Question

6．人教版标准试验用书《化学》九年级上册“分解过氧化氢制取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a　g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中伸入带火星木条，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5mL5%的过氧化氢溶液，并①把带火星的木条伸入试管，如此反复多次实验，观察现象．	试管中均产生大量气泡，带火星的木条均复燃
Ⅲ．将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤，并将所得的不溶性固体进行洗涤、②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，测量各生成一瓶（相同体积）的氧气所需要的时间．

【实验结论】
（1）完成表中的填空：
（2）实验Ⅱ、Ⅲ分别证明：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{\;氧化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
【实验评价】
（4）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；
（5）实验IV的相关数据如下表所示：

实验编号	C	D
反应物	5%过氧化氢	5%过氧化氢
催化剂	ag氧化铁	ag二氧化锰
时间	96s	35s

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]
（6）催化剂的哪些因素会对过氧化氢溶液的分解速率产生影响？请你帮助他们继续研究．（只要求提出假设和实验方案）

Answer 1

分析 【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】（4）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；
（5）根据若实验Ⅳ观察到D试管中产生气泡的速率更快，分析适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂的物质；
【实验拓展】（6）可以根据题目的实验要求提出实验假设，根据实验意图设计合理的实验方案．

解答 解：【实验结论】
（1）根据题意，实验过程如下：

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a　g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中伸入带火星木条，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5mL5%的过氧化氢溶液，并①把带火星的木条伸入试管，如此反复多次实验，观察现象．	试管中均产生大量气泡，带火星的木条均复燃
Ⅲ．将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤，并将所得的不溶性固体进行洗涤、②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，测量各生成一瓶（相同体积）的氧气所需要的时间．

【实验结论】
（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{\;氧化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【实验评价】（4）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；
（5）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】
（6）实验方案：同温下取2份质量相等，质量分数不同的H₂O₂溶液，分别加入质量相等的同种催化剂，测量收集一试管气体所需的时间．结果质量分数大的过氧化氢溶液生成的氧气快，先收集满．
故答案为：
【实验结论】
（1）

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a　g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中伸入带火星木条，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5mL5%的过氧化氢溶液，并①把带火星的木条伸入试管，如此反复多次实验，观察现象．	试管中均产生大量气泡，带火星的木条均复燃
Ⅲ．将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤，并将所得的不溶性固体进行洗涤、②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，测量各生成一瓶（相同体积）的氧气所需要的时间．

（2）质量，化学性质；
（3）2H₂O₂$\frac{\underline{\;氧化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【实验评价】
（4）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；
（5）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】（6）实验方案：同温下取2份质量相等，质量分数不同的H₂O₂溶液，分别加入质量相等的同种催化剂，测量收集一试管气体所需的时间．结果质量分数大的过氧化氢溶液生成的氧气快，先收集满．

点评 此题考查了催化剂的特点与催化作用，以及实验室中制取氧气的反应原理来解答此题，锻炼了学生分析问题解决问题能力．