Question

19．H₂O₂不稳定、易分解，Fe³⁺、Cu²⁺等对其分解起催化作用，为比较Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了甲、乙两种实验装置．

（1）若利用甲实验，可通过观察产生气泡的快慢现象，从而定性比较得出结论．有同学提出将FeCl₃改为Fe₂（SO₄）₃更为合理，其理由是消除阴离子不同对实验的干扰，写出H₂O₂在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，若利用乙实验可进行定量分析，图中仪器A的名称为分液漏斗，实验时均以生成40mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是产生40mL气体所需的时间．
（2）将0.1mol MnO₂粉末加入50mL H₂O₂溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示，解释反应速率变化的原因：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢，H₂O₂初始物质的量浓度为0.11 mol/L（保留两位有效数字）．
（3）为了加深同学们对影响反应速率因素的认识，老师让同学完成如下实验：在上述实验装置的锥形瓶内加入6.5g锌粒，通过分液漏斗加入40mL 2.5mol•L^-1的硫酸，10s时收集产生的H₂的体积为44.8mL（标准状况），用硫酸表示10s内该反应的速率为0.005 mol•L^-1•s^-1（假设反应前后溶液的体积不变）．

Answer 1

分析 （1）比较反应速率的大小可通过生成气泡的快慢来判断，比较金属阳离子的催化效果要排斥阴离子的干扰；H₂O₂在二氧化锰催化作用下分解产生水和氧气；A仪器名称是分液漏斗；根据v=△c/△t分析实验中还需要测量的数据是时间；
（2）随着反应的进行，溶液的浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小；根据图象可以看出H₂O₂完全反应放出60 mL O₂，根据2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑进行计算；
（3）根据Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，v=△c/△t进行计算．

解答 解：（1）该反应中产生气体，可根据生成气泡的快慢判断，氯化铁和硫酸铜中阴阳离子都不同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用，硫酸铁和硫酸铜阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰，在二氧化锰作催化剂条件下，双氧水分解生成水和氧气，反应方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，A仪器名称是分液漏斗；根据v=△c/△t知，还需要测定产生40mL气体所需的时间，
故答案为：产生气泡的快慢；消除阴离子不同对实验的干扰；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；分液漏斗；产生40mL气体所需的时间；
（2）在二氧化锰作催化剂条件下，双氧水分解生成水和氧气，反应方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，浓度越大，反应速率越大，反之越小，随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，则速率逐渐减小；根据图象可以看出H₂O₂完全反应放出60 mL O₂，H₂O₂的分解反应为2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，则n（H₂O₂）=$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$×2≈0.00536 mol，c（H₂O₂）=$\frac{0.00536mol}{0.05L}$≈0.11 mol/L，
故答案为：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢；0.11 mol/L；
（3）Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
                1mol             22.4L
               0.002mol       0.0448L
用硫酸表示10s内该反应的速率为v=$\frac{0.002mol}{0.04L×10s}$=0.005mol•L^-1•s^-1，
故答案为：0.005．

点评 本题考查实验方案设计，根据v=△c/△t来设计实验，通过得到气体的体积和时间的关系确定影响反应速率的因素，难度中等．