(11分)某研究性学习小组对双氧水开展如下研究。
(1)图1装置中仪器①的名称为 。
(2)小林同学将MnO2与水泥按一定比例混合,制作成小块状固体,加入图2装置中制氧气,以方便实验结束回收二氧化锰。其中块状固体应放置在 处(填“A”或“B”),二氧化锰的作用是 ,该装置中反应的文字表达式是 。利用该装置反应一段时间后,需停止反应,其操作是 ,原因是 。
(3)小亮发现:收集的氧气占集气瓶容积的60%(空气占40%)时,能使带火星的木条复燃。那么,使带火星的木条复燃的氧气浓度的最低值是多少呢?小亮对此展开探究。
第一组实验:取5只集气瓶,编号为①、②、③、④、⑤,分别装入其总容积10%、20%、30%、40%、50%的水。用排水法收集氧气,恰好把5只集气瓶中的水排去。将带火星的术条依次插入①~⑤号瓶中,记录实验现象。
小亮在前一组实验的基础上又做了第二组和第三组实验。三组实验的数据和现象见下表。
|
第一组 |
第二组 |
第三组 |
||||||||
集气瓶编号 |
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
① |
收集的O2占容积的体积分数(%) |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
31 |
33 |
35 |
37 |
39 |
34 |
带火星木条的状况 |
微亮 |
亮 |
很亮 |
复燃 |
复燃 |
很亮 |
很亮 |
复燃 |
复燃 |
复燃 |
很亮 |
请根据实验回答下列问题:
①本实验中使用带火星的木条验满氧气的方法是否可靠: (填“是”或“否”)。
②收集的氧气占容积的体积分数最低为 %时,可使带火星的木条复燃,这时集气瓶中氧气的体积分数是 %(计算结果保留整数)。
③用带火星的木条直接检验双氧水受热分解产生的氧气时,往往难以复燃,这是因为在加热生成氧气的同时产生大量水蒸气所致,此时混合气体中氧气的体积分数随温度变化的曲线如右图所示。若只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响,欲使带火星的木条复燃,应将加热双氧水的最高温度控制在 ℃。
课本“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”以及“寻找新的催化剂”
研究性实验,引起了化学探究小组的兴趣。
思考:判断某物质是否为催化剂,不仅要看该物质是否改变了其它物质的化学反应速率,还要看其自身的___________和___________在反应前后有无发生变化。
经探究:除了MnO2固体外,FeCl3溶液和CuSO4溶液均可对H2O2分解具有催化作用。下面是化学探究小组对这几种催化剂进行的进一步的实验探究。
一、探究“MnO2的用量对 H2O2分解反应的影响”
利用图甲装置探究“MnO2的用量对 H2O2分解反应的影响”,实验中H2O2的溶质质量分数为3%,装置中产生氧气的量可以用压强传感器测出(在等温条件下,产生氧气体积与装置内压强成正比。反应放热忽略不计.)
(1)写出装置中发生反应的符号表达式_________________________,
(2)图乙是“0.1克MnO2与不同体积的3%H2O2溶液混合”的实验结果,从图中可以看出________________。
(3)当用“3%H2O2溶液8毫升与不同质量的MnO2混合”时,得到如图丙所示的曲线.曲线的斜率显示,当MnO2的用量增加到0.08克时,分解速度达到实验要求.在此实验条件下,若MnO2的质量有4克(一药匙),就能使如图__________(选填字母)烧杯中所装的3%H2O2溶液,其分解速度最接近实验要求。
二、探究相同浓度的FeCl3溶液和CuSO4溶液对H2O2分解的催化效果
【定性研究】
(4)如图甲,可通过观察_____________________来定性比较两者的催化效果。
【定量研究】
(5)如图乙,实验前检查该装置气密性的方法是_________________________。要定量比较两者的催化效果,可测量生成等体积气体所需的______________。
【实验拓展】
探究小组同学通过查阅资料得知:除了上述几种物质可以做过氧化氢溶液分解的催化剂外,CuO、马铃薯等也可以做过氧化氢溶液分解的催化剂。下列有关催化剂的说法中正确的是 _________(填序号)。
A.不用催化剂过氧化氢溶液就不能分解 |
B.同一个化学反应可以有多种催化剂,同一物质也可以做不同反应的催化剂 |
C.催化剂只能加快化学反应的速率 |
D.某同学用氯酸钾制氧气时,误将高锰酸钾当作MnO2一起加热,结果发现反应速率和氧气的产量均增加了,故催化剂还可以增加生成物的质量。 |
化学教材 “寻找新的催化剂”研究性实验,引起了化学探究小组的兴趣。
【提出问题】(1)氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂?
(2)氧化铁与二氧化锰催化效果哪个好?
【实验探究】
实验步骤 |
实验现象 |
①分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中,向A试管中加入a g氧化铁粉末,并分别在A、B两支试管中插入带火星的木条,观察现象。 |
A试管中产生大量气泡,带火星木条复燃,B试管中的现象 |
②待A试管中没有现象发生时,重新加入过氧化氢溶液,并把带火星的木条伸入试管内,如此反复多次实验,观察现象。 |
试管中均产生大量气泡,带火星木条均复燃 |
③将实验②中的剩余物小心过滤,并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量,所得固体质量仍为a g。 |
|
④分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中,向C试管中加入a g氧化铁粉末,向D试管中加入a g二氧化锰粉末,观察现象。 |
![]() ![]() |
(1)A中产生的气体是 ;B试管中的现象 。
(2)实验②、③证明:氧化铁的 和 在反应前后均没有发生变化,可以作过氧化氢分解的催化剂;
(3)写出氧化铁催化过氧化氢分解的文字表达式 。
(4)实验设计④的目的是 ,若实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快,由此你可以得到的结论是 。
学校化学兴趣小组的同学知道二氧化锰能作过氧化氢(H2O2)分解的催化剂后,
想再探究其他一些物质如氧化铝是否也可作过氧化氢分解的催化剂。请你一起参与他
们的探究过程,并填写下列空白。
【提出问题】Al2O3能不能作过氧化氢分解的催化剂呢?
【作出猜想】Al2O3能作过氧化氢分解的催化剂。
【实验验证】
实验步骤 |
实验现象 |
实验结论 |
|
实验一 |
A____________ |
有少量气泡 木条不复燃 |
常温下过氧化氢溶液分解速率很慢。 |
实验二 |
在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量Al2O3,然后将带火星的木条伸入试管中 |
产生大量的气泡 木条复燃 |
B__________ |
【得出结论】Al2O3能加快过氧化氢的分解速率,故Al2O3能作过氧化氢分解的催化剂。
【反思提高】经过讨论,有的同学认为只有上述两个证据,不能证明Al2O3能作过氧化氢分解的催化剂,还要补充一个探究实验:
实验三:
【实验目的】探究 。
【实验步骤】①准确称量Al2O3(少量)的质量;②完成实验二;③待反应结束,将实验二试管里的物质进行过滤,洗涤, ,称量;④对比反应前后Al2O3的质量。
【交流讨论】如果Al2O3在反应前后质量不变,则说明Al2O3可以作过氧化氢分解的催化剂。
【提出新的问题】但小华认为,要证明猜想,上述三个实验还不足够,还需要再增加一个探究实验:探究 。
利用下列仪器进行实验(所有装置的气密性都已检查完毕)
(1)把过氧化氢溶液缓缓加入盛有二氧化锰的容器中制取并收集氧气,完成该实验你所选用的仪器有 (填字母)。写出发生反应的文字表达式式 。这种方法与“把二氧化锰加入盛有过氧化氢溶液的试管中制氧气”相比有 的优点。
(2)某同学继续探究“红砖粉末是否也可以作过氧化氢分解的催化剂?”实验步骤和现象如下:
①他分别向两支试管中加入等质量等溶质质量分数的过氧化氢溶液,向其中一支试管加入一药匙红砖粉末,然后将两支试管中的气体导出通入水中比较产生气泡的快慢,发现加入红砖粉末的试管中反应较快。
②将反应较快的试管内固体过滤出来,洗涤、烘干、称量。
③用称量后的固体重复步骤①的实验,现象与步骤①完全相同。
试回答:步骤①中他除了选用试管外还用到上面列出的仪器有 (填字母)。步骤③的实验目的是 。该学生认为通过上述实验已证明红砖粉末可以作过氧化氢分解反应的催化剂,但老师认为该同学的实验还缺少一个关键步骤,请指出来 。可以用注射器代替的仪器是: 和
(3)以下是某研究小组探究影响化学反应快慢的一些因素的相关数据(常温通常指20℃;“浓度”指溶质的质量分数)
实验序号 |
过氧化氢溶液浓度/% |
过氧化氢溶液质量/g |
温度/0C |
二氧化锰用量/g |
氧气体积/ml |
反应所需时间/s |
① |
5 |
12 |
20 |
0.2 |
125 |
11 |
② |
30 |
12 |
20 |
0.2 |
125 |
2 |
③ |
30 |
12 |
40 |
/ |
125 |
148 |
④ |
30 |
12 |
90 |
/ |
125 |
82 |
1)通过实验①和②对比可知,化学反应快慢与 有关;
2)通过对比实验 和 可知,化学反应快慢与温度的关系是 .
3)由上述实验可知,实验室用过氧化氢制取氧气的最合适的条件是 .
4)同种催化剂,还有哪些因素可能影响催化效果,请你再探究(探究一种因素即可)
定量测定是化学实验中常用的一种方法,以下是某化学兴趣小组所做的两个定量测定的实验,请回答相关问题。
【实验目的】1.测定石灰石和稀盐酸反应所生成二氧化碳的质量。
2.测定空气中氧气的体积分数。
【实验设计】实验一:测定生成二氧化碳的质量(如图1)
(1)写出实验中产生二氧化碳的反应文字表达式
(2)将小烧杯中的所有稀盐酸(稍过量)分几次加入到大烧杯中,并不断搅拌,判断碳酸钙完全反应的主要现象是
实验二:测定空气中氧气的体积分数(如图2)
步骤:①测量试管的容积为50mL;
②……;
③装入药品,将注射器活塞调整到合适位置,连接仪器;
④用弹簧夹夹紧胶皮管,加热红磷(足量,且体积忽略不计),观察现象;
⑤燃烧结束后,等试管完全冷却至室温时打开弹簧夹,观察注射器活塞的移动情况。
(3)步骤②是: 。
(4)红磷燃烧的文字表达式为 ,在试管内观察到的现象是 。
(5)若实验二在打开弹簧夹前,活塞起始刻度为15mL,理论上最终注射器活塞将停留在 mL刻度处。
【数据分析及处理】
(6)已知实验一反应前的总质量[m(大烧杯+石灰石)+ m(小烧杯+稀盐酸)],要计算生成二氧化碳的质量,至少还需要的数据是 (填字母)
A. m(小烧杯) B. m(大烧杯) C. m(大烧杯+反应后剩余物)
(7)在实验二中,同学们所有的操作皆正确,但注射器活塞最终都停留在理论位置的右边,且偏差较大,造成这种误差的原因主要是 。