Question

5．實(shí)驗(yàn)室氧氣的制取及性質(zhì)等探究考查．

（1）寫出圖A中有標(biāo)號(hào)儀器的名稱：a酒精燈、b鐵架臺(tái)、c錐形瓶；
（2）用A裝置作為發(fā)生裝置制取氧氣時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的文字表達(dá)式為氯酸鉀$→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣．
可選用的發(fā)生裝置是（填序號(hào)）A；可選用的收集裝置是（填序號(hào)）C或E．實(shí)驗(yàn)室還有一種反應(yīng)可用此裝置制取氧氣，但需在試管口放一團(tuán)棉花，其反應(yīng)的文字表達(dá)式為：高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣．
（3）實(shí)驗(yàn)室常用氯化銨固體與堿石灰固體混和加熱來制取氨氣．常溫下氨氣是一種無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣小，極易溶于水．制取并收集氨氣時(shí)，應(yīng)該從圖1中選擇的發(fā)生裝置是A（填序號(hào)），收集裝置是D．（填序號(hào)）
（4）用E裝置收集氧氣時(shí)，檢驗(yàn)氧氣是否集滿的方法是把帶火星的木條放在瓶口來驗(yàn)滿，如果帶火星的木條在瓶口能復(fù)燃，則證明該瓶氧氣已經(jīng)收集滿了．
（5）若直接使用圖2所示裝置收集O₂，則O₂由a口進(jìn)入；若將裝置中充滿水，則O₂由b口進(jìn)入．
（6）用雙氧水和二氧化錳來制取氧氣時(shí)，可選用的發(fā)生裝置是B（填序號(hào)），該反應(yīng)的文字表達(dá)式為過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣．若想控制該反應(yīng)的反應(yīng)速率，B裝置的改進(jìn)方法是注射器代替B裝置中的長頸漏斗．要想收集一瓶較純凈的氧氣，應(yīng)選用的收集裝置為C．
對(duì)此實(shí)驗(yàn)，讓我們繼續(xù)思考并研究幾個(gè)問題：
問題一：催化劑二氧化錳（MnO₂）的用量對(duì)反應(yīng)速率有沒有影響？
實(shí)驗(yàn)方案是：每次均用30mL10%的過氧化氫（H₂O₂）溶液，采用不同量二氧化錳（MnO₂）粉末作催化劑，測(cè)定各次收集到500mL氧氣時(shí)所用的時(shí)間，結(jié)果如下：（其他條件均相同）

實(shí)驗(yàn)次序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
MnO2粉末用量（g）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
所用時(shí)間（t）	17	8	7	5	4	3	2	2	2	2

請(qǐng)分析表中數(shù)據(jù)分析寫出你的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：答：有，MnO₂的用量越多，反應(yīng)速率越來越快．
問題二：H₂O₂溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（濃度）對(duì)反應(yīng)速率有沒有影響呢？他又做了一組實(shí)驗(yàn)：每次均取5mL 30%的H₂O₂溶液，然后稀釋成不同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶浠講行章聆．記錄數(shù)據(jù)如下：（實(shí)驗(yàn)均在20℃室溫下進(jìn)行，其他實(shí)驗(yàn)條件也均相同）

實(shí)驗(yàn)次序	1	2	3	4	5	6	7	8
H2O2溶液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)	1%	3%	5%	10%	15%	20%	25%	30%
MnO2粉末用量（g）	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
收集540mL氣體所用的時(shí)間（t）	660	220	205	80	25	9	4	3
反應(yīng)后液體溫度（℃）	24	34	39	56	65	67	69	70

請(qǐng)分析表中數(shù)據(jù)回答：
H₂O₂溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng)速率的影響是H₂O₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大反應(yīng)速率越快．
由表中數(shù)據(jù)還可看出，該反應(yīng)是個(gè)放熱反應(yīng)．（填“放熱”或“吸熱”）
問題三：下面是收集相同體積的氧氣所需的時(shí)間，將其探究過程與前面的相結(jié)合，除了可以完成過氧化氫溶液的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響的探究之外，還可以完成的探究問題是：催化劑的種類．

濃度 時(shí)間（min） 條件	等體積的30% H2O2溶液	等體積的15% H2O2溶液	等體積的5% H2O2溶液
加入a g MnO2	0.2	0.8	2.0
加入a g Fe 2O3	7.0	9.0	16.0

（7）某同學(xué)用收集到的氧氣作圖3所示實(shí)驗(yàn)，在細(xì)鐵絲前端系一火柴的目的是引燃鐵絲，將細(xì)鐵絲繞成螺旋狀的目的是為了增大鐵絲與氧氣的接觸面積和增大鐵絲的受熱面積，此實(shí)驗(yàn)在在的問題是集氣瓶內(nèi)沒有預(yù)先裝少量水或鋪一層細(xì)沙，造成的后果是燃燒產(chǎn)生的熔融物濺落瓶底使瓶底炸裂，改正后再次收集，完成實(shí)驗(yàn)，你看到的燃燒現(xiàn)象是劇烈燃燒，放出大量的熱，火星四射，產(chǎn)生黑色固體，反應(yīng)的文字表達(dá)式為鐵+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$四氧化三鐵，反應(yīng)類型為化合反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）要熟悉各種儀器的名稱、用途和使用方法；
（2）從裝置A是加熱固體制取氣體，由于試管口沒有棉花團(tuán)，則是加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物制取氧氣，生成氧氣的同時(shí)還有氯化鉀生成去分析解答；根據(jù)固液反應(yīng)需加熱，選擇發(fā)生裝置；根據(jù)氧氣不易溶于水，且與水不反應(yīng)的性質(zhì)，可選用排水法收集的裝置；根據(jù)氧氣的密度比空氣的大，且不與空氣的成分反應(yīng)的性質(zhì)，可選用向上排空氣法收集的裝置；此反應(yīng)還可用于高錳酸鉀加熱制取氧氣，試管口需放一團(tuán)棉花，防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管；
（3）用氯化銨固體與堿石灰固體共熱來制取氨氣的發(fā)生裝置為“固體加熱型”進(jìn)行選擇；常溫下氨氣是一種無色、有刺激性氣味的氣體，密度比空氣小，氨氣極易溶于水，進(jìn)行選擇收集裝置；
（4）氧氣驗(yàn)滿的方法是把帶火星的木條放在瓶口來驗(yàn)滿，如果帶火星的木條在瓶口能復(fù)燃，則證明該瓶氧氣已經(jīng)收集滿了；
（5）若直接使用圖2所示裝置收集氧氣，則氧氣應(yīng)由A進(jìn)入，因?yàn)檠鯕獾拿芏缺瓤諝獾拿芏却螅蝗粞b置中先充滿水再收集氧氣，氧氣應(yīng)由B進(jìn)入，因?yàn)檠鯕獾拿芏缺人��。?br />（6）過氧化氫溶液在二氧化錳的催化作用下，生成氧氣和水的反應(yīng)條件，儀器的用途；控制變量法研究化學(xué)反應(yīng)中各項(xiàng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響去分析解答；
（7）為了增大鐵絲與氧氣的接觸面積和增大鐵絲的受熱面積，要將鐵絲繞成螺旋狀；鐵絲前端要系一根火柴的作用是引燃鐵絲；為防止燃燒產(chǎn)生的熔融物濺落瓶底，使瓶底炸裂，集氣瓶內(nèi)要預(yù)先裝少量水或鋪一層細(xì)沙；點(diǎn)燃火柴后，鐵絲插入集氣瓶中適宜時(shí)刻和方法是：當(dāng)火柴快燃盡時(shí)將鐵絲從瓶口往下緩緩伸入瓶中；鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象是劇烈燃燒，放出大量的熱，火星四射，產(chǎn)生黑色固體；依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫出文字表達(dá)，此反應(yīng)為化合反應(yīng)．

解答 解：（1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)室常用儀器的認(rèn)識(shí)解決此題．答案為：a 酒精燈，b 鐵架臺(tái)，c 錐形瓶；
（2）裝置A是加熱固體制取氣體，由于試管口沒有棉花團(tuán)，則是加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物制取氧氣，生成氧氣的同時(shí)還有氯化鉀生成，故其文字表達(dá)式為：氯酸鉀$→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣；根據(jù)固液反應(yīng)需加熱，選擇發(fā)生裝置為A；根據(jù)氧氣不易溶于水，且與水不反應(yīng)的性質(zhì)，可選用排水法收集的裝置；根據(jù)氧氣的密度比空氣的大，且不與空氣的成分反應(yīng)的性質(zhì)，可選用向上排空氣法收集的裝置；此反應(yīng)還可用于高錳酸鉀加熱制取氧氣，試管口需放一團(tuán)棉花，防止高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管，反應(yīng)的文字表達(dá)式為：高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣；
（3）用氯化銨固體與堿石灰固體共熱來制取氨氣的發(fā)生裝置為“固體加熱型”，因此發(fā)生裝置選擇：A；常溫下氨氣密度比空氣小，氨氣極易溶于水，因此不能用排水法收集，應(yīng)用向下排空氣法收集，故選 D；
（4）氧氣驗(yàn)滿的方法是把帶火星的木條放在瓶口來驗(yàn)滿，如果帶火星的木條在瓶口能復(fù)燃，則證明該瓶氧氣已經(jīng)收集滿了；
（5）若直接使用圖2所示裝置收集氧氣，則氧氣應(yīng)由a進(jìn)入，因?yàn)檠鯕獾拿芏缺瓤諝獾拿芏却�；若裝置中先充滿水再收集氧氣，氧氣應(yīng)由b進(jìn)入，因?yàn)檠鯕獾拿芏缺人��。?br />（6）過氧化氫溶液在二氧化錳的催化作用下，生成氧氣和水，發(fā)生裝置選擇B，其文字表達(dá)式為：過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣；用注射器代替B裝置中的長頸漏斗，可利用注射器可以控制過氧化氫溶液的加入量和加入時(shí)間，從面達(dá)到能夠隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生或停止的目的；排水法收集的氧氣較純凈；
實(shí)驗(yàn)一：由表中數(shù)據(jù)可以看出在其他條件都相同的條件下，生成500mL氧氣所需要的時(shí)間，隨著二氧化錳的增多，所需的時(shí)間在減少，說明隨著二氧化錳的增多，反應(yīng)速率越來越快；故答案為：有，MnO₂的用量越多，反應(yīng)速率越來越快；
實(shí)驗(yàn)二：從表格中“收集到540ml氣體所需時(shí)間”可知，H₂O₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，收集540ml所需時(shí)間越短．就是說有H₂O₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大反應(yīng)速率越快；從“反應(yīng)后液體溫度”可知H₂O₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，放出的熱量越多，是放熱反應(yīng)；
實(shí)驗(yàn)三：對(duì)比時(shí)間記錄表中不同濃度的過氧化氫放出相同體積氧氣所消耗時(shí)間，可發(fā)現(xiàn)H₂O₂濃度越大，產(chǎn)生氧氣的速度越快；對(duì)比相同濃度的過氧化氫使不同催化劑時(shí)產(chǎn)生相同體積氧氣所消耗時(shí)間，可發(fā)現(xiàn)MnO₂的催化效果比Fe₂O₃好．
（7）鐵絲前端要系一根火柴的作用是引燃鐵絲；為了增大鐵絲與氧氣的接觸面積和增大鐵絲的受熱面積，要將鐵絲繞成螺旋狀；為防止燃燒產(chǎn)生的熔融物濺落瓶底，使瓶底炸裂，集氣瓶內(nèi)要預(yù)先裝少量水或鋪一層細(xì)沙；點(diǎn)燃火柴后，鐵絲插入集氣瓶中適宜時(shí)刻和方法是：當(dāng)火柴快燃盡時(shí)將鐵絲從瓶口往下緩緩伸入瓶中；鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象是劇烈燃燒，放出大量的熱，火星四射，產(chǎn)生黑色固體；反應(yīng)的文字表達(dá)式為：鐵+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$四氧化三鐵；此反應(yīng)為化合反應(yīng)．
故答案為：
（1）a 酒精燈，b 鐵架臺(tái)，c 錐形瓶；
（2）氯酸鉀$→_{加熱}^{二氧化錳}$氯化鉀+氧氣，A，C或E，在試管口放一團(tuán)棉花，高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣；
（3）A，D；
（4）把帶火星的木條放在瓶口來驗(yàn)滿，如果帶火星的木條在瓶口能復(fù)燃，則證明該瓶氧氣已經(jīng)收集滿了；
（5）a，b；
（6）B，過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣，注射器代替B裝置中的長頸漏斗，C；
實(shí)驗(yàn)一：有，MnO₂的用量越多，反應(yīng)速率越來越快；
實(shí)驗(yàn)二：H₂O₂溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大反應(yīng)速率越快、放熱；
實(shí)驗(yàn)三：催化劑的種類；
（7）引燃鐵絲、為了增大鐵絲與氧氣的接觸面積和增大鐵絲的受熱面積、集氣瓶內(nèi)沒有預(yù)先裝少量水或鋪一層細(xì)沙、燃燒產(chǎn)生的熔融物濺落瓶底，使瓶底炸裂、鐵+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$四氧化三鐵、化合反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng) 向上排空氣法收集氧氣，其驗(yàn)滿方法是：帶火星的木條放在集氣瓶口，是放在瓶口而不是瓶內(nèi)，要和氧氣的檢驗(yàn)方法區(qū)別開來，同時(shí)還考查了催化劑的濃度及種類的反應(yīng)速率的影響．