Question

在我校實驗室實施的揚州市2011年中考化學實驗操作考查剛剛落下帷幕．實驗考查中H₂O₂分解制氧氣為何不采用MnO₂作催化劑？同學們為之展開了探究．
I、他們首先配制實驗所需的50mL、6%的H₂O₂溶液．
[配制溶液]
現有一瓶新購置的雙氧水，標簽如圖所示．
（1）若用這瓶雙氧水來配置6%的醫用雙氧水1500g，需要這種雙氧水的質量是多少克？
（2）另有一瓶5個月前購進的相同規格的雙氧水，經檢測，已緩慢分解放出了9.6g氧氣，求現在剩余的該瓶溶液中溶質的質量分數．
II、然后同學們又比較了各催化劑在室溫下對50mL、6%的H₂O₂溶液分解反應的催化作用情況．
[實驗記錄]各催化劑對50mL、6%的H₂O₂溶液分解反應的催化作用情況（室溫22℃）

催化劑及用量	O2 平均產量	制氧所需時間	成本	反應情況
MnO21.0g	919mL	10′03″	0.11元	分解先快后慢
10%FeCl3溶液5滴	985mL	4′50″	0.02元	均勻產生O2
15%CuSO4溶液5滴	955mL	4′57″	0.03元	均勻產生O2

[實驗分析]由表中數據及實驗體驗可以得出，MnO₂ 催化分解H₂O₂制氧氣有兩點不足，①開始反應速率過快，氧氣產生后，發生裝置內壓強驟然增大，使用分液漏斗滴液往往受阻，收集氧氣排水或排空氣時稍微耽擱，就會有不少O₂ 逸失，到收集最后一瓶O₂反應變慢，耗時太長．②________．
[提出問題]同學們認為用FeCl₃溶液作催化劑效果最好．但FeCl₃溶液為何能催化分解H₂O₂？
[實驗猜想]已知FeCl₃在水中可解離出Fe³⁺ 和Cl^-，同學們提出以下猜想：
甲同學的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的H₂O；
乙同學的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Fe³⁺；
丙同學的猜想是：真正催化分解H₂O₂的是FeCl₃溶液中的Cl^-；
你認為最不可能的是________ 同學的猜想，理由是________．
同學們對余下的兩個猜想，用實驗進行了探究，請你仔細分析后填空：
[實驗過程1]向盛有5mL、6% H₂O₂溶液的試管中加入少量的HCl溶液，并把帶火星的木條伸入試管．
[實驗現象1]無明顯現象．對應結論：________．
[實驗過程2]另向盛有5mL、6%的H₂O₂溶液的試管中加入少量的________，并再次把帶火星的木條伸入試管．
[實驗現象2]________．
對應結論：________．
[拓展研究]
同學們還比較了FeCl₃和CuSO₄兩種鹽對H₂O₂分解的催化效果，他們分成甲、乙兩組，分別設計了如圖一、圖二所示的實驗并進行了實驗．（設兩種鹽溶液的濃度等條件相同）

（1）指出儀器名稱：A________　 B________
（2）寫出以FeCl₃為催化劑的反應的化學方程式________．
（3）圖一可通過觀察________來定性比較得出結論．有同學提出將藥品CuSO₄改為CuCl₂更為合理，其理由是________，你認為藥品還可以作何改進？________．
（4）檢查圖二裝置氣密性的方法是：________（填“打開”或“關閉”）儀器A的活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，觀察到活塞又回到了原位，則說明裝置氣密性________（填“良好”或“不好”）．該組同學利用圖二所示實驗需測量的數據是________（填序號：A．一定時間內收集到的氣體體積　　B．收集一定體積的氣體所需雙氧水的質量）．
研究小組還對溶液濃度、溫度等實驗條件進行了探究．下表選取了部分實驗數據：
用足量等體積H₂O₂溶液制取相同體積O₂所需的時間

濃度 時間（min） 條件	30% H2O2	15% H2O2	5% H2O2
加入a g MnO2	0.2	0.8	2.0

[交流討論]從上表中還能得出的結論是：________．

Answer 1

解：I、（1）設需要10%雙氧水的質量是X，則X×10%=1500g×6% 解得：X=900g；
（2）設生成9.6g氧氣需要過氧化氫的質量為Y，
2H₂O₂2H₂O+O₂↑
68 32
Y 9.6g
解得：Y=20.4g
現在剩余的該瓶溶液中溶質的質量分數為：=8.65%
II、[實驗記錄]由MnO₂、FeCl₃、CuSO₄三種催化劑的用量及成本分析MnO₂的缺點是：MnO₂用量多，成本高；
[實驗猜想]由過氧化氫溶液中含有水可知，最不可能的是甲同學的猜想，理由是過氧化氫溶液中有水；
[實驗現象1]由向H₂O₂溶液的試管中加入少量的HCl溶液，不能使帶火星的木條復燃可知，FeCl₃溶液中的Cl^-不能催化分解H₂O₂；
[實驗過程2]為了驗證Fe³⁺對H₂O₂的催化分解，另向盛有5mL、6%的H₂O₂溶液的試管中加入少量的Fe（NO₃）₃溶液；
[實驗現象2]試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃；對應結論：起催化作用的是Fe³⁺；
[拓展研究]
（1）右圖是可知標號儀器的名稱是A是分液漏斗，B是錐形瓶；
（2）以FeCl₃為催化劑的2H₂O₂分解反應的化學方程式是：2H₂O₂2H₂O+O₂↑；
（3）由反應產生氣泡快慢來比較催化效果，由于CuSO₄和FeCl₃的酸根不同；為了排除酸根離子的不同帶來的干擾，可以將將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃；
（4）由裝置的特點及壓強的變化可知，檢查圖二裝置氣密性的方法是：關閉儀器A的活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時間后松開活塞，觀察到活塞又回到了原位，則說明裝置氣密性良好．該組同學利用圖二所示實驗需測量的數據是一定時間內收集到的氣體體積；
[交流討論]由表中的數據可知，H₂O₂溶液的質量分數越大產生氧氣的速率越快．
故答為：I、[配制溶液]（1）900g；（2）8.65%；II、[實驗記錄]MnO₂用量多，成本高；[實驗猜想]甲，過氧化氫溶液中有水；[實驗現象1]FeCl₃溶液中的Cl^-不能催化分解H₂O₂；[實驗過程2]Fe（NO₃）₃溶液；[實驗現象2]試管中有大量氣泡產生，帶火星的木條復燃，起催化作用的是Fe³⁺；[拓展研究]（1）分液漏斗，B是錐形瓶；
（2）2H₂O₂2H₂O+O₂↑；（3）反應產生氣泡快慢，使酸根相同，排除酸根的影響因素，將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃；（4）關閉，良好，A；[交流討論]H₂O₂溶液的質量分數越大產生氧氣的速率越快．
分析：I、（1）根據溶質質量分數的計算公式進行計算；
（2）根據過氧化氫分解的方程式，由氧氣的質量求出過氧化氫的質量，再有溶質質量分數的計算公式進行計算；
II、[實驗記錄]根據MnO₂、FeCl₃、CuSO₄三種催化劑的用量及成本分析MnO₂的缺點；
[實驗猜想]根據過氧化氫溶液中含有水，分析最不可能的猜想；
[實驗現象1]根據實驗的現象分析結論；
[實驗過程2]為了Fe³⁺驗證對的H₂O₂的催化分解，可向H₂O₂溶液中加入少量的Fe（NO₃）₃溶液；
[實驗現象2]根據實驗的現象分析結論；
[拓展研究]
（1）熟悉常用儀器的名稱和用途；
（2）根據反應物、生成物及反應條件寫出反應的方程式；
（3）根據圖一的實驗，通過觀察產生氣泡的快來比較催化效果；根據CuSO₄和FeCl₃的酸根不同分析；
（4）根據大氣壓內外相等來檢驗裝置的氣密性，利用注射器可以測定出生成的氧氣的體積．
[交流討論]根據表中數據比較過氧化氫的質量分數與產生氧氣的快慢．
點評：本題是一道實驗探究、計算等的綜合題，全面地考查了學生的實驗、計算的能力，只有全面地掌握了有 關的化學知識才能完成本題．