在我校實驗室實施的揚州市2011年中考化學實驗操作考查剛剛落下帷幕.實驗考查中H
2O
2分解制氧氣為何不采用MnO
2作催化劑?同學們?yōu)橹归_了探究.
I、他們首先配制實驗所需的50mL、6%的H
2O
2溶液.
[配制溶液]
現(xiàn)有一瓶新購置的雙氧水,標簽如圖所示.
(1)若用這瓶雙氧水來配置6%的醫(yī)用雙氧水1500g,需要這種雙氧水的質量是多少克?
(2)另有一瓶5個月前購進的相同規(guī)格的雙氧水,經(jīng)檢測,已緩慢分解放出了9.6g氧氣,求現(xiàn)在剩余的該瓶溶液中溶質的質量分數(shù).
II、然后同學們又比較了各催化劑在室溫下對50mL、6%的H
2O
2溶液分解反應的催化作用情況.
[實驗記錄]各催化劑對50mL、6%的H
2O
2溶液分解反應的催化作用情況(室溫22℃)
催化劑及用量 |
O2 平均產(chǎn)量 |
制氧所需時間 |
成本 |
反應情況 |
MnO21.0g |
919mL |
10′03″ |
0.11元 |
分解先快后慢 |
10%FeCl3溶液5滴 |
985mL |
4′50″ |
0.02元 |
均勻產(chǎn)生O2 |
15%CuSO4溶液5滴 |
955mL |
4′57″ |
0.03元 |
均勻產(chǎn)生O2 |
[實驗分析]由表中數(shù)據(jù)及實驗體驗可以得出,MnO
2 催化分解H
2O
2制氧氣有兩點不足,①開始反應速率過快,氧氣產(chǎn)生后,發(fā)生裝置內壓強驟然增大,使用分液漏斗滴液往往受阻,收集氧氣排水或排空氣時稍微耽擱,就會有不少O
2 逸失,到收集最后一瓶O
2反應變慢,耗時太長.②
MnO2用量多,成本高
MnO2用量多,成本高
.
[提出問題]同學們認為用FeCl
3溶液作催化劑效果最好.但FeCl
3溶液為何能催化分解H
2O
2?
[實驗猜想]已知FeCl
3在水中可解離出Fe
3+ 和Cl
-,同學們提出以下猜想:
甲同學的猜想是:真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的H
2O;
乙同學的猜想是:真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的Fe
3+;
丙同學的猜想是:真正催化分解H
2O
2的是FeCl
3溶液中的Cl
-;
你認為最不可能的是
甲
甲
同學的猜想,理由是
過氧化氫溶液中有水
過氧化氫溶液中有水
.
同學們對余下的兩個猜想,用實驗進行了探究,請你仔細分析后填空:
[實驗過程1]向盛有5mL、6% H
2O
2溶液的試管中加入少量的HCl溶液,并把帶火星的木條伸入試管.
[實驗現(xiàn)象1]無明顯現(xiàn)象.對應結論:
FeCl3溶液中的Cl-不能催化分解H2O2
FeCl3溶液中的Cl-不能催化分解H2O2
.
[實驗過程2]另向盛有5mL、6%的H
2O
2溶液的試管中加入少量的
Fe(NO3)3溶液
Fe(NO3)3溶液
,并再次把帶火星的木條伸入試管.
[實驗現(xiàn)象2]
試管中有大量氣泡產(chǎn)生,帶火星的木條復燃
試管中有大量氣泡產(chǎn)生,帶火星的木條復燃
.
對應結論:
起催化作用的是Fe3+
起催化作用的是Fe3+
.
[拓展研究]
同學們還比較了FeCl
3和CuSO
4兩種鹽對H
2O
2分解的催化效果,他們分成甲、乙兩組,分別設計了如圖一、圖二所示的實驗并進行了實驗.(設兩種鹽溶液的濃度等條件相同)
(1)指出儀器名稱:A
分液漏斗
分液漏斗
B
錐形瓶
錐形瓶
(2)寫出以FeCl
3為催化劑的反應的化學方程式
.
(3)圖一可通過觀察
反應產(chǎn)生氣泡快慢
反應產(chǎn)生氣泡快慢
來定性比較得出結論.有同學提出將藥品CuSO
4改為CuCl
2更為合理,其理由是
使酸根相同,排除酸根的影響因素
使酸根相同,排除酸根的影響因素
,你認為藥品還可以作何改進?
將FeCl3改為Fe2(SO4)3
將FeCl3改為Fe2(SO4)3
.
(4)檢查圖二裝置氣密性的方法是:
關閉
關閉
(填“打開”或“關閉”)儀器A的活塞,將注射器活塞拉出一定距離,一段時間后松開活塞,觀察到活塞又回到了原位,則說明裝置氣密性
良好
良好
(填“良好”或“不好”).該組同學利用圖二所示實驗需測量的數(shù)據(jù)是
A
A
(填序號:A.一定時間內收集到的氣體體積 B.收集一定體積的氣體所需雙氧水的質量).
研究小組還對溶液濃度、溫度等實驗條件進行了探究.下表選取了部分實驗數(shù)據(jù):
用足量等體積H
2O
2溶液制取相同體積O
2所需的時間
濃度 時間(min) 條件 |
30% H2O2 |
15% H2O2 |
5% H2O2 |
加入a g MnO2 |
0.2 |
0.8 |
2.0 |
[交流討論]從上表中還能得出的結論是:
H2O2溶液的質量分數(shù)越大產(chǎn)生氧氣的速率越快
H2O2溶液的質量分數(shù)越大產(chǎn)生氧氣的速率越快
.