Question

8．某校化學興趣小組將用剩的過氧化氫溶液倒入放有表面生銹鐵釘?shù)膹U液缸中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了大量的氣泡，經(jīng)檢驗此氣體為氧氣．根據(jù)學過的知識初步判斷，是生銹鐵釘中的某種物質(zhì)加快了過氧化氫的分解，那么究竟是哪種物質(zhì)加快了過氧化氫的分解速率？
請你參與他們的研究，分享和體驗探究實驗的快樂．
【猜想與假設(shè)】甲同學：鐵釘表面的鐵銹（主要含：氧化鐵）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同學：鐵釘里的鐵加快了H₂O₂的溶液分解．
【設(shè)計方案和實驗】完成下列表格

實驗方案	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的試管中加入2g 氧化鐵粉末，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現(xiàn)象．	有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星木條復燃	甲同學結(jié)論成立．
方案二：向盛有10mL5%H2O2溶液的試管中加入鐵粉末，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現(xiàn)象．	無明顯現(xiàn)象	乙同學結(jié)論不成立．

【討論交流】丙同學認為“方案一”只能說明鐵銹加快了H₂O₂溶液的分解，并不能說鐵銹就一定是催化劑．你是否支持丙同學的觀點？支持，如果要證明氧化鐵是催化劑，就要設(shè)計一個實驗來證明，這個實驗的設(shè)計原理是設(shè)計實驗驗證Fe₂O₃在反應前后質(zhì)量和化學性質(zhì)是否改變．
（2）某�；瘜W活動小組對測定空氣中氧氣的體積分數(shù)做了如下回顧和探究．
【知識回顧】初中化學常采用燃燒某物質(zhì)的方法來測定空氣中氧氣的體積分數(shù)（如圖一）．寫出該物質(zhì)在空氣中燃燒的文字或符號表達式：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
若實驗操作規(guī)范，該實驗得出的結(jié)論是氧氣約占空氣體積的五分之一．
該方法測定的結(jié)果偏小的可能原因是①②④（填序號）．

①紅磷量不足   ②裝置氣密性不好   ③彈簧夾沒有加緊    ④沒有冷卻到室溫
【探究實驗】活動小組同學用如圖二的裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗．待點燃的鎂條在密閉的集氣瓶中停止燃燒，冷卻到室溫，打開止水夾，發(fā)現(xiàn)進入集氣瓶中的水的體積約為其容積的70%．
【提出問題】集氣瓶中氣體為什么減少了70%這么多？
【討論分析】根據(jù)空氣的組成，可推出減少的氣體中
一定有氮氣，因為如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，
則進入集氣瓶中的水的體積最多不超過容積的21%．
【查閱資料】鎂條的化學性質(zhì)很活潑，能和氧氣劇烈反應；
也能在氮氣中燃燒，產(chǎn)物為黃綠色的氮化鎂固體．
【反思拓展】如果用燃燒法來測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，不能選用鎂條，因為鎂條除了和氧氣反應，還要和氮氣等反應；也不能選用鐵絲，其原因是鐵絲在空氣中不能燃燒；一般也不會選用木炭或硫粉，其原因是碳和硫燃燒產(chǎn)生氣體占據(jù)了消耗掉的氧氣的空間，壓強不變，不能準確測定氧氣的含量．

Answer 1

分析 （1）此題涉及到“尋找新的催化劑”，將生銹的鐵釘放到過氧化氫溶液中探究過氧化氫溶液的分解速率，通過[猜想與假設(shè)]，再利用[設(shè)計方案和實驗]，經(jīng)過[設(shè)計方案和實驗]的實驗過程及現(xiàn)象得出結(jié)論，再經(jīng)過[討論交流]，知氧化碳能做過氧化氫溶液的催化劑，而鐵單質(zhì)不能做其反應的催化劑．
（2）紅磷燃燒產(chǎn)生五氧化二磷，氧氣約占空氣體積的五分之一；實驗成功的關(guān)鍵為白磷過量、反應充分、氣密性良好等；
根據(jù)空氣主要是由氮氣和氧氣組成的，其中氧氣的體積分數(shù)為五分之一；鎂燃燒會消耗氮氣和氧氣等；根據(jù)分析總結(jié)測定氧氣合理的方法

解答 解：[猜想與假設(shè)]生銹鐵釘?shù)慕M成主要是：氧化鐵和鐵．甲同學猜想：鐵釘表面的氧化鐵加快了H₂O₂的溶液分解，因此乙同學：鐵釘里的鐵加快了H₂O₂的溶液分解．
故答案是：鐵；
[設(shè)計方案和實驗]方案一：因甲同學結(jié)論成立，所以實驗現(xiàn)象為有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星木條復燃；
方案二：根據(jù)乙同學的猜想可知，應向盛有10mL 5% H₂O₂溶液的試管中加入鐵粉；沒有現(xiàn)象說明乙同學結(jié)論不成立；
[討論交流]
“方案一”只能說明Fe₂O₃加快了H₂O₂溶液的分解，并不能說Fe₂O₃就一定是催化劑，因為催化劑除了改變反應的速率之外，它的化學性質(zhì)和質(zhì)量在反應前后必須不變；如果要證明氧化鐵是催化劑，還需要設(shè)計實驗驗證Fe₂O₃在反應前后質(zhì)量和化學性質(zhì)是否改變；
故答案為：
【猜想與假設(shè)】鐵；
【設(shè)計方案和實驗】有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星木條復燃；向盛有10mL 5% H₂O₂溶液的試管中加入鐵粉末，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現(xiàn)象．【討論交流】支持；設(shè)計實驗驗證Fe₂O₃在反應前后質(zhì)量和化學性質(zhì)是否改變；
（2）【知識回顧】紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，打開止水夾后燒杯中的水進入廣口瓶中大約占廣口瓶容積的五分之一，該反應生成了五氧化二磷，其符號表達式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$P₂O₅；進入集氣瓶中水的體積小于五分之一，有可能有以下幾點：裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數(shù)；如果進入集氣瓶中水的體積大于五分之一，可能是操作太慢，或沒有夾緊彈簧夾，致使裝置內(nèi)的部分空氣逸散出來；
故答案為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧氣約占空氣體積的五分之一；①②④；
【討論分析】空氣主要是由氮氣和氧氣組成的，其中氧氣的體積分數(shù)為五分之一，鎂燃燒會消耗氮氣和氧氣，導致消耗的氣體多，進入的水就多；故答案為：21；
【反思拓展】鐵絲在空氣中不能燃燒，只能在氧氣中燃燒；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，硫粉燃燒生成二氧化硫氣體，產(chǎn)生的氣體占據(jù)了消耗掉的氧氣的空間，壓強不變，不能用于該實驗；用燃燒法測定空氣中氧氣的體積分數(shù)時，反應物易于跟空氣中氧氣反應而不能與其他成分反應，生成物不能產(chǎn)生氣體（如果能夠想辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）；
故答案為：鐵絲在空氣中不能燃燒；碳和硫燃燒產(chǎn)生氣體占據(jù)了消耗掉的氧氣的空間，壓強不變，不能準確測定氧氣的含量．

點評 本題的思路很明確，就是驗證氧化鐵對過氧化氫分解是否有催化作用，按照探究實驗的步驟按部就班的完成．測定空氣里氧氣含量的有關(guān)知識，根據(jù)題目出示的信息結(jié)合已學知識提高自己的分析能力．