小明学习了 “催化剂”知识后,对双氧水分解催化剂的种类进行了如下探究:
( 1 )写出实验室用双氧水和二氧化锰混合制取氧气的化学方程式 _____ 。
(提出问题)双氧水分解只能用二氧化锰作为催化剂吗?
(猜想与假设)能作为双氧水分解催化剂的物质不一定只有二氧化锰一种。
(设计实验)实验装置如图 1 :(取用 10mL 5% 的双氧水)
实验编号 | 温度 | 物质种类(取 0.15g ) | 待测数据 |
① | 20 ℃ | | a |
② | 20 ℃ | FeCl 3 | b |
③ | 20 ℃ | CuSO 4 | c |
( 2 )实验前检査该装置气密性的方法是 _____ 。
( 3 )实验编号 ① 的作用是 _____ ;要定量比较反应快慢,可测量相同时间生成气体的 _____ 。
( 4 )通过比较发现,在相同时间, a < c ,小明认为硫酸铜可以做双氧水分解的催化剂,你是否赞同他的观点,说明理由 _____ 。
(得出结论)实验结束后,得出 FeCl 3 和 CuSO 4 都可以做双氧水分解的催化剂。
( 5 )小明用压强传感器测出加入 FeCl 3 后,双氧水分解的压强变化曲线(见图 2 ),请你分析 a 点后曲线略有下滑的原因 _____ 。
( 6 )在 FeCl 3 溶液中,小明认为是铁离子( )起催化作用,请你帮助他设计实验验证猜想。
实验操作 | 实验现象及结论 |
_____ | _____ |
2H 2 O 2 2H 2 O+O 2 ↑ 关闭分液漏斗的活塞,拉动注射器的活塞,然后松手,若注射器的活塞回到原来的位置,说明气密性良好 对照 体积 不赞成,还需要验证其质量与化学性质是否改变 反应停止,温度下降 取两支试管,各加入 2mL5% 的 H 2 O 2 溶液,再分别加入等质量的 FeCl 3 和 NaCl ,观察现象 若加入 FeCl 3 的试管中产生气泡更快,加热 NaCl 的试管中产生气泡的速率慢,证明 起到了催化作用
【详解】
解:( 1 )过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解为水和氧气;故填: 2H 2 O 2 2H 2 O+O 2 ↑;
( 2 )实验前检査该图示装置气密性的方法是关闭分液漏斗的活塞,拉动注射器的活塞,然后松手,若注射器的活塞回到原来的位置,说明气密性良好;故填:关闭分液漏斗的活塞,拉动注射器的活塞,然后松手,若注射器的活塞回到原来的位置,说明气密性良好;
( 3 )实验 ① 中没有加入催化剂,所以实验编号 ① 起到了对比的作用;要定量比较反应快慢,可测量相同时间生成气体的体积;故填:对照;体积;
( 4 )由催化剂的概念可知,能改变化学反应的速率,但是其质量与化学性质在反应前后不变的物质是催化剂,但此实验中并没有验证其质量与化学性质是否改变,所以对此观点不赞成;故填:不赞成,还需要验证其质量与化学性质是否改变;
( 5 )过氧化氢分解过程中会放出热量, a 点后曲线略有下滑是因为反应停止,不再产生气体,温度降低造成的;故填:反应停止,温度下降;
( 6 )氯化铁溶液中存在铁离子、氯离子和水分子,故猜想可能是铁离子或氯离子或水分子所起的催化作用;检验是否是铁离子所起的催化作用,可以选择氯化钠溶液来进行对照检验;故填:
实验操作 | 实验现象及结论 |
取两支试管,各加入 2mL5% 的 H 2 O 2 溶液,再分别加入等质量的 FeCl 3 和 NaCl ,观察现象 | 若加入 FeCl 3 的试管中产生气泡更快,加热 NaCl 的试管中产生气泡的速率慢,证明 Fe 3+ 起到了催化作用 |
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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