Question

17．某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行深入探究，请你参与：
【探究活动一】为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速率的影响，甲同学设计如表对比实验：

	氯酸钾的质量	催化剂的种类	MnO2的质量	反应条件	收集45.0mL O2所需的时间（S）
Ⅰ	3.0g	MnO2	1.0g	混合加热	21
Ⅱ	xg	CuO	1.0g	混合加热	48

（1）表Ⅱ中x的值应为3.0；通过分析上表数据，可以得出的实验结论是：在相同的条件下，KClO₃在MnO₂作催化剂比CuO作催化剂的分解速率快（选填“快”或“慢”）
【探究活动二】为探究双氧水浓度对过氧化氢分解速率的影响，乙同学设计以下实验：
[进行实验]
室温下，选用50.0g不同溶质质量分数的双氧水（1%、2%和4%）分别与0.1g二氧化锰进行实验（如图1，固定夹持仪器略去）．
（2）MnO₂在H₂O₂分解前后其质量和化学性质没有发生改变，写出H₂O₂分解的化学方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）按右图装置进行实验，在装药品前应检查该装置的气密性，具体做法是关闭分液漏斗活塞，加热锥形瓶，如果注射器活塞外移（右移），停止加热后注射器活塞回到原来位置，则装置的气密性良好．其中注射器的作用是测量生成气体的体积．

[数据处理]
（4）乙同学进行实验后，获得的相关实验数据记录如表所示：

	双氧水的质量	双氧水的浓度	MnO2的质量	温度	相同时间（10S）内产生O2体积（mL）
Ⅰ	50.0g	1%	0.1g	20℃	9
Ⅱ	50.0g	2%	0.1g	20℃	16
Ⅲ	50.0g	4%	0.1g	20℃	31

①本实验中，测量O₂体积的装置也可以选用如图2的哪套装置来代替C（填编号）．
②分析上表数据，可以得出不同浓度的双氧水对过氧化氢分解速率影响的结论是：在相同条件下，双氧水浓度越大，过氧化氢的分解速率越快．
[拓展延伸]
（5）丙同学认为用图3装置进行实验，通过比较相同时间天平读数差值大小也能探究双氧水浓度对过氧化氢分解速率的影响．
（6）如表是实验时记录生成的二氧化碳气体体积和对应的时间的一组实验数据（每间隔4S读数一次）：

时间/S	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40
气体体积/mL	16.0	22.2	29.4	39.3	50.4	57.6	62.0	64.7	66.0	66.0

从上表数据可以分析得出，反应时间为36S时双氧水与二氧化锰恰好完全反应；
反应过程中过氧化氢的分解速率先快后慢的主要原因是双氧水在二氧化锰作催化剂下分解反应是放热反应，使得开始时溶液温度升高，过氧化氢的分解速率加快．然后随着反应的不断进行，双氧水的浓度逐渐变小，过氧化氢的分解速率变慢．
（7）通过以上探究，你认为影响过氧化氢分解速率的因素还有温度（填一条即可），请设计实验方案验证你的猜想分别取两份质量相等的二氧化锰放入两支试管中，然后分别加入体积和浓度相同，但温度不同的双氧水，比较其分解速率．

Answer 1

分析 （1）根据控制变量的实验方法以及实验数据来分析；
（2）根据催化剂的概念以及化学方程式的写法来分析；
（3）根据装置的特点来分析其检查气密性的方法；
（4）测量氧气的体积采用的是排水法，将排出的水的用量筒收集起来，排出的水的体积就是氧气的体积；气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水，据此进行分析解答；根据表格数据来分析；
（5）在催化剂的作用下，过氧化氢会分解生成氧气；
（6）根据表格数据以及反应物的浓度变化来分析；
（7）温度对反应的速率也有影响．

解答 解：（1）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，所以也应该取3.0g氯酸钾；由表格数据可知，收集相同体积的氧气，加入二氧化锰的需要的时间较短；故填：3.0；快；
（2）在该反应中，二氧化锰作为催化剂，其质量与化学性质在反应前后均不改变，在二氧化锰的催化作用下，过氧化氢分解为水和氧气；故填：化学性质；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）气密性的检验是根据压强原理，可以关闭分液漏斗活塞，加热锥形瓶，如果注射器活塞外移（右移），停止加热后注射器活塞回到原来位置，证明该装置的气密性良好；注射器可用来测量生成气体的体积；故填：注射器活塞回到原来位置；测量生成气体的体积；
（4）①测量氧气的体积采用的是排水法，将排出的水的用量筒收集起来，排出的水的体积就是氧气的体积；气体短管进长管出才能排出试剂瓶中的水，要将瓶内的水排出来，A和B都不可以，应该选择C装置作为实验装置．故填：C；
②由表格数据可知，在相同条件下，双氧水浓度越大，过氧化氢的分解速率越快；故填：在相同条件下，双氧水浓度越大，过氧化氢的分解速率越快；
（5）在催化剂的作用下，过氧化氢分解为水和氧气，气体逸出，装置质量减少，相同的时间内，质量减少的越多，反应速率越快；故填：相同时间天平读数差值大小（其它合理也可）；
（6）由表格数据可知，在第36S时，气体的体积不再增加，说明反应已经结束；该反应是个放热反应，反应开始的过程中，反应物的浓度较大，且随着温度的升高，
反应速率较快，随着反应的进行，反应物的浓度减少，温度也在降低，反应的速率减慢了；故填：36；双氧水在二氧化锰作催化剂下分解反应是放热反应，使得开始时溶液温度升高，过氧化氢的分解速率加快．然后随着反应的不断进行，双氧水的浓度逐渐变小，过氧化氢的分解速率变慢．
（7）温度对化学反应的速率可能也有影响，所以可设计如下实验：分别取两份质量相等的二氧化锰放入两支试管中，然后分别加入体积和浓度相同，但温度不同的双氧水，比较其分解速率；故填：温度；分别取两份质量相等的二氧化锰放入两支试管中，然后分别加入体积和浓度相同，但温度不同的双氧水，比较其分解速率．

点评 本题考查的是影响过氧化氢分解速率的因素，难度不大，完成此类题时，分析问题要注意控制变量．