Question

1．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(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)．請回答相關(guān)問題：

（1）定性分析：如圖甲可通過觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，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)論不合理（填“合理”或“不合理”），理由是陰離子種類不同．
（2）定量分析：如圖乙所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略．實(shí)驗(yàn)中需要測量的數(shù)據(jù)是產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間．
（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(shí)間的關(guān)系如圖丙所示．
①實(shí)驗(yàn)時(shí)放出氣體的總體積是60mL．
②放出1/3氣體所需時(shí)間為1 min．
③計(jì)算H₂O₂的初始物質(zhì)的量濃度0.11 mol•L^-1． （請保留兩位有效數(shù)字）
④A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)镈＞C＞B＞A．
⑤解釋④反應(yīng)速率變化的原因隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢．

Answer 1

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）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(shí)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(shí)間；
③根據(jù)氧氣的量計(jì)算雙氧水的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算雙氧水的物質(zhì)的量濃度；
④根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$比較A、B、C、D各點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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）如圖乙所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略，如果比較反應(yīng)速率快慢，則實(shí)驗(yàn)中需要測量的數(shù)據(jù)為：產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間越短，則反應(yīng)速率越快，
故答案為：產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間；
（3）①根據(jù)圖象知，第4分鐘時(shí)，隨著時(shí)間的推移，氣體體積不變，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)放出氣體的總體積是60 mL，故答案為：60；
②放出 $\frac{1}{3}$氣體體積是60 mL×$\frac{1}{2}$=20mL，根據(jù)圖象知，需要的時(shí)間是1min，故答案為：1；
③設(shè)雙氧水的物質(zhì)的量為x，
2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
2mol            22.4L
x                0.06L
x=$\frac{2mol×0.06L}{22.4L}$=0.0054mol，
所以其物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.0054mol}{0.05L}$=0.11 mol•L^-1，
故答案為：0.11 mol•L^-1；
④根據(jù)圖象結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$知，A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)椋篋＞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(jìn)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(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢．

點(diǎn)評 本題考查探究催化劑、濃度等對反應(yīng)速率的影響的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，試題涉及的題量稍大，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過得到氣體的體積和時(shí)間的關(guān)系確定影響反應(yīng)速率的因素，題目難度中等．