Question

3．某兴趣小组根据实验室提供的仪器和药品进行了氧气的制备实验．
（1）甲同学选用如图所示的装置制取氧气．甲同学应选取的试剂是MnO₂和H₂O₂（填化学符号），MnO₂固体在该反应中起催化作用，该反应的文字表达式为过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气．实验前甲同学先向仪器A中加入水，然后将导管放入水槽中，并打开仪器A的活塞，观察导管口是否有连续的气泡出现．该实验操作的目的是检验装置气密性．
（2）乙同学称取一定质量KMnO₄放在大试管中，将温度控制在250℃加热制取O₂．实验结束时，乙同学发现收集到的O₂大于理论产量，针对这一现象，同学们进行了如下探究：
【提出猜想】
猜想Ⅰ：反应生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反应生成的KMnO₄分解放出O₂．
做出上述猜想的理由是K₂MnO₄和MnO₂中都含有氧元素．
【实验验证】同学们分为两组，分别进行以下实验：
①第一组同学取一定质量的MnO₂，在250℃条件下加热一段时间，冷却后测得MnO₂的质量不变．则猜想I错误．
②第二组同学取KMnO₄在250℃条件下加热，没有用测定质量的方法得出了猜想Ⅱ正确的结论．该组同学选择的实验方法是将带火星的木条伸入试管，若木条复燃，则猜想Ⅱ正确．
【拓展延伸】实验发现，KMnO₄受热只能部分分解，经分析可能是生成物K₂O对其分解产生影响．请设计实验方案验证取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热；用相同规格的集气瓶，用排水法分别收集一瓶气体．通过比较收集一瓶氧气所用的时间，来确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系．
【实验反思】通过以上实验探究，你对“问题的发现与解决”有何认识？必须通过认真分析，用实验来加以证明．

Answer 1

分析 （1）根据反应装置和所提供药品，确定另一种药品；根据二氧化锰在反应中的表现了解作用；
根据过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，制取气体之前需要检验装置气密性进行分析；
（2）【提出猜想】据质量守恒定律可知：有氧气生成反应物就要有氧元素存在；
【实验验证】①冷却后测得MnO₂的质量不变，说明加热二氧化锰不能生成氧气；
②要验证猜想II，可以用带火星的木条验证是否有氧气生成的方法来确定；
【拓展延伸】可做一对比实验，取等量的K₂MnO₄，其中一个加入K₂O，另一个不加K₂O，各自收集一瓶氧气，看所用的时间长短来确定，是否是K₂O的影响；
【实验反思】总结实验的分析和解决过程，然后了解到需认真分析，并根据科学的方法去验证

解答 解：（1）如图装置适合固液不加热反应，我们可以用过氧化氢溶液和固体二氧化锰反应制取氧气，其中二氧化锰在反应前后性质和质量都不发生变化，所以二氧化锰起催化作用；过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，文字表达式为：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气，制取气体之前需要检验装置气密性；
（2）【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物，故可以猜想二者加热有氧气生成．
【实验验证】①根据质量守恒定义和冷却后测得Mn0₂的质量不变可知，猜想I是错误的；
②我们可以用验证是否有氧气生成的方法去判断锰酸钾是否分解生成氧气，可用带火星的木条，伸入加热的试管中，如果木条复燃说明锰酸钾可分解生成氧气；【拓展延伸】我们可以用如下实验验证：取等量的固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集气体，收集一瓶氧气，所用时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】要想发现问题，必须细心认真；要想解决问题，必须认真分析问题的原因所在，并用实验去验证；
故答案为：（1）H₂O₂，催化，过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气，检验装置气密性；
（2）【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物；
【实验验证】①Ⅰ；
②将带火星的木条伸入试管内，带火星的木条复燃；
【拓展延伸】取等量的锰酸钾固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加入氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热；用相同规格的集气瓶，用排水法分别收集一瓶气体．通过比较收集一瓶氧气所用的时间，来确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】必须通过认真分析，用实验来加以证明．

点评 本题主要考查常见气体的发生装置与收集装置的探究，发生装置依据反应物的状态和反应条件选择，收集装置依据气体的密度和溶解性选择．