Question

4．研究催化剂对化学反应有重要意义．为探究催化剂对双氧水分解的催化效果，某研究小组做了如下实验：

（1）甲同学欲用上图所示实验来证明MnO₂是H₂O₂分解反应的催化剂，写出该反应的化学方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）为探究MnO₂的质量对催化效果的影响，乙同学分别量取50mL 1% H₂O₂加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的MnO₂，测量所得气体体积，数据如表：

MnO2的质量/g	0.1	0.2	0.4
40s末O2体积/mL	49	61	86

由此得出的结论是在一定质量范围内，增加MnO₂的质量，化学反应速率加快．
（3）为分析Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解反应的催化效果，丙同学设计如表实验（三支试管中均盛有10mL 5% H₂O₂ ）：

试管	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
滴加试剂	5滴0.1mol•L-1FeCl3	5滴0.1mol•L-1 CuCl2	5滴0.3mol•L-1 NaCl
产生气 泡情况	较快产生细小气泡	缓慢产生细小气泡	无气泡产生

结论是Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解均有催化效果，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好，实验Ⅲ的目的是对比实验，说明Cl^-对的H₂O₂分解没有催化效果．
（4）查阅资料得知：将作为催化剂的FeCl₃溶液加入H₂O₂溶液后，溶液中会发生两个氧化还原反应，且两个反应中H₂O₂均参加了反应，试从催化剂的角度分析，这两个氧化还原反应的化学方程式分别是2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl和2FeCl₂+H₂O₂+2HCl═2FeCl₃+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧气；
（2）根据表格中数据，二氧化锰质量的增加，相同时间内收集到氧气的体积也相应增加，说明反应速率加快，从而得出结论；
（3）从所给的数据可知：试管Ⅰ、试管Ⅱ所用试剂的浓度、用量完全一样，产生气泡的快慢不一样，说明不同催化剂对反应的催化效果不一样，要对比Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解反应的催化效果，必须排除溶液中的阴离子是否有催化作用，试管Ⅲ就很好的解决了这个问题；
（4）根据化合价的升降和催化剂会参加反应，但最终性质和质量不改变写出反应方程式．

解答 解：（1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧气，反应的方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（2）根据表格中数据，在一定质量范围内，二氧化锰质量的增加，相同时间内收集到氧气的体积也相应增加，说明反应速率加快，原因是在一定质量范围内，固体质量越大，其表面积也越大，故反应速率加快，催化效果更好；
故答案为：在一定质量范围内，MnO₂质量越大，反应速率越快；
（3）从所给的数据可知：试管Ⅰ、试管Ⅱ所用试剂的浓度、用量完全一样，产生气泡是试管Ⅰ快，试管Ⅱ慢，试管Ⅲ无气泡产生，试管Ⅲ是一个对比实验，说明Cl^-对H₂O₂的分解没有催化作用，从而得到Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好的结论，
故答案为：Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好；对比实验，证明Cl^-对H₂O₂的分解没有催化作用；
（4）根据化合价的升降和催化剂会参加反应，但最终性质和质量不改变写出反应方程式，FeCl₃和H₂O₂反应，FeCl₃中铁元素化合价降低，生成氯化亚铁，双氧水中氧元素化合价升高，生成氧气，方程式为：2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl；FeCl₃作催化剂，在第二个反应中重新生成，氯化亚铁又被双氧水氧化成氯化铁，方程式为：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O；
故答案为：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O．

点评 本题考查了催化剂在反应中起到的作用，以及催化剂的质量大小对反应速率的影响探究，并考查了对比实验的重要性，结合催化剂的特点分析催化机理，并对方程式进行推导，综合性较强，题目难度中等．