Question

人教版新課標化學教材九年級上冊“分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的催化作用”，以及“尋找新的催化劑”研究性實驗，引起了化學探究小組的興趣．
【提出問題】氧化鐵能否作過氧化氫溶液分解的催化劑？如果能，其催化效果如何？
【實驗研究】

實驗步驟	實驗現象
I．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入A、B 兩支試管中，向A試管中加入ag氧化鐵（Fe2O3）粉末，并分別在A、B兩支試管中插入帶火星木條，觀察現象．	A試管中產生氣泡，帶火星木條復燃，B試管中無明顯現象
II．待A試管中沒有現象發生時，重新加入過氧化氫溶液，并把帶火星的木條伸入試管，如此反復多次試驗，觀察現象．	試管中均產生氣泡，帶火星木條均復燃
III．將實驗II中的剩余物進行分離，并將所得氧化鐵粉末進行洗滌、干燥、稱量，所得固體質量仍為ag．
IV分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入C、D 兩支試管中，向C試管中加入ag氧化鐵粉末，向D試管中加入ag二氧化錳粉末，觀察現象．

（1）在第III步中，要使剩余物分離必須進行的操作是

 

，必須用到的儀器有鐵架臺、玻璃棒、燒杯和

 

，玻璃棒的作用是

 

．
（2）在第 IV步實驗中，可以用點滴板（如圖所示）代替試管C、D完成，改進后的優點是

 

．
【實驗結論】
（1）實驗 II和 III分別可以證明：氧化鐵的

 

和

 

在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑；
（2）寫出實驗I的A試管中發生反應的符號表達式

 

．
【實驗評論】
（1）實驗設計IV的目的是

 

；
（2）若實驗IV觀察到D試管中產生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結論是

 

．
【知識拓展】
（1）查閱資料得知，CuO、CuSO₄、豬肝、馬鈴薯等也可以做過氧化氫溶液分解的催化劑．下列有關催化劑的說法中正確的是

 

．
A．催化劑只加快化學反應速率
B．同一個化學反應可以有多種催化劑
C．MnO₂只能作過氧化氫溶液分解的催化劑
D．用作催化劑的物質不可能是其他反應的反應物或生成物
（2）馬鈴薯長期放置后會發芽，發芽馬鈴薯中含有一種致毒成分茄堿（C₄₅H₇₃O₁₅N），又稱馬鈴薯毒素，是一種弱堿性的甙生物堿，又名龍葵甙，大量食用未成熟或發芽馬鈴薯可引起急性中毒．
①茄堿的相對分子質量為

 

；
②茄堿中氫、氧兩種元素的元素質量比為

 

；
③茄堿中氧元素的質量分數為

 

（計算結果保留一位小數）；
④433.5g茄堿中含有

 

g碳元素．

Answer 1

分析：【實驗研究】（1）根據二氧化錳難溶于水，過濾可除去難溶性物質以及過濾的儀器進行解答；
（2）根據用點滴板代替試管C、D完成，改進后的優點是節約藥品，可以做對比試驗進行解答；
【實驗結論】（1）根據實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質量和化學性質在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑進行解答；
（2）根據氧化鐵催化過氧化氫分解生成水和氧氣進行解答；
【實驗評價】（1）根據二氧化錳也能做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑進行解答；
（2）根據若實驗Ⅳ觀察到D試管中產生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結論是二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑進行解答；
【實驗拓展】（1）根據催化劑的含義進行解答；
（2）根據茄堿的化學式為C₄₅H₇₃O₁₅N進行解答．

解答：解：【實驗研究】（1）二氧化錳難溶于水，過濾可除去難溶性物質，所以在第III步中，要使剩余物分離必須進行的操作是過濾；過濾的儀器有鐵架臺、玻璃棒、燒杯和漏斗，玻璃棒的作用是引流；故填：過濾；漏斗；引流；
（2）用點滴板代替試管C、D完成，改進后的優點是節約藥品，可以做對比試驗；故填：節約藥品，可以做對比試驗；
【實驗結論】
（1）實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質量和化學性質在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑；故填：質量；化學性質；
（2）氧化鐵催化過氧化氫分解生成水和氧氣，化學方程式為：2H₂O₂

三氧化二鐵  .

2H₂O+O₂↑；故填：2H₂O₂

三氧化二鐵  .

2H₂O+O₂↑；
【實驗評價】（1）二氧化錳也能做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑，所以設計實驗Ⅳ的目的是氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；故填：氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
（2）若實驗Ⅳ觀察到D試管中產生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結論是二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；故填：二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
【實驗拓展】A．催化劑不只是加快化學反應的速率，還能減慢化學反應的速率，故A錯誤；
B．根據題目的信息可知同一個化學反應可以有多種催化劑，故B正確；
C．MnO₂不只能作為氧化氫溶液分解的催化劑，還可以作其他反應的催化劑，故C錯誤；
D．用作催化劑的物質可能是其它反應的反應物或生成物，例如二氧化錳是高錳酸鉀受熱分解制氧氣的生成物，故D錯誤；
故選：B；
（2）由茄堿的化學式為C₄₅H₇₃O₁₅N可知：①茄堿的相對分子質量=12×45+1×73+16×15=867；故填：867；
②茄堿中氫、氧兩種元素的元素質量比=（1×73）：（16×5）=73：240；故填：73：240；
③茄堿中氧元素的質量分數=

16×15

867

×100%=27.7%；故填：27.7%；
④433.5g茄堿中含有碳元素的質量433.5g×

12×45

867

×100%=270g；故填：270．

點評：此題考查了催化劑的特點與催化作用，以及實驗室中制取氧氣的反應原理來解答此題，鍛煉了學生分析問題解決問題能力．