Question

15．在實驗室里，常用分解過氧化氫溶液、加熱氯酸鉀或高錳酸鉀制取氧氣．某化學興趣小組對氧氣的實驗室制法進行了探究．
（1）小明同學選用如圖所示的裝置制取氧氣．制取過程中所發生的化學反應方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．實驗前，小明同學先向儀器A中加入水，然后將導氣管放入水槽中，并打開儀器A的活塞，觀察導氣管口是否有連續的氣泡出現．該實驗操作的目的是檢查裝置的氣密性．
（2）小紅同學通過互聯網得知：CuSO₄ 溶液、動物某些臟器中含有的物質等能催化過氧化氫的分解．動物臟器中含有過氧化氫酶，能催化過氧化氫分解，過氧化氫酶是蛋白質（選填糖類、蛋白質、脂肪或維生素），實驗證明，CuSO₄ 溶液能催化過氧化氫的分解．CuSO₄溶液主要含有三種粒子（H₂O、Cu²⁺、SO₄^2-），為了進一步探究CuSO₄溶液中哪種粒子能起催化作用．小紅同學作了如下分析和設計．
①小紅同學認為最不可能的是H₂O，他的理由是過氧化氫溶液中含有水．
②要說明另外的兩種粒子是否起到催化作用，小紅同學設計了如下實驗，完成了這次探究活動．

實驗步驟	實驗現象	結論
a．取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴稀硫酸溶液	溶液幾乎沒有氣泡放出	實驗證明，起催化作用的是Cu2+
b．另取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴氯化銅溶液	溶液中有大量產泡放出

③如果要確定CuSO₄是催化劑，還必須通過實驗確定它在化學反應前后質量和化學性質沒有改變．

Answer 1

分析 （1）從題目中裝置的特點是固體和液體反應且不需要加熱，故所選的藥品為過氧化氫溶液和二氧化錳；加藥品前一定要先檢查裝置的氣密性去分析；
（2）從過氧化氫酶是蛋白質的一種；由于過氧化氫溶液中含有大量的水分去分析；  
（3）a．從取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴稀硫酸溶液（硫酸溶液中含有氫離子和硫酸根離子），溶液幾乎沒有氣泡放出，說明硫酸根離子對過氧化氫溶液不起催化作用；結合上面的結論可知是硫酸銅溶液中起到催化作用的應該是Cu²⁺，所以在步驟b中可加入氯化銅溶液（溶液中含有銅離子）．
③從催化劑的特點是改變其他物質的反應速率，而本身的質量和化學性質不變去分析．

解答 解：（1）題目中裝置的特點是固體和液體反應且不需要加熱，故所選的藥品為過氧化氫溶液和二氧化錳；過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下生成水和氧氣，二氧化錳在反應前后質量和化學性質都沒有改變，只是加快了過氧化氫反應生成氧氣的速率，故二氧化錳是催化劑，所以二氧化錳就應該作為反應條件寫在等號的上方，故化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，加藥品前一定要先檢查裝置的氣密性，防止加熱過程中因裝置漏氣而收集不到制取的氧氣，“實驗前，小明同學先向儀器A中加入水，然后將導氣管放入水槽中，并打開儀器A的活塞，觀察導氣管口是否有連續的氣泡出現”如果有氣泡冒出，說明裝置的氣密性好，否則裝置漏氣；故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑       檢查裝置的氣密性；
（2）過氧化氫酶是蛋白質的一種；由于過氧化氫溶液中含有大量的水分，故可以得出水分子不可能起催化作用；故答案為：蛋白質     過氧化氫溶液中含有水；  
（3）a．取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2～3滴稀硫酸溶液（硫酸溶液中含有氫離子和硫酸根離子），溶液幾乎沒有氣泡放出，說明硫酸根離子對過氧化氫溶液不起催化作用；結合上面的結論可知是硫酸銅溶液中起到催化作用的應該是Cu²⁺，所以在步驟b中可加入氯化銅溶液（溶液中含有銅離子）．可以故答案為：

實驗步驟	實驗現象	結論
		Cu2+
氯化銅

③由于催化劑的特點是改變其他物質的反應速率，而本身的質量和化學性質不變；前面的實驗可以得出：CuSO₄溶液能加快過氧化氫溶液的分解，同時化學性質不變如果要確定CuSO₄是催化劑，還必須通過實驗確定它在化學反應前后質量和化學性質沒有改變．故答案為：質量和化學性質沒有改變．

點評 本題主要考查了氧氣的實驗室制法的反應原理、注意事項、催化劑的有關實驗等，綜合性較強，是常考的知識點之一．