Question

4．為比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，某化學(xué)研究小組的同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)回答相關(guān)問題：

（1）定性分析
如圖甲：可通過觀察反應(yīng)產(chǎn)生氣泡快慢，定性比較得出結(jié)論對(duì)實(shí)驗(yàn)甲，有同學(xué)提出“FeCl₃”改為Fe₂（SO₄）₃或“CuSO₄”改為CuCl₂更為合理，其理由是消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾．
（2）定量分析
如圖乙：實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL 氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略．檢查該裝置氣密性的方法是關(guān)閉分液漏斗活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時(shí)間后松開活塞，觀察活塞是否回到原位，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間．
（3）加入0.01molMnO₂粉末于50mLH₂O₂溶液中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出氣體的體積和時(shí)間的關(guān)系如圖丙所示．
①寫出H₂O₂在二氧化錳作用下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
②放出$\frac{1}{3}$氣體所需時(shí)間為1min．
③A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)镈＞C＞B＞A．
④解釋反應(yīng)速率變化的原因隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢．
⑤計(jì)算機(jī)H₂O₂的初始物質(zhì)的量濃度0.11mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)生成氣體的快慢分析出Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果；根據(jù)H₂O₂分解的催化作用有可能是氯離子或硫酸根離子起的作用，所以在比較陽離子的催化效果時(shí)，陰離子要完全相同；
（2）根據(jù)乙圖裝置有注射器，從而選擇氣密性的檢查方法；該反應(yīng)是通過反應(yīng)速率分析的，所以根據(jù)v=$\frac{△C}{△t}$來判斷還需要測(cè)量的數(shù)據(jù)；
（3）①在二氧化錳催化作用下，雙氧水分解生成氧氣和水；
②根據(jù)圖象確定放出$\frac{1}{3}$氣體所需時(shí)間；
③根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$比較反應(yīng)速率快慢；
④物質(zhì)的濃度與反應(yīng)速率成正比；
⑤根據(jù)氧氣的量計(jì)算雙氧水的物質(zhì)的量，再根據(jù)C=$\frac{n}{V}$計(jì)算物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）該反應(yīng)產(chǎn)生氣體，而且反應(yīng)放熱，可根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡快慢或反應(yīng)完成的先后或試管壁的冷熱程度來判斷；H₂O₂分解的催化作用有可能是氯離子或硫酸根離子起的作用，所以在比較陽離子的催化效果時(shí)，陰離子要完全相同，這樣可以消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，所以將“FeCl₃”改為Fe₂（SO₄）₃或“CuSO₄”改為CuCl₂更為合理，
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生氣泡快慢；消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾；
（2）結(jié)合乙圖裝置，該氣密性的檢查方法為：關(guān)閉分液漏斗活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時(shí)間后松開活塞，觀察活塞是否回到原位；反應(yīng)是通過反應(yīng)速率分析的，根據(jù)v=$\frac{△C}{△t}$，所以實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是時(shí)間（或收集一定體積的氣體所需要的時(shí)間），
故答案為：關(guān)閉分液漏斗活塞，將注射器活塞拉出一定距離，一段時(shí)間后松開活塞，觀察活塞是否回到原位；產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間；
（3）①雙氧水在二氧化錳作用下生成水和氧氣，所以反應(yīng)方程式為2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，故答案為：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②根據(jù)圖象知，放出$\frac{1}{3}$氣體的體積為20mL，所需時(shí)間為1min，故答案為：1；   
③根據(jù)圖象結(jié)合v=$\frac{△V}{△t}$知，A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)镈＞C＞B＞A，故答案為：D；C；B；A；
④反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度成正比，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減小，
故答案為：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢；
⑤設(shè)雙氧水的物質(zhì)的量為x，
2H₂O₂  $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
2mol             22.4L
x                0.06L
x=$\frac{2mol×0.06L}{22.4L}$=0.0054mol，
所以其物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.0054mol}{0.05L}$=0.11 mol•L^-1，
故答案為：0.11 mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，注意在探究催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)控制變量消除陰離子的干擾的重要性；根據(jù)v=$\frac{△V}{△t}$來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過得到氣體的體積和時(shí)間的關(guān)系確定影響反應(yīng)速率的因素，難度中等．