Question

H₂O₂是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛．
（1）某小组拟在同浓度Fe³⁺的催化下，探究H₂O₂浓度对H₂O₂分解反应速率的影响．限选试剂与仪器：30% H₂O₂、0.1mol?L^-1 Fe₂（SO₄）₃、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器
①写出本实验H₂O₂分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：

 

②设计实验方案：在不同H₂O₂浓度下，测定

 

（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）．
③设计实验装置，完成如1图所示的装置示意图．

④参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示）．

实验序号     物理量	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL		…
1	a		…
2	a		…

（2）利用图2（a）和2（b）中的信息，按图2（c）装置（连能的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验．可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的

 

（填“深”或“浅”），其原因是

 

．

Answer 1

考点：真题集萃,测定某些化学反应的速率,探究温度、压强对化学反应速率的影响,性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）①过氧化氢在硫酸铁作催化剂条件下分解生成水与氧气，反应中过氧化氢既作氧化剂又做还原剂；
②反应速率表示单位时间内物质的量浓度变化量，测定不同浓度的过氧化氢对反应速率的影响，需要测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；
③利用排水量气法收集一定体积的氧气，用盛满水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用导管与图1连接；
④测定相同时间内产生氧气的体积多少，保证催化剂的浓度应相同，故加入双氧水溶液体积与水的总体积不变，通过改变二者体积，根据相同时间内生成氧气的体积说明不同H₂O₂浓度对反应速率影响；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动．

解答： 解：（1）①过氧化氢在硫酸铁作催化剂条件下分解生成水与氧气，反应中过氧化氢既作氧化剂又做还原剂，标出电子转移数目及方向为：，
故答案为：；
②反应速率表示单位时间内物质的量浓度变化量，测定不同浓度的过氧化氢对反应速率的影响，需要测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少，
故答案为：相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；
③利用排水量气法收集一定体积的氧气，用盛满水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用导管与图1连接，装置图为：，
故答案为：；
④测定相同时间内产生氧气的体积多少，保证催化剂的浓度应相同，故加入双氧水溶液体积与水的总体积不变，通过改变二者体积，根据相同时间内生成氧气的体积说明不同H₂O₂浓度对反应速率影响，实验方案为：

实验序号	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL	V（30% H2O2）/mL	V（蒸馏水）/mL	时间t/min	V（氧气）/mL
1	a	b	c	d	m
2	a	c	b	d	n

故答案为：

实验序号	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL	V（30% H2O2）/mL	V（蒸馏水）/mL	时间t/min	V（氧气）/mL
1	a	b	c	d	m
2	a	c	b	d	n

；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动，即向生成NO₂移动，故B瓶颜色更深，
故答案为：深；2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色），△H＜0是放热反应，且双氧水的分解反应也是放热反应．当右边双氧水分解时放出的热量会使B瓶升温，使瓶中反应朝逆反应方向移动，即向生成NO₂移动，故B瓶颜色更深．

点评：本题考查氧化还原反应、反应速率影响因素实验、化学平衡移动等，侧重对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，注意利用控制变量法测定外界条件对反应速率的影响，难度中等．