Question

8．某化學(xué)興趣小組同學(xué)在回收廢舊電池的同時(shí)，開展了如下的實(shí)驗(yàn)探究．
【查閱資料】廢舊干電池填料的主要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水．
【實(shí)驗(yàn)1】廢干電池的拆卸與處理
（1）興趣小組同學(xué)將廢舊干電池卸下的鋅筒、碳棒沖洗干凈，備用．
（2）將銅帽放入鹽酸中，除去銹污，沖洗備用．
【實(shí)驗(yàn)2】檢驗(yàn)廢干電池筒內(nèi)黑色固體中MnO₂的存在
興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：

（1）操作②中過玻璃棒的作用是引流．
（2）引流．操作③灼燒黑色濾渣時(shí)，會產(chǎn)生一種氣體能使澄清石灰水變渾濁，該反應(yīng)的化學(xué)表達(dá)式為C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④試管中產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復(fù)燃，該氣體為O₂．
（4）由此得出結(jié)論：濾渣中黑色固體化學(xué)式為MnO₂和和C．
【實(shí)驗(yàn)3】利用回收鋅皮制取氫氣及相關(guān)探究
（1）用鋅皮和稀硫酸制取氫氣．用適當(dāng)?shù)陌l(fā)生裝置，采用排水法收集并測定氫氣的體積（如圖2），氣體從裝置A導(dǎo)管口b（填“a”或“b”） 進(jìn)，選用儀器B測量排出水的體積，儀器B名稱是量筒．
（2）探究影響鋅與稀硫酸反應(yīng)快慢的因素．反應(yīng)過程中用前10min 內(nèi)收集的氫氣體積比較反應(yīng)的快慢．控制其他條件相同，進(jìn)行下表4組實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)如下．

實(shí)驗(yàn)編號	試劑		前10 min內(nèi)產(chǎn)生的 氫氣體積（mL）
	鋅的純度	稀硫酸的體積和濃度
a	純鋅	30 mL 30%	564.3
b	含雜質(zhì)的鋅	30 mL 30%	634.7
c	純鋅	30 mL 20%	449.3
d	純鋅	40 mL 30%	602.8

[數(shù)據(jù)分析]
①比較實(shí)驗(yàn)a和實(shí)驗(yàn)b得到的結(jié)論是：與同體積同濃度的稀硫酸反應(yīng)，含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應(yīng)速率大．
②為了研究硫酸濃度對反應(yīng)快慢的影響，需比較實(shí)驗(yàn)a和c（填實(shí)驗(yàn)編號）．
③探究影響該反應(yīng)快慢的因素，還需控制的條件是：溫度（或鋅粒形狀大小）（舉一例即可）．
【實(shí)驗(yàn)4】探究經(jīng)處理干凈的二氧化錳在氯酸鉀分解反應(yīng)中的催化作用
（1）把干燥純凈的24.5g氯酸鉀和5.5g二氧化錳混勻、裝入大試管中，加熱．
（2）待反應(yīng)完全后，將試管冷卻、稱量，得到20.4g殘留固體．
（3）再將殘留固體經(jīng)溶解、過濾、洗滌、干燥、稱量，得到5.5g黑色固體．
[數(shù)據(jù)分析]
①該實(shí)驗(yàn)說明：二氧化錳在氯酸鉀分解反應(yīng)前后，質(zhì)量不變．
②完全反應(yīng)后制得氧氣的質(zhì)量是9.6g．（提示：已知所有化學(xué)反應(yīng)遵循如下規(guī)律：參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各生成物的質(zhì)量總和）
[實(shí)驗(yàn)反思]
要證明二氧化錳是氯酸鉀分解反應(yīng)的催化劑，還要做一個(gè)對比實(shí)驗(yàn)：將等質(zhì)量的2份氯酸鉀粉末，其中一份加入少量的上述實(shí)驗(yàn)所得二氧化錳混勻、裝入試管，另一份裝入另一試管，加熱，比較產(chǎn)生氧氣速率的大�。�

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)2】（1）根據(jù)操作②分離混合物的狀態(tài)及過濾可用于難溶性固體和可溶性固體的分離進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)“能使澄清石灰水變渾濁的氣體”進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)“能使帶火星木條復(fù)燃”進(jìn)行解答；
（4）根據(jù)濾渣有黑色粉末：MnO₂（或C），進(jìn)行回答；
【實(shí)驗(yàn)3】根據(jù)鋅粒和稀硫酸制取氫氣屬于固體和液體混合制取氣體且不需要加熱以及氫氣的密度比空氣的密度小進(jìn)行解答；
【數(shù)據(jù)分析】
①通過表格比較實(shí)驗(yàn)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)得出結(jié)論；
②利用控制變量法分析自變量是硫酸的濃度，因變量是反應(yīng)的快慢進(jìn)行分析選擇對比組；
③從外因?qū)ふ倚枰�控制的條件：溫度，顆粒大小等．
【數(shù)據(jù)分析】
①根據(jù)催化劑二氧化錳特征進(jìn)行分析；②根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行分析；
【實(shí)驗(yàn)反思】考慮催化劑的作用．

解答 解：根據(jù)題目中的信息“廢舊干電池填料的主要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水”，結(jié)合圖框，可知：
（1）操作②中過玻璃棒的作用是引流．
（2）操作③中，由一種黑色固體在空氣中燃燒，產(chǎn)生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，該氣體是二氧化碳，可知該反應(yīng)是碳的完全燃燒，其化學(xué)方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④試管中產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復(fù)燃，該氣體為O₂．
（4）由此得出結(jié)論：濾渣中除含有MnO₂（或C）外，還含有黑色粉末C（或MnO₂）．
【實(shí)驗(yàn)3】利用回收鋅皮制取氫氣及相關(guān)探究
（1）用鋅皮和稀硫酸制取氫氣．因?yàn)闅錃獾拿芏刃∮诳諝�，難溶于水，則用適當(dāng)?shù)陌l(fā)生裝置，采用排水法收集并測定氫氣的體積，氣體從裝置A導(dǎo)管口b進(jìn)，選用儀器B測量排出水的體積，儀器B名稱是 量筒．
【數(shù)據(jù)分析】根據(jù)表格中探究影響鋅與稀硫酸反應(yīng)快慢的因素的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析可知：
①實(shí)驗(yàn)a和實(shí)驗(yàn)b，相同點(diǎn)是同體積同濃度的稀硫酸，不同點(diǎn)是含雜質(zhì)的鋅和純鋅，結(jié)果含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應(yīng)速率要快；
②要研究硫酸濃度對反應(yīng)快慢的影響，需要不同濃度的硫酸，而要控制鋅的純度相同，比較產(chǎn)生氫氣的快慢，因此對比組是a和c；
③控制變量法需要考慮的是自變量和因變量，而其它外界條件均保存相同，因此控制其他條件相同，需控制的條件如；溫度（或鋅粒形狀大小）．
【實(shí)驗(yàn)4】探究經(jīng)處理干凈的二氧化錳在氯酸鉀分解反應(yīng)中的催化作用
（1）把干燥純凈的24.5g氯酸鉀和5.5g二氧化錳混勻、裝入大試管中，加熱．
（2）待反應(yīng)完全后，將試管冷卻、稱量，得到20.4g殘留固體．
（3）再將殘留固體經(jīng)溶解、過濾、洗滌、干燥、稱量，得到5.5g黑色固體．
【數(shù)據(jù)分析】
①該實(shí)驗(yàn)說明：因?yàn)槎�氧化錳為催化劑，則二氧化錳在氯酸鉀分解反應(yīng)前后，質(zhì)量不變．
②因?yàn)閰⒓踊瘜W(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后各生成物的質(zhì)量總和，完全反應(yīng)后制得氧氣的質(zhì)量是（24.5g+5.5g）-20.4g=9.6g．
【實(shí)驗(yàn)反思】
要證明二氧化錳是氯酸鉀分解反應(yīng)的催化劑，還要做一個(gè)對比實(shí)驗(yàn)：將等質(zhì)量的2份氯酸鉀粉末，其中一份加入少量的上述實(shí)驗(yàn)所得二氧化錳混勻、裝入試管，另一份裝入另一試管，加熱，比較產(chǎn)生氧氣速率的大�。�
故答案為：
【實(shí)驗(yàn)2】（1）引流；（2）C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂；（3）O₂； （4）MnO₂；C；
【實(shí)驗(yàn)3】（1）b； 量筒；
（2）①與同體積同濃度的稀硫酸反應(yīng)，含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應(yīng)速率大；②a和c； 
③溫度（或鋅粒形狀大�。�；
【實(shí)驗(yàn)4】[數(shù)據(jù)分析]①質(zhì)量； ②9.6；
[實(shí)驗(yàn)反思]產(chǎn)生氧氣速率．

點(diǎn)評 本題考查了廢電池的物質(zhì)的回收及有關(guān)氫氣的制取的探究，知識點(diǎn)較多，屬于化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)技能的考查，要求在平時(shí)的學(xué)習(xí)中要注意掌握常見的化學(xué)操作及其原理，熟練運(yùn)用．