Question

11．某興趣小組同學對實驗室制備氧氣的若干問題進行如下實驗探究．
（1）為探究催化劑的種類對氯酸鉀分解速度的影響，甲同學設(shè)計以下對比實驗：
Ⅰ．將2.45g KClO₃與1.0g MnO₂均勻混合加熱
Ⅱ．將x g KClO₃與1.0g CuO均勻混合加熱
在相同溫度下，比較兩組實驗產(chǎn)生O₂的快慢．通常采用的方法有：
①測相同時間內(nèi)產(chǎn)生O₂的體積
②測收集相同體積O₂所需的時間；
Ⅰ中反應的文字表達式是氯酸鉀 $→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣；
Ⅱ中x的值應為2.45．
（2）乙同學用KClO₃和MnO₂的混合物制取O₂，完全反應后的固體殘渣，經(jīng)以下四步實驗操作，回收得到了較純凈的MnO₂（殘渣中只有MnO₂難于水）．
他的正確操作先后順序是bcda（填寫選項符號）．
a．烘干       b．溶解        c．過濾       d．洗滌
步驟 c需用到的實驗儀器有：鐵架臺（帶鐵圈）、漏斗、燒杯、．
（3）丙同學對課本“分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的催化作用”以及“尋找新的催化劑”研究性實驗，引起了化學探究小組的興趣．
【提出問題】氧化鐵能否作過氧化氫溶液分解的催化劑？如果能，其催化效果如何？
【實驗探究】

實驗步驟	實驗現(xiàn)象
I．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入A、B 兩支試管中，向A試管中加入ag氧化鐵粉末，并分別在A、B兩支試管中插入帶火星木條，觀察現(xiàn)象．	A試管中產(chǎn)生氣泡，帶火星木條復燃，B試管中無明顯現(xiàn)象
II．待A試管中沒有現(xiàn)象發(fā)生時，重新加入過氧化氫溶液，并把帶火星的木條伸入試管，如此反復多次試驗，觀察現(xiàn)象．	試管中均產(chǎn)生氣泡，帶火星木條均復燃
III．將實驗 II中的剩余物小心過濾，并將所得濾渣進行洗滌、干燥、稱量，所得固體質(zhì)量仍為ag．	/
IV．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入C、D 兩支試管中，向C試管中加入ag氧化鐵粉末，向D試管中加入ag二氧化錳粉末，觀察現(xiàn)象．	/

【實驗結(jié)論】
（1）A中產(chǎn)生的氣體是氧氣．
（2）實驗II、III證明：氧化鐵的質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應前后均沒有發(fā)生變化，可以作過氧化氫溶液分解的催化劑．
（3）寫出氧化鐵催化過氧化氫溶液分解的文字表達式過氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣．
【實驗評價】
（1）實驗設(shè)計IV的目的是進行對比．
（2）若實驗IV觀察到D試管中產(chǎn)生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結(jié)論是二氧化錳的催化效果比氧化鐵好．
【實驗拓展】
（1）查閱資料得知：氧化銅、硫酸銅、馬鈴薯等也可以做過氧化氫溶液分解的催化劑．下列有關(guān)催化劑的說法中正確的是B（填序號）．
A．MnO₂只能作過氧化氫溶液分解的催化劑
B．同一個化學反應可以有多種催化劑
C．催化劑只能加快化學反應的速率
D．用作催化劑的物質(zhì)不可能是其他反應的反應物或生成物
（2）實驗創(chuàng)新是中學生最為重要的科學素養(yǎng)．如圖是某學校的師生對“MnO₂催化H₂O₂溶液分解實驗裝置的創(chuàng)新設(shè)計”，實驗過程如下：
①將一支球形干燥管水平放置，用滴管吸取3mL（密度為1g/mL）質(zhì)量分數(shù)為5%的H₂O₂加入干燥管的球泡內(nèi)，再用藥匙取0.2g MnO₂粉末，加在干燥管的進氣管的管壁上．
②點燃橡膠塞上棒香后，塞緊干燥管并將其豎立，觀察到帶火星的棒香立即復燃．

對該創(chuàng)新實驗的評價，你認為不合理的是BC（填序號）．
A．實驗中所用的儀器、材料及藥品均易得到
B．實驗使用的藥品用量太大
C．反應速度太慢，耽誤時間
D．實驗現(xiàn)象明顯，整個裝置好似點燃的燈塔，趣味性強．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)在相同溫度下，比較兩組實驗產(chǎn)生O₂的快慢可采用測相同時間內(nèi)產(chǎn)生O₂的體積或收集相同體積O₂所需的時間進行解答；
Ⅰ、根據(jù)氯酸鉀在二氧化錳做催化劑和加熱的條件下分解成氯化鉀和氧氣分析；用氯酸鉀和二氧化錳的混合物制取O₂，完全反應后的固體殘渣是氯化鉀和二氧化錳，氯化鉀溶于水，二氧化錳不溶于水，因此可以通過溶解、過濾、洗滌、干燥的方法，回收得到較純凈的二氧化錳；
【實驗結(jié)論】（1）根據(jù)氧氣具有助燃性，能使帶火星木條復燃進行解答；
（2）根據(jù)實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應前后均沒有發(fā)生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑進行解答；
【實驗評價】根據(jù)實驗的過程分析實驗設(shè)計IV的目的；
【實驗拓展】（1）根據(jù)催化劑的含義進行解答．
（2）根據(jù)評價要實事求是，不能隨便亂說，實驗使用的藥品用量不算大；反應速度不慢進行分析．

解答 解：（1）在相同溫度下，比較兩組實驗產(chǎn)生O₂的快慢可采用測相同時間內(nèi)產(chǎn)生O₂的體積或收集相同體積O₂所需的時間；
Ⅰ、氯酸鉀在二氧化錳做催化劑和加熱的條件下分解成氯化鉀和氧氣，反應的文字表達式是：氯酸鉀 $→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣；
Ⅱ、控制氯酸鉀的質(zhì)量相等才能比較出二氧化錳和氧化銅的催化效果，所以x的值應為2.45；
（2）用氯酸鉀和二氧化錳的混合物制取O₂，完全反應后的固體殘渣是氯化鉀和二氧化錳，氯化鉀溶于水，二氧化錳不溶于水，因此可以通過溶解、過濾、洗滌、干燥的方法，回收得到較純凈的二氧化錳；故答案為：bcda   
【實驗結(jié)論】（1）氧氣具有助燃性，能使帶火星木條復燃，所以有實驗現(xiàn)象A試管中產(chǎn)生氣泡，帶火星木條復燃，可知A中產(chǎn)生的氣體是氧氣；故填：氧氣；
（2）實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質(zhì)量和化學性質(zhì)在反應前后均沒有發(fā)生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑；故填：質(zhì)量；化學性質(zhì)；
（3）氧化鐵催化過氧化氫溶液分解的文字表達式為：過氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣；
【實驗評價】由實驗的過程可知，氧化鐵和二氧化錳都能加快過氧化氫的分解，二者可以起到對比的作用；若實驗4觀察到D試管中產(chǎn)生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結(jié)論是二氧化錳的催化效果比氧化鐵好；
【實驗拓展】
（1）A．MnO₂不只能作為氧化氫溶液分解的催化劑，還可以作其他反應的催化劑，故A錯誤；
B．根據(jù)題目的信息可知同一個化學反應可以有多種催化劑，故B正確；
C．催化劑不只是加快化學反應的速率，還能減慢化學反應的速率，故C錯誤；
D．用作催化劑的物質(zhì)可能是其它反應的反應物或生成物，例如二氧化錳是高錳酸鉀受熱分解制氧氣的生成物，故D錯誤．
（2）評價要實事求是，不能隨便亂說，實驗使用的藥品用量不算大；反應速度不慢，故選：BC．
故答案為：（1）收集相同體積O₂所需的時間；氯酸鉀 $→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣；2.45；
（2）bcda；
（3）（1）氧氣；（2）質(zhì)量；化學性質(zhì)；（3）過氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣；
【實驗評價】（1）進行對比；（2）二氧化錳的催化效果比氧化鐵好；
【實驗拓展】
（1）B．
（2）BC．

點評 本題通過實驗探究了二氧化錳和氧化銅在過氧化氫制氧氣中的催化作用，側(cè)重實驗能力和分析能力的考查．