Question

8．逻辑推理是化学学习常用的思维方法．某校研究性学习小组在做“寻找新的催化剂”课题时，发现将红砖粉末放到过氧化氢溶液中，也可以加快过氧化氢的分解速率．于是，他们对此展开探究：
【查阅资料】红砖粉末的主要成分有氧化铁、硅酸钠等
（1）【提出问题】什么物质是该反应催化剂？
（2）【猜想与假设】下面是组内两位同学所作的猜想，请你完成小芳的猜想．
【假设一】小芳：红砖粉末里的 ①是H₂O₂溶液分解反应的催化剂．
【假设二】小华：红砖粉末里的硅酸钠是H₂O₂溶液分解反应的催化剂．
（3）【实验与结论】

实验操作	实验现象	实验结论
实验I：把一定质量的氧化铁粉末加入到装有10mL5%的过氧化氢溶液的试管中，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象．	②产生大量气泡，带火星的木条复燃	反应的化学方程式 ③2H2O2$\frac{\underline{\;氧化铁\;}}{\;}$2H2O+O2↑假设一成立
实验Ⅱ：取10mL5%的过氧化氢溶液于另一支试管中，加入 ④硅酸钠，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象．	无现象	假设二 ⑤不成立 （填“成立”或“不成立”）

（4）【讨论交流】同学们讨论后认为，小芳的“实验I”还不能够确切的说明氧化铁就是过氧化氢分解制取氧气的催化剂，理由是：⑥还要验证氧化铁的质量和化学性质反应前后是否改变；等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有变．
请你设计实验（写出实验步骤、实验现象及结论）证明其中的某一点理由：⑦等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有变．
H₂O₂生成O₂的快慢与哪些因素有关？请你帮助他们继续探究．（只要求提出假设和实验方案）
【假设】过氧化氢溶液的浓度，温度，催化剂的质量，颗粒大小
【实验方案】取体积相等，浓度相等的过氧化氢溶液于两支试管中，分别加入5g、10g二氧化锰，比较反应的速率．

Answer 1

分析 本题涉及到“寻找新的催化剂”，将生锈的铁钉放到过氧化氢溶液中探究过氧化氢溶液的分解速率，通过（1）步提出的问题再利用（2）步的猜想与假设，经过（3）步的实验过程及现象得出结论，再经过（4）步的讨论交流，知氧化铁能做过氧化氢溶液的催化剂，而铁单质不能做其反应的催化剂．

解答 解：（2）【猜想与假设】【假设一】小芳：红砖粉末里的 ①氧化铁是H₂O₂溶液分解反应的催化剂；
（3）【实验与结论】

实验操作	实验现象	实验结论
实验I：把一定质量的氧化铁粉末加入到装有10mL5%的过氧化氢溶液的试管中，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象．	②产生大量气泡，带火星的木条复燃	反应的化学方程式 ③2H2O2$\frac{\underline{\;氧化铁\;}}{\;}$2H2O+O2↑假设一成立
实验Ⅱ：取10mL5%的过氧化氢溶液于另一支试管中，加入 ④硅酸钠，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象．	无现象	假设二 ⑤不成立

（4）【讨论交流】同学们讨论后认为，小芳的“实验I”还不能够确切的说明氧化铁就是过氧化氢分解制取氧气的催化剂，理由是：⑥还要验证氧化铁的质量和化学性质反应前后是否改变；等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有变；
设计实验证明其中的某一点理由：⑦等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有取体积相等，浓度相等的过氧化氢溶液于两支试管中，分别加入5g、10g二氧化锰，比较反应的速率变；
【假设】过氧化氢溶液的浓度，温度，催化剂的质量，颗粒大小；
【实验方案】取体积相等，浓度相等的过氧化氢溶液于两支试管中，分别加入5g、10g二氧化锰，比较反应的速率．
故答案为：（2）氧化铁；
（3）【实验与结论】

实验操作	实验现象	实验结论
	②产生大量气泡，带火星的木条复燃	③2H2O2$\frac{\underline{\;氧化铁\;}}{\;}$2H2O+O2↑
		⑤不成立

（4）【讨论交流】⑥还要验证氧化铁的质量和化学性质反应前后是否改变；等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有变；
⑦等待实验I中不再产生气泡，向管中加入过氧化氢溶液，若再产生气泡，就证明氧化铁的化学性质没有取体积相等，浓度相等的过氧化氢溶液于两支试管中，分别加入5g、10g二氧化锰，比较反应的速率变；
【假设】过氧化氢溶液的浓度，温度，催化剂的质量，颗粒大小；
【实验方案】取体积相等，浓度相等的过氧化氢溶液于两支试管中，分别加入5g、10g二氧化锰，比较反应的速率．

点评 本题的思路很明确，就是验证氧化铁对过氧化氢分解是否有催化作用，按照探究实验的步骤按部就班的完成．