Question

某研究性學習小組，從下列裝置中選用部分裝置組裝后在實驗室里制取氧氣，并通過排水量來測定所收集到氧氣的體積．

（1）甲同學用一定質量的高錳酸鉀制取氧氣，反應的化學方程式為

2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑

，整套實驗裝置接口的正確連接順序為a→

f

→

e

→

g

．
（2）實驗過程中，甲同學觀察到E裝置中的水變為紫紅色，這是因為

高錳酸鉀粉末

進入E裝置并溶于水中的緣故．為了防止實驗過程中出現上述現象，相應的改進措施是

在試管口放一團棉花

．
（3）實驗結束，乙同學意外發現收集到的氧氣體積大于理論值，為此繼續進行以下實驗探究：
提出問題：出現“收集到的氧氣體積大于理論值”的原因是什么？
作出猜想：猜想Ⅰ：可能是反應生成的二氧化錳分解放出氧氣；
猜想Ⅱ：可能是反應生成的錳酸鉀分解放出氧氣；
猜想Ⅲ：

可能是錳酸鉀和二氧化錳均被分解放出氧氣

．請回答他做出猜想Ⅲ的理由是

錳酸鉀和二氧化錳都含有氧元素

．
實驗驗證：
實驗一：取一定質量的二氧化錳于試管中，加熱一段時間，冷卻后測得固體殘留物的質量不變．證明猜想

Ⅰ和Ⅲ

錯誤．
實驗二：取一定質量的錳酸鉀于試管中，加熱一段時間

冷卻后測得固體殘留物的質量較原固體減少

．綜合實驗一和實驗二，證明猜想Ⅱ正確．
反思拓展：實驗結束后，經過討論、交流，丙同學用下列儀器和藥品又設計了一個實驗方案測定空氣中氧氣的體積分數．
①帶瓶塞的1000mL圓底燒瓶   ②電子天平（稱量精確度為0.01g）   ③酒精燈   ④某種較活潑的金屬粉末（實驗過程中需要用到的其他實驗用品已省略，實驗中有關物質的物理量數據為已知）他的實驗步驟是：

先用電子天平稱出稍過量的金屬粉末的質量，再把金屬粉末放在帶瓶塞的1000mL的圓底燒瓶中灼燒，至氧氣完全反應；

_

再稱量反應后圓底燒瓶中固體物質的質量；最后通過密度公式求氧氣的體積

．再利用實驗數據和已知數據就可換算得出空氣中氧氣的體積分數．

Answer 1

分析：（1）依據高錳酸鉀受熱分解生成錳酸鉀和二氧化錳和氧氣書寫方程式；通過排水量來測定所收集到氧氣的體積，所以整套實驗裝置接口的正確連接順序為a→f→e→g；
（2）用高錳酸鉀時，試管口要有一團棉花，防止高錳酸鉀粉末進入導管；
（3）作出猜想：根據質量守恒定律反應前后元素的種類分析，錳酸鉀和二氧化錳中都含有氧元素，所以可能是錳酸鉀和二氧化錳共同放出氧氣；
實驗驗證：冷卻后測得二氧化錳的質量不變，證明猜想Ⅰ和Ⅲ錯誤；取少量錳酸鉀于試管中加，熱一段時間，冷卻后測得錳酸鉀的質量減少，證明猜想Ⅱ正確；
反思拓展：實驗方案的步驟是：先用電子天平稱出金屬粉末的質量；再把金屬粉末放在帶瓶塞的1000ml燒瓶灼燒，至氧氣充分反應；再稱量反應后金屬粉末的質量；最后通過密度公式求氧氣的體積．

解答：解：（1）高錳酸鉀受熱分解生成錳酸鉀和二氧化錳和氧氣，配平即可，方程式是2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；通過排水量來測定所收集到氧氣的體積，整套實驗裝置接口的正確連接順序為a→f→e→g；
（2）甲同學觀察到E裝置中的水變為紫紅色，這是因為：試管口沒有放棉花團，高錳酸鉀粉末進入導管的緣故；因此用高錳酸鉀時，試管口要有一團棉花；
（3）作出猜想：化學反應前后元素的種類不變，因為錳酸鉀和二氧化錳中都含有氧元素，所以可能是錳酸鉀和二氧化錳共同放出氧氣；
實驗驗證：冷卻后測得二氧化錳的質量不變，證明猜想Ⅰ和Ⅲ錯誤；取少量錳酸鉀于試管中加熱一段時間，冷卻后測得錳酸鉀的質量減少，證明猜想Ⅱ正確；
反思拓展：要測定空氣中氧氣的體積分數，實驗方案步驟是：先用電子天平稱出金屬粉末的質量；再把金屬粉末在帶瓶塞的1000ml燒瓶灼燒，至氧氣充分反應；再稱量反應后金屬粉末的質量，與反應前金屬粉末的差值就是反應的燒瓶中氧氣的質量，然后通過密度公式求氧氣的體積，結合1000mL空氣的體積計算出氧氣的體積分數；
故答案為：
（1）2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；   f→e→g；
（2）高錳酸鉀粉末；在試管口放一團棉花；
（3）作出猜想：可能是錳酸鉀和二氧化錳均被分解放出氧氣；  錳酸鉀和二氧化錳都含有氧元素；
實驗驗證：Ⅰ和Ⅲ；  冷卻后測得固體殘留物的質量較原固體減少；
反思拓展：先用電子天平稱出稍過量的金屬粉末的質量，再把金屬粉末放在帶瓶塞的1000mL的圓底燒瓶中灼燒，至氧氣完全反應；再稱量反應后圓底燒瓶中固體物質的質量；最后通過密度公式求氧氣的體積．

點評：本題主要考查高錳酸鉀制取氧氣的反應原理、注意事項，氣體的體積的測量，同時也考查了空氣中氧氣含量的測定，本題通過實驗資料和實驗分析，得到了正確的結論，同學們要結合題意具體分析，綜合掌握．