Question

2．某化學興趣小組在用高錳酸鉀制取氧氣的實驗后，在清洗試管時發現試管內形成深綠色液體，同時試管內壁還有用水洗刷不掉的黑色固體．于是同學們對此展開探究．
問題一：黑色固體是什么？
【查閱資料】高錳酸鉀能溶于水形成紫紅色溶液．
【交流討淪】同學們根據實驗現象及對高錳酸鉀受熱分解產物的了解，推斷該黑色固體可能是二氧化錳，其分子式為MnO₂．
【實驗驗證1】向未洗凈的試管中加入某種液體，產生能使帶火星的小木條復燃的氣體，證明上述判斷正確．加入的液體是雙氧水．
問題二：用什么試劑洗掉MnO₂？
【交流討論】MnO₂與CaCO₃、Mg（OH）₂、Fe₂O₃、P₂O₅、Cu中的某一種物質組成最相近，理由是二氧化錳和氧化鐵都屬于氧化物．
這種物質能與稀鹽酸反應，觀察到的現象應為固體逐漸溶解，溶液由無色變為黃色，由此推測MnO₂也能與稀鹽酸反應．
【實驗驗證2】向未洗凈的試管中加入稀鹽酸，黑色固體沒有變化．實驗說明同一類物質的化學性質不一定相同．
【查閱資料】同學們查閱資料知道有兩種除去二氧化錳的方法：
（1）用濃鹽酸加熱除去MnO₂，反應原理為：4HCl（濃）+MnO₂MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
（反應生成的氯氣有毒）．
（2）用硫酸酸化了的草酸（H₂C₂O₄）溶液，可快速溶解二氧化錳，且無明顯現象．
【交流討論】老師建議實驗小組最好采用草酸溶液而不用濃鹽酸進行實驗，理由是濃鹽酸與MnO₂在加熱條件下反應不安全，且產生有毒氣體氯氣，對環境有污染．
【實驗驗證3】向未洗凈的試管中加入硫酸酸化了的草酸溶液，黑色固體果然被除去，同時發現產生許多氣泡．
【交流討論】同學們討論后認為產生的氣體可能為CO₂、CO、H₂、O₂等．依據是化學反應前后元素的種類不發生變化．
【反思評價】經檢驗，產生的氣體是CO₂．檢驗CO₂氣體的實驗操作和實驗現象、結論是：

實驗操作	實驗現象、結論

【拓展探究】甲、乙兩位同學對草酸受熱分解及其產物進行探究．

甲同學設計了如圖1所示的裝置，乙同學設計了如圖2所示的裝置（圖中無水CuSO₄），是白色同體．遇水變藍）．乙同學認為甲同學設計的實驗裝置有缺陷：由于試管口向下傾斜．加之草酸晶體熔點較低．加熱到182℃便開始熔化，因此實驗中常會出現熔融的草酸流進導管而影響后續實驗．甲同學認為乙同學的設計是科學合理的．請你談談圖2裝置優于圖1裝置之處：
①底部彎曲的試管避免了熔化的草酸流進導管；②乙同學設計的裝置可同時證明二氧化碳、一氧化碳和水的存在；③乙同學的裝置在驗證了一氧化碳存在的同時又解決了一氧化碳的污染問題．
乙同學設計的圖2裝置也能證明產物中有無H₂，證明的方法是：在球形干燥管的尖嘴處點燃通過堿石灰干燥后的氣體（或點燃尖嘴處的氣體），并在火焰上方罩一冷而干燥的小燒杯，若燒杯內壁沒有水霧出現，則沒有氫氣，反之，若燒杯內壁有水霧出現，則有氫氣．

Answer 1

分析 【實驗驗證1】根據過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下分解生成水和氧氣，氧氣能使帶火星的木條復燃進行分析；
【交流討論2】根據二氧化錳和氧化鐵都屬于氧化物，氧化鐵能和稀鹽酸反應生成氯化鐵和水進行分析；
【交流討論】根據濃鹽酸和二氧化錳在加熱的條件下生成氯化錳、水和氯氣，氯氣有毒進行分析．
【實驗驗證3】根據化學反應遵循質量守恒定律，即化學反應前后，元素的種類不變，原子的種類、總個數不變進行分析；
【反思評價】根據二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，是因為二氧化碳能和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水進行分析；
【拓展探究】分析乙同學的實驗裝置可以知道，無水硫酸銅可以驗證是否產生了水蒸氣，而通過對尾氣的點燃可以驗證氫氣和一氧化碳，所以可以從這些方面來對甲同學的裝置和乙同學的裝置進行評價．

解答 解：【實驗驗證1】加入的液體是過氧化氫溶液，這是因為過氧化氫在二氧化錳催化作用下分解生成水和氧氣，氧氣能使帶火星的木條復燃；
【交流討論2】MnO₂與Fe₂O₃的組成最相近，理由是二氧化錳和氧化鐵都屬于氧化物；氧化鐵能與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水，化學方程式為：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O，所以觀察到的現象應為固體逐漸溶解，溶液由無色變為黃色，由此推測MnO₂也能與稀鹽酸反應；
【交流討論】濃鹽酸和二氧化錳在加熱的條件下生成氯化錳、水和氯氣，氯氣有毒，所以老師建議實驗小組最好采用草酸溶液而不用濃鹽酸進行實驗，理由是：濃鹽酸與MnO₂在加熱條件下反應不安全，且產生有毒氣體氯氣，對環境有污染；
【交流討論4】根據質量守恒定律可知，產生的氣體可能為CO₂、CO、H₂、O₂等；
【反思評價】將該氣體通入澄清石灰水中，發現澄清石灰水變渾濁，證明該氣體是CO₂，所以

實驗操作	實驗現象、結論
將產生的氣體通入澄清石灰水中	若澄清石灰水變渾濁，則說明產生的氣體為二氧化碳氣體

【拓展探究】根據題給的信息可以知道草酸的熔點較低，所以為防止草酸熔化后流入導管中影響實驗，所以乙同學所選擇的底部完全的試管較好；而同時乙同學所設計的實驗裝置可以同時驗證二氧化碳、一氧化碳和氫氣的存在；同時由于一氧化碳有毒，直接排放到空氣中能夠引起空氣的污染，所以乙同學將尾氣點燃，即驗證了一氧化碳的存在，也解決了一氧化碳的污染問題；而驗證氫氣的方法則為：在球形干燥管的尖嘴處點燃通過堿石灰干燥后導出的氣體（或點燃尖嘴處的氣體），并在火焰上方罩一冷而干燥的小燒杯，燒杯內壁無水霧，證明無H₂．
故答案為：問題一【實驗驗證1】雙氧水（或H₂O₂）；
問題二【交流討論】二氧化錳和氧化鐵都屬于氧化物；固體逐漸溶解，溶液由無色變為黃色；
【交流討論】濃鹽酸與MnO₂在加熱條件下反應不安全，且產生有毒氣體氯氣，對環境有污染；
【交流討論】化學反應前后元素的種類不發生變化；
【反思評價】

實驗操作	實驗現象、結論
將產生的氣體通入澄清石灰水中	若澄清石灰水變渾濁，則說明產生的氣體為二氧化碳氣體

【拓展探究】①底部彎曲的試管避免了熔化的草酸流進導管；
②乙同學設計的裝置可同時證明二氧化碳、一氧化碳和水的存在；
③乙同學的裝置在驗證了一氧化碳存在的同時又解決了一氧化碳的污染問題；
在球形干燥管的尖嘴處點燃通過堿石灰干燥后的氣體（或點燃尖嘴處的氣體），并在火焰上方罩一冷而干燥的小燒杯，若燒杯內壁沒有水霧出現，則沒有氫氣，反之，若燒杯內壁有水霧出現，則有氫氣．

點評 實驗現象是物質之間相互作用的外在表現，因此要學會設計實驗、觀察實驗、分析實驗，為揭示物質之間相互作用的實質奠定基礎．