原因是防止冷凝水倒流到试管底部炸裂瓶底；
（3）可以根据铁丝在氧气中燃烧的实验方面进行分析、判断，从而得出正确的结论．
【实验验证】根据高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气进行分析；
①根据题中的实验现象进行解答；
②根据质量守恒定律，进行分析；
【拓展延伸】根据验证K₂MnO₄受热只能部分分解，可能是生成物氧化钾（K₂O）对其分解产生影响，可以设计对照实验，即取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾，用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集一瓶气体，收集一瓶氧气所用的时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系进行分析；
【实验反思】总结实验的分析和解决过程，然后了解到需认真分析，并根据科学的方法去验证．

解答 解：
反应原理：（1）高锰酸钾制氧气：知其反应物为高锰酸钾，生成物为锰酸钾、二氧化锰、氧气，反应条件为点燃，
故该反应的文字表达式是高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气；反应的方程式为：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）细铁丝在氧气中燃烧：知其反应物为铁和氧气，生成物为四氧化三铁，反应条件为点燃，故该反应的文字表达式是铁+氧气 $\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁；反应的方程式为：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
装置连接：
为达到实验目的粗略测定加热2g高锰酸钾所收集到的氧气体积，则各装置的正确连接顺序是a→c→b→d；
问题分析：
（1）用高锰酸钾制取一瓶氧气，实验过程发现B瓶中水变红了，原因是：试管口没有放一团棉花，导致高锰酸钾粉末进入水中；
（2）试管口要比试管底略低的原因是防止冷凝水倒流到试管底部炸裂瓶底；
（3）铁和氧气反应生成的四氧化三铁，温度很高，若直接和集气瓶底部直接接触，会导致集气瓶底部骤热而炸裂，则应事先在集气瓶中加入少量水或铺上一层细沙．
【实验验证】
探究二中，做出上述猜想的理由是：MnO₂和锰酸钾（K₂MnO₄）两种物质中都含有氧元素；①第一组同学取一定质量的MnO₂，在250℃条件下加热一段时间，冷却后测得MnO₂的质量不变．则猜想I是错误的；
证明猜想Ⅱ正确的方法是：取锰酸钾在250℃条件下加热，用一根带火星的木条伸入试管中，木条复燃，证明放出了氧气，因此猜想Ⅱ正确；
【拓展延伸】要想验证K₂MnO₄受热只能部分分解，可能是生成物氧化钾（K₂O）对其分解产生影响，可以设计对照实验，即取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾，用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集一瓶气体，收集一瓶氧气所用的时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】通过以上实验探究，对“问题的发现与解决”的认识是：必须通过认真分析，用实验来加以证明．
故答案为：
反应原理：（1）高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气或2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；（2）铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁或3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
装置连接：c→b；
问题分析：（1）试管口没有放一团棉花；（2）防止冷凝水倒流到试管底部炸裂瓶底；（3）没有在集气瓶的底部加少量水或铺上一层细沙．
【实验验证】I，把带火星的木条伸入试管，带火星的木条复燃；
【拓展延伸】取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集一瓶气体，收集一瓶氧气所用的时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】必须通过认真分析，用实验来加以证明．

点评 本题考查制取氧气的装置和氧气的性质实验，学生应学会利用物质的性质来分析实验中的意外事故，注意物质的颜色、反应的放热等来解答．