化学实验小组的同学们对催化剂产生了兴趣,通过查阅资料了解到氧化铁也能加速氯酸钾的分解。为了探究氧化铁能否加快过氧化氢的分解,他们设计了实验装置,并进行气体的制备和测量实验,实验时均以生成40mL气体为标准,相关实验数据记录如下表:
实验序号 | 过氧化氢溶液浓度/% | 过氧化氢溶液体积/mL | 过氧化氢溶液温度/℃ | 氧化铁的用量/g | 收集40mL氧气 所需时间/s |
① | 5 | 10 | 20 | 0 | 128.5 |
② | 5 | 10 | 20 | 1.2 | 16.8 |
③ | 15 | 10 | 20 | 1.2 | 10.5 |
④ | 5 | 10 | 70 | 0 | 32.7 |
(1)若用氯酸钾和二氧化锰制氧气可选用的发生装置_____(填字母)该反应的化学方程式是_____。若用过氧化氢制氧气的发生装置是_____(填字母)
(2)通过实验①和④对比可知,化学反应速率与温度的关系是_____;通过实验②和③对比可知,化学反应速率与_____有关:通过实验_____和_____(填表中的序号)对比可知,氧化铁可以加快过氧化氢分解制氧的速率。
(3)若要证明氧化铁是过氧化氢分解的催化剂,还需要验证它在该反应前后的_____和_____未发生改变。
(4)G图装置也能收集气体,若收集氢气,应从_____(“a”或”b”下同)端通入氢气:若检验氧气是否收集满,应将燃着的木条放在_____端。
D; 2KClO32KCl+3O2↑; A; 温度越高,反应速率越快; 反应物浓度; ①; ②; 质量; 化学性质; b; b
【解析】
(1)用氯酸钾和二氧化锰制氧气属于固体加热型,所以选择装置D来制取,氯酸钾在二氧化锰作催化剂、加热的条件下分解为氯化钾和氧气;用过氧化氢制氧气属于固液常温型,选择装置A来制取;故填:D;2KClO32KCl+3O2↑;A;
(2)通过实验①和④对比可知,化学反应速率与温度的关系是温度越高,反应速率越快;通过实验②和③对比可知,化学反应速率与反应物浓度有关;通过实验 ①和 ②对比可知,氧化铁可以加快过氧化氢分解放氧的速率。故填:温度越高,反应速率越快;反应物浓度;①;②;
(3)催化剂在化学反应前后的质量不变,故要证明氧化铁是过氧化氢分解的催化剂,还需要验证它在该反应前后的质量和化学性质未发生改变;故填:质量;化学性质;
(4)氢气的密度比空气小,所以用装置G来收集氢气时,氢气应从短管进入;氧气的密度比空气大,用装置G收集氧气时,氧气从长管进入,验满时将带火星的木条放在短导管b处,观察木条是否复燃即可;故填:b;b。
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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