Question

20．科學實驗的重要環(huán)節(jié)是進行科學實驗設計．科學實驗的正確步驟應為：
①明確實驗目的；②收集有關資料；③設計合理方案；④進行科學實驗．請你按照以上四個步驟，完成以下實驗設計，根據(jù)如圖回答問題：

（1）在實驗室中用過氧化氫（H₂O₂）制取氧氣．
[明確實驗目的]：用過氧化氫在實驗室里制取氧氣．
[收集有關資料]過氧化氫是一種無色液體，在二氧化錳的催化作用下，迅速分解出氧氣，其反應的文字表達式為：過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣．
[設計合理方案]：發(fā)生裝置選用B（填字母序號，下同），E裝置收集氣體的合適時機是氣泡連續(xù)、均勻冒出時．A裝置中試管口略向下傾斜的目的是防止冷凝水倒流引起試管炸裂．
[進行科學實驗]寫出指定儀器的名稱：①試管　②集氣瓶
（2）在實驗室中，可以用加熱KMnO₄的方法制取氧氣．
①[明確實驗目的]：用高錳酸鉀在實驗室里制取氧氣：其反應的文字表達式為：高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣．
②[設計合理方案]：發(fā)生裝置選用A．若用F裝置收集氧氣，氧氣應從a（填“a”或“b”）端通入，用此裝置收集氧氣，你驗證集氣瓶中是否已收集滿的方法是將帶火星的木條放于b導管口處，若木條復燃則收集滿了．
③[實驗現(xiàn)象分析]：小明在實驗過程中看到水槽中的水變成了紅色，可能原因是試管口未放棉花．
（3）與A裝置相比，用B裝置制O₂的優(yōu)點是不需加熱，節(jié)約能源（合理均可）（至少寫一點）．
（4）用G裝置做硫在氧氣中燃燒實驗，燃燒結束后取出燃燒匙，立即用玻璃片蓋住瓶口并振蕩，若將集氣瓶倒轉，發(fā)現(xiàn)玻璃片被“吸住”而不掉下來（如圖甲），你分析其原因是硫燃燒生成SO₂，SO₂與NaOH溶液反應，導致瓶內氣壓減小，外界大氣壓將玻璃片“托住”．
（5）為完成上述（4）中的實驗，用10mL量筒量取6mL水時，讀數(shù)時量筒內的液體凹液面最低處應與乙圖中a處（填“a”或“b”）刻度線保持水平．

Answer 1

分析 （1）[設計合理方案]：實驗室用過氧化氫制取氧氣的反應物是固體和液體，反應條件是常溫，屬于固液常溫型，故選發(fā)生裝置B，排水法收集氣體要等氣泡連續(xù)、均勻冒出再收集，防止收集的氣體不純；試管口下傾是為了防止冷凝水倒流引起試管炸裂；
[進行科學實驗]：據(jù)常用儀器回答；
（2）①據(jù)反應原理書寫表達式；
②加熱高錳酸鉀制取氧氣的反應物是固體，反應條件是加熱，屬于固體加熱型，故選發(fā)生裝置A，氧氣密度比空氣大，所以應從長管進氣，驗滿氧氣用帶火星的木條放于瓶口，觀察木條是否復燃進行判斷；
③水槽中的水變成了紅色，可能是試管口未放棉花，高錳酸鉀粉末進入導管所致；
（3）B裝置具有不需加熱，節(jié)約能源，操作簡便，環(huán)保等優(yōu)點；
（4）根據(jù)集氣瓶內外的氣壓結合物理知識分析；
（5）根據(jù)量筒的讀數(shù)方法分析：平視凹液面的最低處．

解答 解：（1）[設計合理方案]：實驗室用過氧化氫制取氧氣的反應物是固體和液體，反應條件是常溫，屬于固液常溫型，故選發(fā)生裝置B，排水法收集氣體要等氣泡連續(xù)、均勻冒出再收集，防止收集的氣體不純；試管口下傾是為了防止冷凝水倒流引起試管炸裂；
[進行科學實驗]：標號儀器分別是試管和集氣瓶；
（2）①加熱高錳酸鉀生成 錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，反應的文字表達式是：高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣；
②加熱高錳酸鉀制取氧氣的反應物是固體，反應條件是加熱，屬于固體加熱型，故選發(fā)生裝置A，氧氣密度比空氣大，所以應從長管進氣，將空氣擠壓到集氣瓶上部排出；驗滿氧氣用帶火星的木條放于瓶口，觀察木條是否復燃進行判斷；
③水槽中的水變成了紅色，可能是試管口未放棉花，高錳酸鉀粉末進入導管所致；
（3）B裝置具有不需加熱，節(jié)約能源，操作簡便，環(huán)保、可隨時添加過氧化氫溶液等優(yōu)點；
（4）玻璃片被“吸住”而不掉下來，其原因是：二氧化硫與氫氧化鈉反應，導致集氣瓶內的氣壓減小，外界大氣壓將玻璃片“托住”；
（5）量筒的刻度上邊大，6mL在5mL的上方，讀數(shù)時要平視凹液面的最低處，故是a處；
故答案為：（1）[設計合理方案]：B；氣泡連續(xù)、均勻冒出時；防止冷凝水倒流引起試管炸裂；
[進行科學實驗]：試管；集氣瓶；
（2）①高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣；
②A；a；將帶火星的木條放于b導管口處，若木條復燃則收集滿了；
③試管口未放棉花；
（3）不需加熱，節(jié)約能源（合理均可）；
（4）硫燃燒生成SO₂，SO₂與NaOH溶液反應，導致瓶內氣壓減小，外界大氣壓將玻璃片“托住”；
（5）a．

點評 本題考查了常見氣體的制取裝置、收集方法等的選擇、裝置評價及氧氣的性質等知識，并在此基礎上進行拓展，關鍵是明確發(fā)生裝置、收集方法選擇的依據(jù)及物理與化學相關的知識．