Question

催化劑在生產(chǎn)和科技領(lǐng)域起到重大作用．為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，某化學(xué)研究小組的同學(xué)分別設(shè)計了如圖1甲、乙所示的實驗．請回答相關(guān)問題：

（1）定性分析：如圖甲可通過觀察

 

，定性比較得出結(jié)論．同學(xué)X觀察甲中兩支試管產(chǎn)生氣泡的快慢，由此得出Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，其結(jié)論

 

（填“合理”或“不合理”），理由是

 

．
（2）定量分析：如圖乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實驗的因素均已忽略．實驗中檢驗氣密性的方法是

 

，需要測量的數(shù)據(jù)是

 

．
（3）加入0.10mol MnO₂粉末于50mL H₂O₂溶液中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出氣體的體積和時間的關(guān)系如圖2所示．
①實驗時放出氣體的總體積是

 

mL．
②放出

1

3

氣體所需時間為

 

min．
③計算H₂O₂的初始物質(zhì)的量濃度

 

．（請保留兩位有效數(shù)字）
④A、B、C、D各點反應(yīng)速率快慢的順序為

 

＞

 

＞

 

＞

 

．
⑤解釋④反應(yīng)速率變化的原因

 

．

Answer 1

考點：探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,性質(zhì)實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）比較反應(yīng)速率的大小可通過生成氣泡的快慢來判斷，比較金屬陽離子的催化效果要排斥陰離子的干擾；
（2）根據(jù)氣壓原理檢驗裝置的氣密性；收集的氣體的體積相同，若比較反應(yīng)速率快慢，需要知道生成40mL氣體所需的時間；
（3）①根據(jù)圖象確定生成氧氣的體積；
②根據(jù)圖象確定反應(yīng)需要的時間；
③根據(jù)氧氣的量計算雙氧水的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=

n

V

計算雙氧水的物質(zhì)的量濃度；
④利用平均速率結(jié)合圖象確定需要的時間，注意隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)速率逐漸降低；
⑤根據(jù)v=

△c

△t

比較A、B、C、D各點反應(yīng)速率快慢；
⑤物質(zhì)的濃度與反應(yīng)速率成正比，濃度減小，反應(yīng)速率減小．

解答： 解：（1）如圖甲可通過觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，定性比較得出催化劑的催化效果；催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，這里是加快速率，若圖1所示實驗中反應(yīng)速率為①＞②，則一定說明氯化鐵比硫酸銅催化效果好，因二者所含的陰離子不同，要證明Fe³⁺比Cu²⁺對H₂O₂分解催化效果好，還要使選擇的試劑中陰離子種類相同，所以得出Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，所以其結(jié)論不合理，
故答案為：產(chǎn)生氣泡的快慢；不合理； 陰離子種類不同；
（2）為保證測定相同時間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積的準(zhǔn)確性，要檢查裝置的氣密性，操作是：組裝好裝置乙，關(guān)閉A的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，松手后，看是否回到原位，回到原位證明氣密性良好，如圖乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實驗的因素均已忽略，如果比較反應(yīng)速率快慢，則實驗中需要測量的數(shù)據(jù)為：產(chǎn)生40mL氣體所需的時間，反應(yīng)時間越短，則反應(yīng)速率越快，
故答案為：組裝好裝置乙，關(guān)閉A的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，松手后，看是否回到原位，回到原位證明氣密性良好；產(chǎn)生40mL氣體所需的時間；
（3）①根據(jù)圖象知，第4分鐘時，隨著時間的推移，氣體體積不變，所以實驗時放出氣體的總體積是60 mL，故答案為：60；   
②放出

1

3

氣體體積是60 mL×

1

2

=20mL，根據(jù)圖象知，需要的時間是1min，故答案為：1；
③設(shè)雙氧水的物質(zhì)的量為x，
2H₂O₂ 

MnO2  .

2H₂O+O₂↑
2mol           22.4L
x              0.06L
x=

2mol×0.06L

22.4L

=0.0054mol，
所以其物質(zhì)的量濃度=

0.0054mol

0.05L

=0.11 mol?L^-1，
故答案為：0.11 mol?L^-1；
④根據(jù)圖象結(jié)合v=

△c

△t

知，A、B、C、D各點反應(yīng)速率快慢的順序為：D＞C＞B＞A，
故答案為：D；C；B；A；
⑤反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度成正比，隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減小，
故答案為：隨著反應(yīng)的進行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢．

點評：本題考查探究催化劑、濃度等對反應(yīng)速率的影響的實驗方案設(shè)計，試題涉及的題量稍大，根據(jù)v=

△c

△t

來設(shè)計實驗，通過得到氣體的體積和時間的關(guān)系確定影響反應(yīng)速率的因素，題目難度中等．