Question

11．某校化學興趣小組將用剩的過氧化氫溶液倒入放有表面生銹鐵釘的廢液缸中，發現產生了大量的氣泡，經檢驗此氣體為氧氣．根據學過的知識初步判斷，是生銹鐵釘中的某種物質加快了過氧化氫的分解，那么究竟是哪種物質加快了過氧化氫的分解速率？
請你參與他們的研究，分享和體驗探究實驗的快樂．
【猜想與假設】甲同學：鐵釘表面的鐵銹（主要含：氧化鐵）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同學：鐵釘里面的鐵加快了H₂O₂的溶液分解．
【設計方案和實驗】完成下列表格

實驗方案	實驗現象	結論
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的試管中加入2g 氧化鐵粉末，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現象．	帶火星的木條復燃	甲同學結論成立．
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的試管中加入2g 鐵粉，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現象	無明顯現象	乙同學結論不成立．

【討論交流】丙同學認為“方案一”只能說明鐵銹加快了H₂O₂溶液的分解，并不能說鐵銹就一定是催化劑．你是否支持丙同學的觀點？支持，如果要證明氧化鐵是催化劑，就要設計一個實驗來證明，這個實驗的設計原理是驗證氧化鐵在反應前后的質量和化學性質都不變．

（2）某校化學活動小組對測定空氣中氧氣的體積分數做了如下回顧和探究．
【知識回顧】初中化學常采用燃燒某物質的方法來測定空氣中氧氣的體積分數（如圖一）．寫出該物質在空氣中燃燒的文字或符號表達式：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，或4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．若實驗操作規范，該實驗得出的結論是氧氣約占空氣總體積的五分之一．該方法測定的結果偏小的可能原因是①②④（填序號）．
①紅磷量不足      ②裝置氣密性不好     ③彈簧夾沒有加緊       ④沒有冷卻到室溫
【探究實驗】活動小組同學用如圖二的裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗．待點燃的鎂條在密閉的集氣瓶中停止燃燒，冷卻到室溫，打開止水夾，發現進入集氣瓶中的水的體積約為其容積的70%．
【提出問題】集氣瓶中氣體為什么減少了70%這么多？
【討論分析】根據空氣的組成，可推出減少的氣體中一定有氮氣，因為如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中的水的體積最多不超過容積的21%．
【查閱資料】鎂條的化學性質很活潑，能和氧氣劇烈反應；也能在氮氣中燃燒，產物為黃綠色的氮化鎂固體．
【反思拓展】如果用燃燒法來測定空氣中氧氣的體積分數，不能選用鎂條，因為鎂條除了和氧氣反應，還要和氮氣等反應；也不能選用鐵絲，其原因鐵絲不能在空氣中燃燒；一般也不會選用木炭或硫粉，其原因是木炭或硫粉在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體或二氧化硫氣體．

Answer 1

分析 【猜想與假設】
甲同學：鐵釘表面的鐵銹（主要含：氧化鐵）加快了H₂O₂的溶液分解；
乙同學：鐵釘里面的鐵加快了H₂O₂的溶液分解；
【設計方案和實驗】
氧氣能使帶火星的木條復燃；
【討論交流】
催化劑能夠改變化學反應的速率，而質量和化學性質在反應前后不變；
紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，氧氣約占空氣總體積的五分之一；
如果紅磷量不足，裝置氣密性不好，沒有冷卻到室溫就打開止水夾，都能夠導致加入集氣瓶中的水不到集氣瓶容積的五分之一，而彈簧夾沒有加緊時，紅磷燃燒放熱，會導致集氣瓶中的部分氣體逸出，從而導致測定結果偏高；
【討論分析】
空氣中，氧氣的體積分數是21%，氮氣的體積分數是78%；
【反思拓展】
木炭在空氣中燃燒生成二氧化碳，硫在空氣中燃燒生成二氧化硫．

解答 解：【猜想與假設】
甲同學：鐵釘表面的鐵銹（主要含：氧化鐵）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同學：鐵釘里面的鐵加快了H₂O₂的溶液分解．
故填：鐵．
【設計方案和實驗】
實驗過程如下表所示：

實驗方案	實驗現象	結論
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的試管中加入2g 氧化鐵粉末，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現象．	帶火星的木條復燃	甲同學結論成立．
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的試管中加入2g 鐵粉，將一根帶火星的木條放在試管口，觀察現象．	無明顯現象	乙同學結論不成立．

【討論交流】
支持丙同學的觀點；
如果要證明氧化鐵是催化劑，就要設計一個實驗來證明，這個實驗的設計原理是驗證氧化鐵在反應前后的質量和化學性質都不變．
故填：支持；驗證氧化鐵在反應前后的質量和化學性質都不變．
【知識回顧】
紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，反應的文字表達式、化學方程式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
若實驗操作規范，該實驗得出的結論是氧氣約占空氣總體積的五分之一；
該方法測定的結果偏小的可能原因是紅磷量不足，裝置氣密性不好，沒有冷卻到室溫就打開止水夾．
故填：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，或4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧氣約占空氣總體積的五分之一；①②④．
【討論分析】
根據空氣的組成，可推出減少的氣體中一定有氮氣，因為如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中的水的體積最多不超過容積的21%．
故填21．
【反思拓展】
如果用燃燒法來測定空氣中氧氣的體積分數，不能選用鎂條，因為鎂條除了和氧氣反應，還要和氮氣等反應；也不能選用鐵絲，其原因鐵絲不能在空氣中燃燒；一般也不會選用木炭或硫粉，其原因是木炭或硫粉在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體或二氧化硫氣體，會導致水不能進入集氣瓶，或進入集氣瓶中的水偏少．
故填：木炭或硫粉在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體或二氧化硫氣體．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．