Question

13．过氧化氢的水溶液称为双氧水，常用作消毒剂、杀菌、漂白及工业生产原料等．
某实验小组取一定量的过氧化氢溶液，测定H₂O₂的含量，并探究H₂O₂的某些性质、应用．
Ⅰ．测定市售过氧化氢溶液中H₂O₂的质量分数
（1）量取10.00mL密度为ρ g/mL的市售过氧化氢溶液，应选用仪器是B（填序号）；
A．10mL量筒    B．酸式滴定管       C．碱式滴定管        D．50mL烧杯
（2）将上述溶液稀释至250mL，操作中用到的玻璃仪器是：烧杯、玻璃棒、250mL容量瓶、胶头滴管（填名称）；
（3）取25.00mL（2）中稀溶液至锥形瓶中，加适量稀硫酸酸化，用c mol/L KMnO₄标准液滴定，
①完成反应的离子方程式：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺→2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑；
②该小组一共进行了四次测定实验，实验结果记录如下：

实验次数	第一次	第二次	第三次	第四次
消耗KMnO4溶液体积/mL	25.00	25.02	20.00	24.98

根据所给数据，计算原过氧化氢溶液中H₂O₂质量分数$\frac{1700C}{8ρ}%$．
（4）下列操作会导致测定结果偏高的是ABC．
A．滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定的气泡消失
B．将H₂O₂溶液稀释成250.00mL溶液时，定容俯视刻度线
C．终点时，滴入一滴KMnO₄溶液，溶液呈红色，向红色溶液返滴一滴H₂O2溶液仍呈红色
Ⅱ．探究H₂O₂的性质
（5）上述测定原理，H₂O₂体现还原性；
（6）若要验证H₂O₂不稳定性，操作是取适量过氧化氢溶液于试管中加热，用带火星木条于试管口，木条复燃．
Ⅲ．探究H₂O₂的应用
（7）为研究工业生产流程中双氧水的用量、调节的pH、反应时间三个关键生产条件对产品质量的影响，需要进行七组实验，若实验序号1是该流程的理论最佳生产条件，请在下表中填入实验序号为5、6、7的三组实验条件．

实验序号	1	2	3	4	5	6	7
双氧水（mL）	0.5	0.4	0.6	0.5
pH	11	11	11	10
反应时间	3	3	3	3

Answer 1

分析 I．（1）过氧化氢能电离出氢离子而使其溶液呈弱酸性，酸式滴定管盛放酸性溶液，碱式滴定管盛放碱性溶液；
（2）配制一定物质的量浓度溶液需要容量瓶、胶头滴管、烧杯、玻璃棒；
（3）①该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价、O元素化合价由-1价变为0价，转移电子数为10；
②表格中第三次数据错误舍去，根据高锰酸钾和双氧水之间的关系式计算双氧水的质量，再根据质量分数公式计算其质量分数；
（4）A．滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，导致高锰酸钾溶液体积偏大，高锰酸钾溶液浓度不变，则高锰酸钾的物质的量偏大；
B．将H₂O₂溶液配制成250.00mL溶液时，定容俯视刻度线，导致溶液体积偏小，根据c=$\frac{n}{V}$计算溶液浓度；
C．判断终点时，滴入一滴KMnO₄溶液，溶液呈红色，向红色溶液再滴一滴H₂O₂溶液仍呈红色，说明加入的高锰酸钾的体积偏大，高锰酸钾的物质的量偏大；
II．（5）该反应中双氧水中O元素化合价的化合价由-1价变为0价，则双氧水作还原剂；
（6）双氧水不稳定，受热易分解生成氧气
（7）表格中双氧水的浓度必须是0.5，pH=11，反应时间=3，依题意：本题是单一变量的对比试验，而且双氧水的浓度已试验序号1，2，3研究了，因此现只研究PH和反应时间．

解答 解：I．（1）酸式滴定管盛放酸性溶液，碱式滴定管盛放碱性溶液，过氧化氢能电离出氢离子而使其溶液呈弱酸性，所以量取双氧水的滴定管应该用酸式滴定管，
故答案为：B；
（2）配制一定物质的量浓度双氧水溶液还需要250mL容量瓶、胶头滴管定容，故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（3）①该反应中Mn元素化合价由+7价变为+2价，高锰酸根离子作氧化剂，则双氧水作还原剂，O元素化合价由-1价变为0价，所以有氧气生成，转移电子数为10，根据转移电子及原子守恒配平方程式为2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，
故答案为：2；5；6；2；8；5O₂↑；
②该小组一共进行了四次测定实验，根据实验结果记录，表格中第三次数据错误舍去，滴定三次，平均耗用c mol/L KMnO₄标准溶液25mL，
设参加反应的双氧水的质量为x，
     2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，
     2mol    170g
C×25×10^-3mol  x
2mol：170g=C×25×10^-3mol：x
x=$\frac{25×170×C×1{0}^{-3}}{2}$g，
其质量分数=$\frac{25mL}{250mL}$×$\frac{25×170×C×1{0}^{-3}}{\frac{2}{10ρ}}×100%$=$\frac{1700C}{8ρ}%$，
故答案为：$\frac{1700C}{8ρ}%$；
（4）A．滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，导致高锰酸钾溶液体积偏大，高锰酸钾溶液浓度不变，则高锰酸钾的物质的量偏大，导致测定双氧水的值偏高；
B．将H₂O₂溶液配制成250.00mL溶液时，定容俯视刻度线，导致溶液体积偏小，根据c=$\frac{n}{V}$知，导致物质的量浓度偏高；
C．判断终点时，滴入一滴KMnO₄溶液，溶液呈红色，向红色溶液再滴一滴H₂O₂溶液仍呈红色，说明加入的高锰酸钾的体积偏大，高锰酸钾的物质的量偏大，导致测定双氧水的值偏高，
故选ABC；
II．（5）该反应中双氧水中O元素化合价的化合价由-1价变为0价，则双氧水作还原剂，还原剂体现还原性，
故答案为：还原；
（6）双氧水不稳定，受热易分解生成氧气，其操作是：取适量过氧化氢溶液于试管中加热，用带火星木条于试管口，木条复燃，
故答案为：取适量过氧化氢溶液于试管中加热，用带火星木条于试管口，木条复燃；
（7）表格中双氧水的浓度必须是0.5，pH=11，反应时间=3，依题意：本题是单一变量的对比试验，而且双氧水的浓度已试验序号1，2，3研究了，因此现只研究PH和反应时间．表格中双氧水的浓度必须是0.5，pH有两个11，一个大于11即可，可以是12、13等．反应时间必须大于、等于、小于3各一个．
故答案为：

5	6	7
0.5	0.5	0.5
11	11	12（＞11即可）
4（＞3即可）	2（＜3即可）	3

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点评 本题考查探究物质的含量测定及性质实验方案设计，侧重考查学生实验操作、知识运用能力，涉及方程式的配平、滴定实验、氧化还原反应、物质检验、仪器使用等知识点，明确实验原理是解本题关键，难点是误差分析，题目难度中等．