Question

17．某興趣小組同學對實驗室制備氧氣的條件進行深入探究，請你參與：
【探究活動一】為探究催化劑的種類對氯酸鉀分解速率的影響，甲同學設計如表對比實驗：

	氯酸鉀的質量	催化劑的種類	MnO2的質量	反應條件	收集45.0mL O2所需的時間（S）
Ⅰ	3.0g	MnO2	1.0g	混合加熱	21
Ⅱ	xg	CuO	1.0g	混合加熱	48

（1）表Ⅱ中x的值應為3.0；通過分析上表數據，可以得出的實驗結論是：在相同的條件下，KClO₃在MnO₂作催化劑比CuO作催化劑的分解速率快（選填“快”或“慢”）
【探究活動二】為探究雙氧水濃度對過氧化氫分解速率的影響，乙同學設計以下實驗：
[進行實驗]
室溫下，選用50.0g不同溶質質量分數的雙氧水（1%、2%和4%）分別與0.1g二氧化錳進行實驗（如圖1，固定夾持儀器略去）．
（2）MnO₂在H₂O₂分解前后其質量和化學性質沒有發生改變，寫出H₂O₂分解的化學方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）按右圖裝置進行實驗，在裝藥品前應檢查該裝置的氣密性，具體做法是關閉分液漏斗活塞，加熱錐形瓶，如果注射器活塞外移（右移），停止加熱后注射器活塞回到原來位置，則裝置的氣密性良好．其中注射器的作用是測量生成氣體的體積．

[數據處理]
（4）乙同學進行實驗后，獲得的相關實驗數據記錄如表所示：

	雙氧水的質量	雙氧水的濃度	MnO2的質量	溫度	相同時間（10S）內產生O2體積（mL）
Ⅰ	50.0g	1%	0.1g	20℃	9
Ⅱ	50.0g	2%	0.1g	20℃	16
Ⅲ	50.0g	4%	0.1g	20℃	31

①本實驗中，測量O₂體積的裝置也可以選用如圖2的哪套裝置來代替C（填編號）．
②分析上表數據，可以得出不同濃度的雙氧水對過氧化氫分解速率影響的結論是：在相同條件下，雙氧水濃度越大，過氧化氫的分解速率越快．
[拓展延伸]
（5）丙同學認為用圖3裝置進行實驗，通過比較相同時間天平讀數差值大小也能探究雙氧水濃度對過氧化氫分解速率的影響．
（6）如表是實驗時記錄生成的二氧化碳氣體體積和對應的時間的一組實驗數據（每間隔4S讀數一次）：

時間/S	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40
氣體體積/mL	16.0	22.2	29.4	39.3	50.4	57.6	62.0	64.7	66.0	66.0

從上表數據可以分析得出，反應時間為36S時雙氧水與二氧化錳恰好完全反應；
反應過程中過氧化氫的分解速率先快后慢的主要原因是雙氧水在二氧化錳作催化劑下分解反應是放熱反應，使得開始時溶液溫度升高，過氧化氫的分解速率加快．然后隨著反應的不斷進行，雙氧水的濃度逐漸變小，過氧化氫的分解速率變慢．
（7）通過以上探究，你認為影響過氧化氫分解速率的因素還有溫度（填一條即可），請設計實驗方案驗證你的猜想分別取兩份質量相等的二氧化錳放入兩支試管中，然后分別加入體積和濃度相同，但溫度不同的雙氧水，比較其分解速率．

Answer 1

分析 （1）根據控制變量的實驗方法以及實驗數據來分析；
（2）根據催化劑的概念以及化學方程式的寫法來分析；
（3）根據裝置的特點來分析其檢查氣密性的方法；
（4）測量氧氣的體積采用的是排水法，將排出的水的用量筒收集起來，排出的水的體積就是氧氣的體積；氣體短管進長管出才能排出試劑瓶中的水，據此進行分析解答；根據表格數據來分析；
（5）在催化劑的作用下，過氧化氫會分解生成氧氣；
（6）根據表格數據以及反應物的濃度變化來分析；
（7）溫度對反應的速率也有影響．

解答 解：（1）控制氯酸鉀的質量相等才能比較出二氧化錳和氧化銅的催化效果，所以也應該取3.0g氯酸鉀；由表格數據可知，收集相同體積的氧氣，加入二氧化錳的需要的時間較短；故填：3.0；快；
（2）在該反應中，二氧化錳作為催化劑，其質量與化學性質在反應前后均不改變，在二氧化錳的催化作用下，過氧化氫分解為水和氧氣；故填：化學性質；2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）氣密性的檢驗是根據壓強原理，可以關閉分液漏斗活塞，加熱錐形瓶，如果注射器活塞外移（右移），停止加熱后注射器活塞回到原來位置，證明該裝置的氣密性良好；注射器可用來測量生成氣體的體積；故填：注射器活塞回到原來位置；測量生成氣體的體積；
（4）①測量氧氣的體積采用的是排水法，將排出的水的用量筒收集起來，排出的水的體積就是氧氣的體積；氣體短管進長管出才能排出試劑瓶中的水，要將瓶內的水排出來，A和B都不可以，應該選擇C裝置作為實驗裝置．故填：C；
②由表格數據可知，在相同條件下，雙氧水濃度越大，過氧化氫的分解速率越快；故填：在相同條件下，雙氧水濃度越大，過氧化氫的分解速率越快；
（5）在催化劑的作用下，過氧化氫分解為水和氧氣，氣體逸出，裝置質量減少，相同的時間內，質量減少的越多，反應速率越快；故填：相同時間天平讀數差值大小（其它合理也可）；
（6）由表格數據可知，在第36S時，氣體的體積不再增加，說明反應已經結束；該反應是個放熱反應，反應開始的過程中，反應物的濃度較大，且隨著溫度的升高，
反應速率較快，隨著反應的進行，反應物的濃度減少，溫度也在降低，反應的速率減慢了；故填：36；雙氧水在二氧化錳作催化劑下分解反應是放熱反應，使得開始時溶液溫度升高，過氧化氫的分解速率加快．然后隨著反應的不斷進行，雙氧水的濃度逐漸變小，過氧化氫的分解速率變慢．
（7）溫度對化學反應的速率可能也有影響，所以可設計如下實驗：分別取兩份質量相等的二氧化錳放入兩支試管中，然后分別加入體積和濃度相同，但溫度不同的雙氧水，比較其分解速率；故填：溫度；分別取兩份質量相等的二氧化錳放入兩支試管中，然后分別加入體積和濃度相同，但溫度不同的雙氧水，比較其分解速率．

點評 本題考查的是影響過氧化氫分解速率的因素，難度不大，完成此類題時，分析問題要注意控制變量．