Question

14．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5.1g）．
（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（选填下图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，炭粉与二氧化锰或氧气和二氧化锰反应产生了这种气体．收集相同体积O₂所需的时间．

Answer 1

分析 （一）（1）②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）根据氧元素在化合物中所占比例计算；
（二）【数据处理及结论】：根据题干中表格中所给的数据进行分析并完成解答；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；
（三）根据实验现象解答即可．

解答 解：（一）（1）②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；
（2）根据氧元素在化合物中所占比例计算，氧元素的质量=12.25g×$\frac{16×3}{39+35.5+16×3}$=4.8g，双氧水的质量=4.8g÷$\frac{16×2}{16×2+2×2}$5.1g；
（二）【数据处理及结论】：（3）测量排出水的体积，装置C正确；
（4）由表格易知双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快；
（5）相同温度下，比较三组实验产生O₂的快慢可采用测相同时间天平读数差值大小；
（6）木条熄灭．将气体通入澄清的石灰水，发现石灰水变浑浊，气体为CO₂；
（7）【假设1】澄清石灰水没有变浑浊，装置内没有CO₂，故假设不成立；
【假设2】澄清石灰水检测进入装置的空气中是否残留有二氧化碳；
【结论】用空气实验可能氧气、二氧化锰和炭粉反应，用氮气替代空气说明二氧化锰与炭粉反应生成二氧化碳．
故答案为：
（一）（1）②测收集相同体积O₂所需的时间
（2）5.1g     
（二）（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）
（三）（6）CO₂
（7）【假设1】不成立
【假设2】澄清石灰水
【结论】二氧化锰或氧气和二氧化锰

点评 本题通过实验探究了二氧化锰在过氧化氢、氯酸钾制氧气中的催化作用，侧重实验能力和分析能力的考查．