Question

7．甲小組以H₂O₂分解為例，探究外界條件對反應速率的影響．在常溫下按照下表所示的方案完成實驗．

實驗編號	反應物	催化劑
①	10mL 2% H2O2溶液	無
②	10mL 5% H2O2溶液	無
③	10mL 5% H2O2溶液	1mL 0.1mol•L-1 FeCl3溶液

（1）實驗①和②的目的是濃度對化學反應速率的影響．進行實驗時沒有觀察到明顯現(xiàn)象而無法得出結論．資料顯示，通常條件下H₂O₂穩(wěn)定，不易分解．為了達到實驗目的，你對原實驗方案的改進方法是相同溫度的水浴加熱或加入相同量的MnO₂等催化劑（填一種即可）．
（2）利用實驗②和③可知加入FeCl₃溶液可以催化H₂O₂分解，已知FeCl₃溶液中含有H₂O、Fe³⁺和Cl^-三種粒子，為探究哪種粒子具有催化作用，有如下三種猜想：
猜想1：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O
猜想2：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺
猜想3：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-
你認為最不可能的是猜想1；理由是因過氧化氫溶液中自身有水，可見水不是催化劑．
（3）同學們又對余下的兩種猜想進行了實驗探究，請你幫助他們填寫下表：

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	實驗結論
向盛有5mL 15%的H2O2溶液的試管中加入少量的HCl，然后把帶火星的木條伸入試管中．	無明顯現(xiàn)象	①Cl-不具有催化作用或猜想3不正確
向盛有5mL 15%的H2O2溶液的試管中加入少量的FeCl3固體，然后把帶火星的木條伸入試管中．	②試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃	③Fe3+具有催化作用或猜想2正確

乙小組通過Na₂S₂O₃與0.1mol•L^-1 H₂SO₄反應溶液渾濁的時間，研究外界條件對化學反應速率的影響．設計實驗如下：

實驗編號	溫度/℃	Na2S2O3		V（H2SO4）/mL	V（H2O）/mL
		c/mol•L-1	V/mL
①	25	0.1	5.0	10.0	a
②	25	0.1	10.0	10.0	0
③	25	0.1	5.0	5.0	b

（4）已知：反應中除生成淡黃色沉淀外還會生成刺激性氣味的氣體，寫出反應離子方程式：S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O；
（5）若同時選擇實驗①②、實驗①③，測定混合液變渾濁的時間，可分別探究Na₂S₂O₃濃度和H₂SO₄的濃度對化學反應速率的影響，則表中b為10mL．

Answer 1

分析 （1）實驗①和②的濃度不同；為了便于比較，應在相同的條件下利用一個變量來比較，則向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中）；
（2）對于真正催化分解H₂O₂的到底是H₂O、Fe³⁺還是Cl^-，同學共有三個猜想，根據(jù)推理，可知最不可能的是猜想1，理由是過氧化氫溶液中自身有水，但一般情況過氧化氫溶液比較穩(wěn)定；
（3）通過加入加入少量的HCl引入Cl^-，而無明顯現(xiàn)象，起催化作用的不是Cl^-；從而可知起催化作用的一定是鐵離子，通過加入FeCl₃固體引入Fe³⁺，H₂O₂的分解被促進，故試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃，說明起催化作用的是Fe³⁺；
（4）根據(jù)題干已知：反應中除生成淡黃色沉淀外還會生成刺激性氣味的氣體，則生成物有硫單質和SO₂，據(jù)此寫出化學方程式Na₂S₂O₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+S↓+SO₂+H₂O，反應的離子方程式為：S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O；
（5）研究反應速率的影響因素需要只改變一個條件分析，則根據(jù)溶液總體積應完全相同進行計算．

解答 解：（1）實驗①和②的濃度不同，則該實驗的目的為探究濃度對化學反應速率的影響；為了便于比較，應在相同的條件下利用一個變量來比較，
則向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中），
故答案為：探究濃度對反應速率的影響；向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中）；
（2）三個猜想中，最不可能的是猜想1，理由是過氧化氫溶液中自身有水，但一般情況過氧化氫溶液比較穩(wěn)定，不會自行分解，可見水不是催化劑，
故答案為：1； 因過氧化氫溶液中自身有水，可見水不是催化劑；
（3）由第（2）題排除了甲同學的猜想，現(xiàn)向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的試管中加入少量的HCl，引入了Cl^-，將帶火星的木條伸入試管．無明顯現(xiàn)象，可見Cl^-沒有促進H₂O₂ 分解，證明Cl^-不是H₂O₂分解的催化劑．丙同學猜想不正確，故結論為：起催化作用的不是Cl^-；
甲和丙同學的猜想均不正確，可知起催化作用的一定是乙同學的猜想：Fe³⁺，所以應該向盛有5ml5%的H₂O₂溶液的試管中加入少量的鐵鹽來引入Fe³⁺，由于Fe³⁺起到了催化作用促進了雙氧水分解，所以現(xiàn)象為：試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃，說明是Fe³⁺起到了催化作用，
故答案為：Cl^-不具有催化作用或猜想3不正確；試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃；Fe³⁺具有催化作用或猜想2正確；
（4）根據(jù)題干已知：反應中除生成淡黃色沉淀外還會生成刺激性氣味的氣體，則生成物有硫單質和SO₂，據(jù)此寫出化學方程式Na₂S₂O₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+S↓+SO₂+H₂O，反應的離子方程式為：S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O，
故答案為：S₂O₃^2-+2H⁺═S↓+SO₂↑+H₂O；
（5）①研究化學反應速率的影響因素實驗，需要其他條件不變，改變其中一個條件分析判斷，所以溶液總體積應完全相同，由表格中實驗②數(shù)據(jù)溶液總體積為20.0mL，則V=20.0-5.0-5.0=10.0mL，
故答案為：10．

點評 本題從對比試驗的角度驗證了對H₂O₂起催化作用的是Fe³⁺及研究外界條件對化學反應速率的影響，把握催化劑對反應速率的影響及習題中的信息為解答的關鍵，注意氧氣的檢驗方法，題目難度中等．