Question

11．某校化学兴趣小组将用剩的过氧化氢溶液倒入放有表面生锈铁钉的废液缸中，发现产生了大量的气泡，经检验此气体为氧气．根据学过的知识初步判断，是生锈铁钉中的某种物质加快了过氧化氢的分解，那么究竟是哪种物质加快了过氧化氢的分解速率？
请你参与他们的研究，分享和体验探究实验的快乐．
【猜想与假设】甲同学：铁钉表面的铁锈（主要含：氧化铁）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同学：铁钉里面的铁加快了H₂O₂的溶液分解．
【设计方案和实验】完成下列表格

实验方案	实验现象	结论
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 氧化铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	带火星的木条复燃	甲同学结论成立．
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 铁粉，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象	无明显现象	乙同学结论不成立．

【讨论交流】丙同学认为“方案一”只能说明铁锈加快了H₂O₂溶液的分解，并不能说铁锈就一定是催化剂．你是否支持丙同学的观点？支持，如果要证明氧化铁是催化剂，就要设计一个实验来证明，这个实验的设计原理是验证氧化铁在反应前后的质量和化学性质都不变．

（2）某校化学活动小组对测定空气中氧气的体积分数做了如下回顾和探究．
【知识回顾】初中化学常采用燃烧某物质的方法来测定空气中氧气的体积分数（如图一）．写出该物质在空气中燃烧的文字或符号表达式：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．若实验操作规范，该实验得出的结论是氧气约占空气总体积的五分之一．该方法测定的结果偏小的可能原因是①②④（填序号）．
①红磷量不足      ②装置气密性不好     ③弹簧夹没有加紧       ④没有冷却到室温
【探究实验】活动小组同学用如图二的装置进行镁条在空气中燃烧的实验．待点燃的镁条在密闭的集气瓶中停止燃烧，冷却到室温，打开止水夹，发现进入集气瓶中的水的体积约为其容积的70%．
【提出问题】集气瓶中气体为什么减少了70%这么多？
【讨论分析】根据空气的组成，可推出减少的气体中一定有氮气，因为如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中的水的体积最多不超过容积的21%．
【查阅资料】镁条的化学性质很活泼，能和氧气剧烈反应；也能在氮气中燃烧，产物为黄绿色的氮化镁固体．
【反思拓展】如果用燃烧法来测定空气中氧气的体积分数，不能选用镁条，因为镁条除了和氧气反应，还要和氮气等反应；也不能选用铁丝，其原因铁丝不能在空气中燃烧；一般也不会选用木炭或硫粉，其原因是木炭或硫粉在空气中燃烧生成二氧化碳气体或二氧化硫气体．

Answer 1

分析 【猜想与假设】
甲同学：铁钉表面的铁锈（主要含：氧化铁）加快了H₂O₂的溶液分解；
乙同学：铁钉里面的铁加快了H₂O₂的溶液分解；
【设计方案和实验】
氧气能使带火星的木条复燃；
【讨论交流】
催化剂能够改变化学反应的速率，而质量和化学性质在反应前后不变；
红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，氧气约占空气总体积的五分之一；
如果红磷量不足，装置气密性不好，没有冷却到室温就打开止水夹，都能够导致加入集气瓶中的水不到集气瓶容积的五分之一，而弹簧夹没有加紧时，红磷燃烧放热，会导致集气瓶中的部分气体逸出，从而导致测定结果偏高；
【讨论分析】
空气中，氧气的体积分数是21%，氮气的体积分数是78%；
【反思拓展】
木炭在空气中燃烧生成二氧化碳，硫在空气中燃烧生成二氧化硫．

解答 解：【猜想与假设】
甲同学：铁钉表面的铁锈（主要含：氧化铁）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同学：铁钉里面的铁加快了H₂O₂的溶液分解．
故填：铁．
【设计方案和实验】
实验过程如下表所示：

实验方案	实验现象	结论
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 氧化铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	带火星的木条复燃	甲同学结论成立．
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 铁粉，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	无明显现象	乙同学结论不成立．

【讨论交流】
支持丙同学的观点；
如果要证明氧化铁是催化剂，就要设计一个实验来证明，这个实验的设计原理是验证氧化铁在反应前后的质量和化学性质都不变．
故填：支持；验证氧化铁在反应前后的质量和化学性质都不变．
【知识回顾】
红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式、化学方程式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
若实验操作规范，该实验得出的结论是氧气约占空气总体积的五分之一；
该方法测定的结果偏小的可能原因是红磷量不足，装置气密性不好，没有冷却到室温就打开止水夹．
故填：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧气约占空气总体积的五分之一；①②④．
【讨论分析】
根据空气的组成，可推出减少的气体中一定有氮气，因为如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中的水的体积最多不超过容积的21%．
故填21．
【反思拓展】
如果用燃烧法来测定空气中氧气的体积分数，不能选用镁条，因为镁条除了和氧气反应，还要和氮气等反应；也不能选用铁丝，其原因铁丝不能在空气中燃烧；一般也不会选用木炭或硫粉，其原因是木炭或硫粉在空气中燃烧生成二氧化碳气体或二氧化硫气体，会导致水不能进入集气瓶，或进入集气瓶中的水偏少．
故填：木炭或硫粉在空气中燃烧生成二氧化碳气体或二氧化硫气体．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．