在我校實驗室實施的揚州市2011年中考化學實驗操作考查剛剛落下帷幕．實驗考查中H
2O
2分解制氧氣為何不采用MnO
2作催化劑？同學們?yōu)橹归_了探究．
I、他們首先配制實驗所需的50mL、6%的H
2O
2溶液．
[配制溶液]
現(xiàn)有一瓶新購置的雙氧水，標簽如圖所示．
（1）若用這瓶雙氧水來配置6%的醫(yī)用雙氧水1500g，需要這種雙氧水的質量是多少克？
（2）另有一瓶5個月前購進的相同規(guī)格的雙氧水，經檢測，已緩慢分解放出了9.6g氧氣，求現(xiàn)在剩余的該瓶溶液中溶質的質量分數(shù)．
II、然后同學們又比較了各催化劑在室溫下對50mL、6%的H
2O
2溶液分解反應的催化作用情況．
[實驗記錄]各催化劑對50mL、6%的H
2O
2溶液分解反應的催化作用情況（室溫22℃）
| 催化劑及用量 |
O2 平均產量 |
制氧所需時間 |
成本 |
反應情況 |
| MnO21.0g |
919mL |
10′03″ |
0.11元 |
分解先快后慢 |
| 10%FeCl3溶液5滴 |
985mL |
4′50″ |
0.02元 |
均勻產生O2 |
| 15%CuSO4溶液5滴 |
955mL |
4′57″ |
0.03元 |
均勻產生O2 |
[實驗分析]由表中數(shù)據(jù)及實驗體驗可以得出，MnO
2 催化分解H
2O
2制氧氣有兩點不足，①開始反應速率過快，氧氣產生后，發(fā)生裝置內壓強驟然增大，使用分液漏斗滴液往往受阻，收集氧氣排水或排空氣時稍微耽擱，就會有不少O
2 逸失，到收集最后一瓶O
2反應變慢，耗時太長．②
MnO2用量多，成本高
MnO2用量多，成本高
．
[提出問題]同學們認為用FeCl
3溶液作催化劑效果最好．但FeCl
3溶液為何能催化分解H
2O
2？
[實驗猜想]已知FeCl
3在水中可解離出Fe
3+ 和Cl
-，同學們提出以下猜想：
甲同學的猜想是：真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的H
2O；
乙同學的猜想是：真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的Fe
3+；
丙同學的猜想是：真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的Cl
-；
你認為最不可能的是
甲
甲
同學的猜想，理由是
過氧化氫溶液中有水
過氧化氫溶液中有水
．
同學們對余下的兩個猜想，用實驗進行了探究，請你仔細分析后填空：
[實驗過程1]向盛有5mL、6% H
2O
2溶液的試管中加入少量的HCl溶液，并把帶火星的木條伸入試管．
[實驗現(xiàn)象1]無明顯現(xiàn)象．對應結論：
FeCl3溶液中的Cl-不能催化分解H2O2
FeCl3溶液中的Cl-不能催化分解H2O2
．
[實驗過程2]另向盛有5mL、6%的H
2O
2溶液的試管中加入少量的
Fe（NO3）3溶液
Fe（NO3）3溶液
，并再次把帶火星的木條伸入試管．
[實驗現(xiàn)象2]
試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃
試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃
．
對應結論：
起催化作用的是Fe3+
起催化作用的是Fe3+
．
[拓展研究]
同學們還比較了FeCl
3和CuSO
4兩種鹽對H
2O
2分解的催化效果，他們分成甲、乙兩組，分別設計了如圖一、圖二所示的實驗并進行了實驗．（設兩種鹽溶液的濃度等條件相同）
（1）指出儀器名稱：A
分液漏斗
分液漏斗
B
錐形瓶
錐形瓶
（2）寫出以FeCl
3為催化劑的反應的化學方程式
．
（3）圖一可通過觀察
反應產生氣泡快慢
反應產生氣泡快慢
來定性比較得出結論．有同學提出將藥品CuSO
4改為CuCl
2更為合理，其理由是
使酸根相同，排除酸根的影響因素
使酸根相同，排除酸根的影響因素
，你認為藥品還可以作何改進？
將FeCl3改為Fe2（SO4）3
將FeCl3改為Fe2（SO4）3
．
（4）檢查圖二裝置氣密性的方法是：
關閉
關閉
（填“打開”或“關閉”）儀器A的活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，觀察到活塞又回到了原位，則說明裝置氣密性
良好
良好
（填“良好”或“不好”）．該組同學利用圖二所示實驗需測量的數(shù)據(jù)是
A
A
（填序號：A．一定時間內收集到的氣體體積 B．收集一定體積的氣體所需雙氧水的質量）．
研究小組還對溶液濃度、溫度等實驗條件進行了探究．下表選取了部分實驗數(shù)據(jù)：
用足量等體積H
2O
2溶液制取相同體積O
2所需的時間
濃度
時間（min）
條件 |
30% H2O2 |
15% H2O2 |
5% H2O2 |
| 加入a g MnO2 |
0.2 |
0.8 |
2.0 |
[交流討論]從上表中還能得出的結論是：
H2O2溶液的質量分數(shù)越大產生氧氣的速率越快
H2O2溶液的質量分數(shù)越大產生氧氣的速率越快
．
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