Question

9．实验室中，常采用分解过氧化氢溶液（二氧化锰作催化剂）或加热高锰酸钾的方法制取氧气．
（1）写出用上述两种方法分别制取氧气的化学反应方程式：
2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）用过氧化氢分解制取氧气的装置如图所示：图中收集氧气的方法叫做向上排空气法．可用此方法收集氧气的原因是氧气的密度比空气大．
（3）用该方法收集氧气时，检验集气瓶中氧气是否集满的方法是C．
A．把点燃的木条伸入瓶内  
B．把带火星的木条伸人瓶内
C．把带火星的木条放在瓶口
（4）如果锥形瓶中的反应很剧烈，应该采取的安全措施有①②．
①减慢液体滴加的速度  ②换用体积较大的锥形瓶  ③加热锥形瓶
（5）某化学试剂公司报价：高锰酸钾30.50元/kg，30%过氧化氢溶液21.70元/kg．请从实验操作和生产成本两方面考虑，用分解过氧化氢溶液方法制取氧气更好（二氧化锰价格低、耗量少，忽略不计）．这种方法的主要优点是操作简单安全、制取相同质量O₂时购买H₂O₂比KMnO₄价格低．

Answer 1

分析 （1）用加热高锰酸钾的方法制取氧气，在生成氧气的同时，还有锰酸钾和二氧化锰生成；过氧化氢溶液在二氧化锰催化作用下生成水和氧气去分析；
（2）根据O₂的密度比空气密度略大去分析；
（3）由氧气的验满方法去分析；
（4）过氧化氢溶液的浓度越大，反应速率越快，因此要想降低反应速率就要降低过氧化氢溶液的浓度；可换用体积较大的锥形瓶，防止由于反应速度过快，产生气体过多导致锥形瓶爆炸；
（5）根据过氧化氢制氧气的装置和高锰酸钾制取氧气的装置图的比较考虑，再根据制取相同质量的氧气需要它们的价格考虑．

解答 解：（1）用加热高锰酸钾的方法制取氧气，在生成氧气的同时，还有锰酸钾和二氧化锰生成，所以化学方程式为：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
过氧化氢溶液在二氧化锰催化作用下生成水和氧气，二氧化锰在反应前后质量和化学性质都没有改变，只是加快了过氧化氢反应生成氧气的速率，故二氧化锰是催化剂，所以二氧化锰就应该作为反应条件写在等号的上方，故化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑            2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）由于O₂的密度比空气密度略大所以可用向上排空气法收集；故答案为：向上排空气法     氧气的密度比空气大；
（3）由于氧气的密度比空气大，进入集气瓶后，沉积在集气瓶的底部，氧气自下而上，充满集气瓶，当瓶口有氧气时，说明氧气已收集满，检验氧气是否集满的方法是利用氧气的助燃性，用带火星的木条放在集气瓶口，如果复燃，证明集气瓶内已充满氧气；故答案为：C；
（4）过氧化氢溶液的浓度越大，反应速率越快，因此要想降低反应速率就要降低过氧化氢溶液的浓度；可换用体积较大的锥形瓶，防止由于反应速度过快，产生气体过多导致锥形瓶爆炸，故答案为：①②；
（5）由于过氧化氢分解制取氧气不需要加热，所以操作简单安全；
设要制取3.2g氧气需要高锰酸钾质量为x，需要过氧化氢质量为y
2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑
316                  32
x                   3.2g
根据：$\frac{316}{32}=\frac{x}{3.2g}$
解得x=31.6g
需要过氧化氢质量为y，
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
68              32
y              3.2g
根据：$\frac{68}{32}=\frac{y}{3.2g}$
解得y=6.8g，所以需质量分数为30%过氧化氢溶液的质量为：$\frac{6.8g}{30%}$=22.7g；
则制取3.2g氧气如果用高锰酸钾需要花费31.6g×0.0305元/g=0.9638元；如果用过氧化氢溶液则花费22.7g×0.0217元/g=0.49259元；可以知道：制取相同质量O₂时购买H₂O₂比KMnO₄价格低；
故答案为：操作简单安全        制取相同质量O₂时购买H₂O₂比KMnO₄价格低．

点评 题目综合考查了氧气的实验室制法，特别是最后一问，根据化学反应方程式的计算的审题是非常关键的，一般是抓住“三找”；即一找化学反应方程式，二找已知量和未知量x，三找用到的相对质量关系，同时注意解题步骤和格式．