Question

17．某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究实验．
【提出问题】①氧化铜是否也能作氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果更好？
设计并完成实验】
Ⅰ．将3.0g氯酸钾放在试管中加热
Ⅱ．将3.0g氯酸钾与1.0g二氧化锰均匀混合加热
Ⅲ．将x g氯酸钾与1.0g氯化铜均匀混合加热
【实验现象分析】
Ⅲ中x的值应为3.0g，将实验Ⅰ和Ⅲ比较可证明CuO能否改变KClO₃分解的速率，将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，若称量得到1.0g黑色粉末，再将黑色粉末和xg氯酸钾混合加热，现象与实验Ⅲ相同，此步骤是为了证明氧化铜在该化学反应前后质量和化学性质都不变．
【结论】氧化铜还能作氯酸钾分解的催化剂，请写出实验Ⅲ中的化学反应文字表达式氯酸钾$→_{加热}^{氧化铜}$氯化钾+氧气
【实验反思】实验Ⅱ和Ⅲ对比是为了证明CuO对KClO₃的催化效果是否比MnO₂更好
【提出问题】②双氧水分解速度还和什么因素有关
【设计并完成实验】

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

本实验中，测量O₂体积的装置是C（填编号）


【结论】在相同条件下，双氧水的浓度越大，双氧水分解得越快．“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”，以及“寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣．
【提出问题】氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂？如果能，其催化效果如何？
【实验探究】

实验步骤	实验现象
Ⅰ．分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中，向A试管中加入ag氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星木条，观察现象．	A试管中产生气泡，带火星木条复燃，B试管中无明显现象
Ⅱ．待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，如此反复多次试验，观察现象．	试管中均产生气泡，带火星木条均复燃
Ⅲ．将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为ag．
Ⅳ．分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入ag氧化铁粉末，向D试管中加入ag二氧化锰粉末，观察现象．

【实验结论】
（1）A中产生的气体是氧气；
（2）实验Ⅱ、Ⅲ证明：氧化铁的质量和化学性质在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；
（3）写出氧化铁催化过氧化氢分解的化学方程式2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}O_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
【实验评价】
（1）实验设计 IV的目的是氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
（2）若实验IV观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂．
【实验拓展】
查阅资料得知，CuO、CuSO₄、猪肝、马铃薯等也可以做过氧化氢溶液分解的催化剂．
下列有关催化剂的说法中正确的是B．
AMnO₂只能作过氧化氢溶液分解的催化剂
B同一个化学反应可以有多种催化剂
C催化剂只能加快化学反应的速率
D用作催化剂的物质不可能是其他反应的反应物或生成物
E酶是一种重要的生物催化剂，它属于糖类．

Answer 1

分析 【实验现象分析】
①根据已有的知识进行分析，进行实验探究时要注意控制变量；根据控制双氧水的质量和质量分数相等才能比较出二氧化锰和氧化铜的催化效果分析．
Ⅱ、根据催化剂的定义进行解答；
【设计并完成实验】
②根据气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水；根据表格数据即可得出影响反应速率的因素．
【实验结论】（1）根据氧气具有助燃性，能使带火星木条复燃进行解答；
（2）根据实验Ⅱ、Ⅲ证明：氧化铁的质量和化学性质在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂进行解答；
（3）根据氧化铁催化过氧化氢分解生成水和氧气进行解答；
【实验评价】（1）根据二氧化锰也能做过氧化氢分解生成氧气的催化剂进行解答；
（2）根据若实验Ⅳ观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂进行解答；
【实验拓展】根据催化剂的含义进行解答．【解答】

解答 解：【提出问题】①：氯酸钾在二氧化锰的催化作用下加热能快速的产生氧气，进行实验探究时要注意控制变量，故X为3.0；Ⅰ与Ⅲ比较证明了氧化铜也可以加快氯酸钾的分解速率；根据催化剂的定义可以知道，要证明CuO能作为KClO₃分解的催化剂，则还要证明在化学反应前后CuO的质量和化学性质都没有改变；实验Ⅲ中的化学反应为：氯酸钾$→_{加热}^{氧化铜}$氯化钾+氧气；
【实验反思】Ⅱ与Ⅲ对比的目的是比较氧化铜与二氧化锰哪种物质对氯酸钾的催化作用更好；
【设计并完成实验】
气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水，所以应该选择c装置作为实验装置；
【结论】从表中实验数据可知双氧水浓度越大，分解得越快．
【实验结论】（1）氧气具有助燃性，能使带火星木条复燃，所以有实验现象A试管中产生气泡，带火星木条复燃，可知A中产生的气体是氧气；故填：氧气；
（2）实验Ⅱ、Ⅲ证明：氧化铁的质量和化学性质在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；故填：质量；化学性质；
（3）氧化铁催化过氧化氢分解生成水和氧气，化学方程式为：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}O_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；故填：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}O_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【实验评价】（1）二氧化锰也能做过氧化氢分解生成氧气的催化剂，所以设计实验Ⅳ的目的是氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；故填：氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
（2）若实验Ⅳ观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；故填：二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
【实验拓展】A．MnO₂不只能作为氧化氢溶液分解的催化剂，还可以作其他反应的催化剂，故A错误；
B．根据题目的信息可知同一个化学反应可以有多种催化剂，故B正确；
C．催化剂不只是加快化学反应的速率，还能减慢化学反应的速率，故C错误；
D．用作催化剂的物质可能是其它反应的反应物或生成物，例如二氧化锰是高锰酸钾受热分解制氧气的生成物，故D错误；
E．酶是一种重要的生物催化剂，它不属于糖类，故E错误．故选：B．
故答案为：【实验现象分析】3.0g；CuO能否改变KClO₃分解的速率；质量；化学性质；
【结论】氯酸钾$→_{加热}^{氧化铜}$氯化钾+氧气；
【实验反思】CuO对KClO₃的催化效果是否比MnO₂更好；
【设计并完成实验】C；
【结论】快．
【实验结论】（1）氧气；
（2）质量；化学性质；
（3）2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}O_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【实验评价】（1）氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
（2）二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
【实验拓展】B．

点评 本题通过实验探究了二氧化锰和氧化铜在过氧化氢制氧气中的催化作用，侧重实验能力和分析能力的考查．