(2018·深圳)小明进行H2O2溶液制O2的实验探究。结合下列过程,回答有关问题。
(1)MnO2作催化剂。
向5 mL 5%的H2O2溶液中加入少量MnO2 ,立即产生大量气泡。
①写出用H2O2溶液制备O2的化学方程式: 。
②用上述反应原理制备并收集一瓶干燥的O2,从所给装置图中选择并组装一套装置,其连接顺序为 → → (填序号)。为了确保实验成功,在装药品之前应该 。
③检验O2的方法是 ,若木条复燃,则证明收集的气体为O2。
(2)FeCl3溶液作催化剂。
向5 mL 5%的H2O2溶液中加入2滴一定浓度的FeCl3溶液,立即产生大量气泡。
(已知)FeCl3溶液中主要含有三种微粒:H2O、Fe3+、Cl-。
(问题)哪种微粒对H2O2溶液的分解起催化作用?
(假设)假设一:可能是H2O;
假设二:可能是Fe3+;
假设三:可能是Cl-。
(分析)①假设一不可能成立,理由是 。
(实验)
操作 | 现象 |
其他条件不变,向H2O2溶液中加入NaCl溶液 | 无明显变化 |
其他条件不变,向H2O2溶液中加入Na2SO4溶液 | 无明显变化 |
其他条件不变,向H2O2溶液中加入Fe2(SO4)3溶液 | 立即产生大量气泡 |
(结论)②假设 成立,而假设一和另一种假设不成立。
(3)催化剂比较。
从循环利用的角度分析, (填化学式)更适合作该反应的催化剂。
(1)①2H2O22H2O+O2↑
②B C E 检查装置的气密性
③将带火星的木条伸入集气瓶中
(2)①过氧化氢溶液中溶剂是水 ②二
(3)MnO2
解析:(1)①实验室用过氧化氢溶液制取氧气的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。 ②用过氧化氢溶液制取氧气为固体与液体在常温下反应,故发生装置选择B,由于要收集干燥的氧气,需要浓硫酸进行干燥,故需要连接装置C,收集干燥的氧气,应使用排空气法进行收集,氧气的密度比空气的密度大,故选用向上排空气法进行收集,故选用E;所有涉及气体生成并收集的化学实验,均需要检查装置的气密性。③检验氧气的方法是将带火星的木条伸入集气瓶中,若木条复燃,则证明收集的气体为O2。(2)①若假设一成立,由于过氧化氢溶液中溶剂是水,过氧化氢溶液就自动快速分解了,因此假设一不成立。②实验中排除了Cl-、S的影响,证明了Fe3+能加速H2O2的分解速率,故假设二成立。(3)相对于FeCl3而言,MnO2是固体,不溶于水,能回收,故MnO2更好。
过氧化氢制氧气 | 高锰酸钾制氧气 | |
药品和反应原理 | 2H2O22H2O+O2↑ | 2KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2↑ |
发生装置 | 固液常温型 |
固体加热型 |
收集装置 | 氧气可用排水法收集,也可用向上排空气法收集 | |
整体装置图 | ||
操作步骤 | ①检查装置气密性 ②再锥形瓶中装入二氧化锰 ③塞好带有长颈漏斗和导管的橡皮塞(长颈漏斗的下端一定在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中跑出来) ④向长颈漏斗中加入过氧化氢溶液 ⑤收集氧气 |
①检查装置气密性 ②将药品平铺在试管底部,用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管口(用高锰酸钾制取氧气,还要在管口放一小团棉花) ③将试管固定在铁架台上 ④点燃酒精灯,预热后加热试管 ⑤当导管口有连续均匀的气泡冒出时开始收集气体 ⑥收集完毕,先将导管移出水面 ⑦熄灭酒精灯。加热高锰酸钾(或氯酸钾和二氧化锰的混合物)制氧气,用排水法收集,其操作步骤可概括为:“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”7个字。可用谐音记忆为“茶庄定点收利息”。 |
注意事项 | ①伸入试管或锥形瓶中的导管应刚刚露出橡皮塞即可,否则不利于气体的导出。 ②用排水法收集氧气时,导管应刚伸人集气瓶口即可,过长不利于水的排出,气体不易收集满。 ③用向上排空气法收集氧气时,导管要伸入集气瓶的底部,否则不利于空气的排出,收集的气体不纯。 ④用长颈漏斗时,长颈漏斗末端应在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中逸出。 |
①药品要平铺在试管底部,均匀受热。 ②试管口要略向下倾斜,防止药品中湿存的水分受热后变成水蒸气,遇冷凝结成水倒流回试管底部,使试管炸裂。 ③铁架台的铁夹要夹在试管的中上部(或距离试管口1/3处)。 ④试管内的导管稍伸出橡皮塞即可,这样便于气体导出。 ⑤集气瓶充满水后倒放入水槽中(瓶口要在水面下)。 ⑥加热时要先使试管均匀受热,然后酒精灯外焰要对准药品所在部位加热。 ⑦用排水法收集气体时,应注意当气泡连续均匀冒出时再收集,否则收集的气体中混有空气,当集气瓶口有大盆气泡冒出时,证明已集满。 ⑧停止加热时,应先把导管从水里撤出,再撤掉酒精灯。如果先熄灭酒精灯,试管内气体温度降低,压强减小,水槽中的水就会被倒吸入热的试管内,使试管炸裂。 ⑨用高锰酸钾制氧气时,试管口要放一小团棉花,防止加热时高锰酸钾小颗粒进人导管。 ⑩盛氧气的集气瓶应盖上玻璃片正放,因为在相同状况下氧气的密度大于空气的密度,正放可减少气体的逸散。 |
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