Question

4．研究催化劑對化學(xué)反應(yīng)有重要意義．為探究催化劑對雙氧水分解的催化效果，某研究小組做了如下實驗：

（1）甲同學(xué)欲用上圖所示實驗來證明MnO₂是H₂O₂分解反應(yīng)的催化劑，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）為探究MnO₂的質(zhì)量對催化效果的影響，乙同學(xué)分別量取50mL 1% H₂O₂加入容器中，在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，加入不同質(zhì)量的MnO₂，測量所得氣體體積，數(shù)據(jù)如表：

MnO2的質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.4
40s末O2體積/mL	49	61	86

由此得出的結(jié)論是在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，增加MnO₂的質(zhì)量，化學(xué)反應(yīng)速率加快．
（3）為分析Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解反應(yīng)的催化效果，丙同學(xué)設(shè)計如表實驗（三支試管中均盛有10mL 5% H₂O₂ ）：

試管	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
滴加試劑	5滴0.1mol•L-1FeCl3	5滴0.1mol•L-1 CuCl2	5滴0.3mol•L-1 NaCl
產(chǎn)生氣 泡情況	較快產(chǎn)生細(xì)小氣泡	緩慢產(chǎn)生細(xì)小氣泡	無氣泡產(chǎn)生

結(jié)論是Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解均有催化效果，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好，實驗Ⅲ的目的是對比實驗，說明Cl^-對的H₂O₂分解沒有催化效果．
（4）查閱資料得知：將作為催化劑的FeCl₃溶液加入H₂O₂溶液后，溶液中會發(fā)生兩個氧化還原反應(yīng)，且兩個反應(yīng)中H₂O₂均參加了反應(yīng)，試從催化劑的角度分析，這兩個氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl和2FeCl₂+H₂O₂+2HCl═2FeCl₃+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧氣；
（2）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，二氧化錳質(zhì)量的增加，相同時間內(nèi)收集到氧氣的體積也相應(yīng)增加，說明反應(yīng)速率加快，從而得出結(jié)論；
（3）從所給的數(shù)據(jù)可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產(chǎn)生氣泡的快慢不一樣，說明不同催化劑對反應(yīng)的催化效果不一樣，要對比Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解反應(yīng)的催化效果，必須排除溶液中的陰離子是否有催化作用，試管Ⅲ就很好的解決了這個問題；
（4）根據(jù)化合價的升降和催化劑會參加反應(yīng)，但最終性質(zhì)和質(zhì)量不改變寫出反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧氣，反應(yīng)的方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（2）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，二氧化錳質(zhì)量的增加，相同時間內(nèi)收集到氧氣的體積也相應(yīng)增加，說明反應(yīng)速率加快，原因是在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，固體質(zhì)量越大，其表面積也越大，故反應(yīng)速率加快，催化效果更好；
故答案為：在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，MnO₂質(zhì)量越大，反應(yīng)速率越快；
（3）從所給的數(shù)據(jù)可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產(chǎn)生氣泡是試管Ⅰ快，試管Ⅱ慢，試管Ⅲ無氣泡產(chǎn)生，試管Ⅲ是一個對比實驗，說明Cl^-對H₂O₂的分解沒有催化作用，從而得到Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好的結(jié)論，
故答案為：Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好；對比實驗，證明Cl^-對H₂O₂的分解沒有催化作用；
（4）根據(jù)化合價的升降和催化劑會參加反應(yīng)，但最終性質(zhì)和質(zhì)量不改變寫出反應(yīng)方程式，F(xiàn)eCl₃和H₂O₂反應(yīng)，F(xiàn)eCl₃中鐵元素化合價降低，生成氯化亞鐵，雙氧水中氧元素化合價升高，生成氧氣，方程式為：2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl；FeCl₃作催化劑，在第二個反應(yīng)中重新生成，氯化亞鐵又被雙氧水氧化成氯化鐵，方程式為：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O；
故答案為：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O．

點評 本題考查了催化劑在反應(yīng)中起到的作用，以及催化劑的質(zhì)量大小對反應(yīng)速率的影響探究，并考查了對比實驗的重要性，結(jié)合催化劑的特點分析催化機理，并對方程式進(jìn)行推導(dǎo)，綜合性較強，題目難度中等．