题目内容

11．某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．
（1）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，甲同学设计以下对比实验：
Ⅰ．将2.45g KClO3与1.0g MnO2均匀混合加热
Ⅱ．将x g KClO3与1.0g CuO均匀混合加热
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；
Ⅰ中反应的文字表达式是氯酸钾 $→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气；
Ⅱ中x的值应为2.45．
（2）乙同学用KClO3和MnO2的混合物制取O2，完全反应后的固体残渣，经以下四步实验操作，回收得到了较纯净的MnO2（残渣中只有MnO2难于水）．
他的正确操作先后顺序是bcda（填写选项符号）．
a．烘干       b．溶解        c．过滤       d．洗涤
步骤 c需用到的实验仪器有：铁架台（带铁圈）、漏斗、烧杯、．
（3）丙同学对课本“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，可以作过氧化氢溶液分解的催化剂．
（3）写出氧化铁催化过氧化氢溶液分解的文字表达式过氧化氢$\stackrel{氧化铁}{→}$水+氧气．
【实验评价】
（1）实验设计IV的目的是进行对比．
（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的催化效果比氧化铁好．
【实验拓展】
（1）查阅资料得知：氧化铜、硫酸铜、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（填序号）．
A．MnO2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
（2）实验创新是中学生最为重要的科学素养．如图是某学校的师生对“MnO2催化H2O2溶液分解实验装置的创新设计”，实验过程如下：
①将一支球形干燥管水平放置，用滴管吸取3mL（密度为1g/mL）质量分数为5%的H2O2加入干燥管的球泡内，再用药匙取0.2g MnO2粉末，加在干燥管的进气管的管壁上．
②点燃橡胶塞上棒香后，塞紧干燥管并将其竖立，观察到带火星的棒香立即复燃．

对该创新实验的评价，你认为不合理的是BC（填序号）．
A．实验中所用的仪器、材料及药品均易得到
B．实验使用的药品用量太大
C．反应速度太慢，耽误时间
D．实验现象明显，整个装置好似点燃的灯塔，趣味性强．

分析 （1）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；
Ⅰ、根据氯酸钾在二氧化锰做催化剂和加热的条件下分解成氯化钾和氧气分析；用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取O2，完全反应后的固体残渣是氯化钾和二氧化锰，氯化钾溶于水，二氧化锰不溶于水，因此可以通过溶解、过滤、洗涤、干燥的方法，回收得到较纯净的二氧化锰；
【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；
【实验评价】根据实验的过程分析实验设计IV的目的；
【实验拓展】（1）根据催化剂的含义进行解答．
（2）根据评价要实事求是，不能随便乱说，实验使用的药品用量不算大；反应速度不慢进行分析．

解答 解：（1）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；
Ⅰ、氯酸钾在二氧化锰做催化剂和加热的条件下分解成氯化钾和氧气，反应的文字表达式是：氯酸钾 $→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气；
Ⅱ、控制氯酸钾的质量相等才能比较出二氧化锰和氧化铜的催化效果，所以x的值应为2.45；
（2）用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取O2，完全反应后的固体残渣是氯化钾和二氧化锰，氯化钾溶于水，二氧化锰不溶于水，因此可以通过溶解、过滤、洗涤、干燥的方法，回收得到较纯净的二氧化锰；故答案为：bcda   
【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溶液分解的文字表达式为：过氧化氢$\stackrel{氧化铁}{→}$水+氧气；
【实验评价】由实验的过程可知，氧化铁和二氧化锰都能加快过氧化氢的分解，二者可以起到对比的作用；若实验4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的催化效果比氧化铁好；
【实验拓展】
（1）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．
（2）评价要实事求是，不能随便乱说，实验使用的药品用量不算大；反应速度不慢，故选：BC．
故答案为：（1）收集相同体积O2所需的时间；氯酸钾 $→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气；2.45；
（2）bcda；
（3）（1）氧气；（2）质量；化学性质；（3）过氧化氢$\stackrel{氧化铁}{→}$水+氧气；
【实验评价】（1）进行对比；（2）二氧化锰的催化效果比氧化铁好；
【实验拓展】
（1）B．
（2）BC．

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．

练习册系列答案
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1．下列物质中，属于氧化物的是（　　）
A．氧气B．空气C．过氧化氢D．高锰酸钾
2．被称为“绿色氧化剂”的过氧化氢（H2O2），俗称双氧水，是一种无色的液体，常用做氧化剂、消毒杀菌剂和漂白剂等．在较低温度和少量催化剂（如MnO2）条件下，他能迅速分解，生成氧气和水．请回答下列问题：
（1）过氧化氢分解反应的文字表述达是（并写出各物质的化学式）：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；H2O2、MnO2、H2O、O2
（2）若在实验室用过氧化氢代替高锰酸钾制取氧气，能否使用高锰酸钾制取氧气装置，主要理由是用过氧化氢制取氧气不需要加热，用高锰酸钾制取氧气时需要加热．
（3）选择制气装置的依据是反应物状态和反应条件；选择收集气体装置的依据是气体的密度和溶解性．
19．将下列短文中带点的部分，用化学符号填空：
太阳镜的镜脚一般是由塑料制成的，玻璃镜片的主要成分是二氧化硅SiO2，且变色玻璃中含有银离子Ag+，铜制镜框使用时间过长会生成铜绿，铜绿中含有碳酸根离子CO32-．
6．用数字和化学符号表示：2个钠离子2Na； 3个氢氧根离子3OH-；
保持氮气化学性质的最小微粒N2；空气中含量最多的元素N
5个钾原子5K 2个氯离子2Cl-．
16．在化学反应A+B═C+D中，a克A与B反应生成m克C和n克D，则参加反应的B的质量为（　　）
A．（m+n）克B．（m+n+a）克C．（m+n-a）克D．$\frac{m+n}{a}$克
3．雅安“4.20”地震造成了下列现象，其中属于化学变化的是（　　）
A．山体滑坡造成道路中断B．房屋倒塌，粮食被埋而发霉
C．房屋倒塌砸坏锅碗瓢盆D．山体滑坡形成堰塞湖
20．某学校化学兴趣小组同学在学习了制取氧气这一节内容后，发现在实验室里用5%H2O2溶液加热制O2，用带火星的木条检验，木条很难复燃．同学们经过认真观察，猜想其可能原因是大量水蒸气对实验造成干扰．为了验证此猜想是否正确，兴趣小组的同学经过热烈讨论，制定了实验方案并进行了实验．
第一组同学采取增大H2O2溶液浓度的方法，用10%的H2O2溶液加热，结果一段时间后，用带火星的木条检验，木条复燃；
第二组的同学在5%的H2O2溶液中加入2滴新制氢氧化钠溶液，加热一段时间后，用带火星木条检验，木条复燃；
第三组同学从实验装置上进行了改进，效果很好（见图）：
在实验基础上，同学们经过交流讨论，得出了一些结论
①由第一组同学的实验可得出：影响H2O2分解产生O2的量的多少及分解快慢的因素之一是H2O2溶液浓度的大小；
②由第二组同学的实验可分析得出氢氧化钠所起的作用可能是促进H2O2分解，减少水分蒸发；
③第三组同学的实验验证了实验前同学们猜想的正确性，其中浓硫酸的作用是浓硫酸吸收了气体中的水蒸气，使氧气的浓度增大．
1．已知石蜡是蜡烛的主要成分，由蜡烛在空气中完全燃烧后的产物是CO2和H2O，判断石蜡中一定含有碳、氢两种元素，可能含有氧元素．

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