Question

18．北塘化学兴趣小组同学对实验室制备氧气的若干问题进行如下实验探究．
（一）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，A小组设计了以下对比实验：
a．将12.25g KClO₃与5.0g MnO₂均匀混合加热
b．将12.25g KClO₃与5.0g CuO均匀混合加热
（1）在相同温度下，比较两组实验产生O₂的快慢．通常采用的方法有：
①测相同时间内产生O₂的体积；   ②测收集相同体积O₂所需的时间．
（2）试计算：12.25g KClO₃中所含氧元素质量与多少克过氧化氢中所含氧元素的质量相等？（请写出计算过程）．
（二）为探究影响双氧水分解速度的某种因素，B小组记录了如下实验数据：

	双氧水的质量	双氧水的浓度	MnO2的质量	相同时间内产生O2的体积
I	50.0g	1%	0.1g	9mL
Ⅱ	50.0g	2%	0.1g	16mL
Ⅲ	50.0g	4%	0.1g	31mL

【数据处理及结论】
（3）本实验中，测量O₂体积的装置是C （选填如图1中的装置编号）．

（4）实验结论：在相同条件下，双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快．
（5）C小组用如图2装置进行实验，通过比较相同时间天平读数差值大小也能达到实验目的．
（三）D小组在加热二氧化锰样品时，发现有气泡产生（如图3），于是他们对这个异常现象进行了探究．
（6）对气体成分的探究：加热二氧化锰样品，用燃着的木条靠近试管口，木条熄灭．将气体通入澄清的石灰水，发现石灰水变浑浊，产生的气体是CO₂．
（7）对气体来源的探究：
【假设1】甲同学认为：该气体来自于试管中的空气，请你设计实验证明该假设是否成立．

实验步骤及现象	结论
按图3装置，加热空的试管，另一端的澄清石灰水没有变浑浊	假设不成立（填“成立”或“不成立”）．

【假设2】乙同学认为：二氧化锰样品中可能混有炭粉，炭粉发生反应生成了该气体．他通过查阅资料得知：氢氧化钠溶液会与该气体反应，从而可吸收该气体．于是他设计了如图4所示的装置进行实验，其中B装置的作用是检验A中的反应是否完全，则B中的试剂是澄清石灰水，实验中观察到D处澄清石灰水变浑浊．他又用氮气代替空气（氮气不参与该实验中的任何反应），重复上述实验，发现D处澄清的石灰水也变浑浊．
【结论】通过乙同学的实验证明，二氧化锰中混有炭粉，炭粉与二氧化锰反应产生了这种气体．

Answer 1

分析 （1）根据在相同温度下，比较两组实验产生O₂的快慢可采用测相同时间内产生O₂的体积或收集相同体积O₂所需的时间进行解答；
（2）根据化合物中某元素的质量=该化合物的质量×该元素的质量分数，进行分析解答．
（3）根据气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水、表中实验数据和生成氧气所以敞口的容器中剩余物质的质量减轻分析．
（4）实验结论：根据题干中表格中所给的数据进行分析并完成解答；
（5）根据比较相同时间天平读数差值大小（或电子称上示数减小的速度）也能达到实验目的进行解答；
（6）根据二氧化碳的检验方法来考虑；
（7）利用空气来做一个对比实验；根据图二的思路可知先排除空气中二氧化碳的干扰，再验证是否有二氧化碳生成．据此分析解答即可

解答 解：（1）在相同温度下，比较两组实验产生O₂的快慢可采用测相同时间内产生O₂的体积或收集相同体积O₂所需的时间；
（2）设所需过氧化氢的质量为x，则x×$\frac{32}{34}$×100%=12.25g×$\frac{48}{122.5}$×100%，x=5.1g．
（3）气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水、表中实验数据和生成氧气所以敞口的容器中剩余物质的质量减轻，所以本实验中，测量O₂体积的装置是C．
（4）实验结论：从表中实验数据可知双氧水浓度越大，分解得越快；
（5）根据比较相同时间天平读数差值大小（或电子称上示数减小的速度）也能达到实验目的；
（6）根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的特性，可知气体是二氧化碳；
（7）加热空的试管，另一端的澄清石灰水没有变浑浊，说明气体不是来自于空气；
图二中A是除去空气中的二氧化碳，可以用氢氧化钠溶液，B是验证二氧化碳是否被除净；如果D中石灰水变浑浊，说明乙同学的假设成立，从而得到碳粉与二氧化锰反应生成了二氧化碳；
故答案为：
（1）测收集相同体积O₂所需的时间
（2）5.1g    
（3）C
（4）双氧水浓度越大
（5）相同时间天平读数差值大小（或电子天平上示数减小的速度或电子天平的读数不再发生变化时，所需要的时间）
（6）CO₂
（7）【假设1】不成立
【假设2】澄清石灰水
【结论】二氧化锰

点评 此题是一道实验探究题，其实验的设计思路是进行对比实验，解题时只要通过实验现象的分析结合对比实验的结论就能对问题进行正确的解答．