Question

化学兴趣小组的李浩宇同学对“一贴热”的发热原理产生了浓厚的兴趣，他先上网查阅有关资料，然后和兴趣小组的同学一起带了几包“一贴热”（如图1），来到实验室对其进行实验研究．

【查阅资料】
（1）一贴热的使用方法：将外包装袋剪开，取出药袋，晃动几次，使药物充分接触到空气，手摸有热感时，置于固定袋内，覆盖于痛患处．
（2）四氧化三铁也具有铁磁性，能被磁铁吸引．
（3）可以作为过氧化氢分解反应的催化剂有很多，如：铁粉、氧化铜粉末、四氧化三铁等．
【提出问题】一贴热的成分是什么？
李浩宇同学将一贴热包装剪开，将填充物倒入烧杯中，观察，为黑色粉末．
【猜想与假设】李浩宇说：该黑色粉末可能含有碳粉、铁粉．
你猜想该黑色粉末还可能是

 

（与李浩宇的猜想不同）
【设计并进行试验】
如图2（1）先用磁铁与烧杯中的黑色粉末充分接触，如果粉末部分被吸附，你认为该黑色粉末可能是①

 

；②

 

．
（2）王梅取适量黑色粉末于燃烧匙中，在酒精灯上点燃后伸入盛有氧气的集气瓶中，观察到剧烈燃烧、火星四射、放出大量热、

 

的现象，从而证明了铁粉的存在．写出铁与氧气反应的文字表达式

 

．在反应后的集气瓶中加入澄清的石灰水振荡，观察到石灰水变浑浊，说明粉末中一定含有

 

．
【实验结论】
该黑色粉末中一定含有

 

，可能含有

 

．
张阳和厂家联系得知，一贴热的发热材料主要由铁粉、活性炭、蛭石、水、盐等材料构成．
【拓展探究】
（1）二氧化锰和铁粉，谁能更好的加快过氧化氢分解反应的速率？
冯伟经过实验发现一贴热也可以加快过氧化氢分解的速率，经检验是铁粉起的作用，他想知道铁粉和二氧化锰相比，究竟谁的催化效果更好，于是设计以下一组实验：

实验编号	反应物的浓度体积	温度	催化剂	收集125ml 氧气所用的时间
1	10mL 6% H2O2	25℃（室温）	1g 二氧化锰粉末	35s
2	10mL 6%  H2O2	25℃（室温）	1g 铁粉	152s

根据控制变量法，上表中变量是：

 

，常量是

 

、

 

、

 

（至少写出三个）．由该实验可以得出：在相同条件下，二氧化锰的催化效果比铁粉

 

．（填“好”或“差”）
（2）用一贴热药粉测定空气中氧气的含量．王岚查阅资料得知，一贴热的作用原理是铁跟氧气和水发生反应生成氢氧化铁（固体），并放热．小组同学设计了如图2所示的实验装置，进行实验．请你仔细观察并在下表中填写主要的实验现象．

实验操作	主要实验现象	实验结论及解释
加入足量药品一贴热，迅速将胶塞盖严，并充分振荡		进入集气瓶内水的体积即为空气中氧气的体积，并可计算空气中氧气的含量

（你能回答下列问题，可获得3分的加分，但总分不超过100分）
【实验反思】王岚同学认为实验需要改进，才能得到较为准确的结果．试写出改进的实验操作：

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,催化剂的特点与催化作用,常见金属的特性及其应用,金属的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：【猜想与假设】考虑初中化学中黑色粉末有哪些物质，提纯合理的猜想；
【设计并进行试验】如图2（1）考虑磁铁的性质，推测该黑色粉末可能的组成．
（2）考虑铁粉在氧气中燃烧的现象，从而证明了铁粉的存在．考虑二氧化碳的鉴别方法．
【实验结论】根据【设计并进行试验】中的实验现象，推测该黑色粉末成分．
【拓展探究】
（1）考虑实验中的变量和常量；根据表格中的数据，推测二氧化锰和铁粉的催化效果；
（2）根据实验操作和实验结论及解释，根据题目中的信息“一贴热的作用原理是铁跟氧气和水发生反应生成氢氧化铁（固体），并放热”，推测主要的实验现象．
【实验反思】推测改进的实验操作：关闭弹簧夹a后加入足量药品，迅速将胶塞盖紧，充分振荡，待冷却后打开弹簧夹a．

解答：解：
【猜想与假设】考虑初中化学中黑色粉末有哪些物质，该黑色粉末可能含有四氧化三铁；二氧化锰；碳粉、铁粉、四氧化三铁的混合物、氧化铜．则猜想该黑色粉末还可能是四氧化三铁；
【设计并进行试验】考虑磁铁吸铁，如图2（1）先用磁铁与烧杯中的黑色粉末充分接触，如果粉末部分被吸附，则该黑色粉末可能是①铁粉与碳粉的混合物；②四氧化三铁与炭粉的混合物．
（2）取适量黑色粉末于燃烧匙中，在酒精灯上点燃后伸入盛有氧气的集气瓶中，观察到剧烈燃烧、火星四射、放出大量热、生成黑色固体的现象，从而证明了铁粉的存在．则铁与氧气反应的文字表达式铁+氧气

点燃

四氧化三铁．在反应后的集气瓶中加入澄清的石灰水振荡，因为二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，故观察到石灰水变浑浊，说明粉末中一定含有碳粉．
【实验结论】
根据以上分析，可知该黑色粉末中一定含有铁粉和碳粉，可能含有四氧化三铁粉末．
【拓展探究】
（1）根据实验表格中的数据可知：

实验编号	反应物的浓度体积	温度	催化剂	收集125ml 氧气所用的时间
1	10mL 6% H2O2	25℃（室温）	1g 二氧化锰粉末	35s
2	10mL 6%  H2O2	25℃（室温）	1g 铁粉	152s

根据控制变量法，上表中变量是：催化剂的种类，常量是反应物的浓度、体积、温度．由该实验可以得出：在相同条件下，二氧化锰的催化效果比铁粉好．
（2）根据资料“一贴热的作用原理是铁跟氧气和水发生反应生成氢氧化铁（固体），并放热”．则推测出主要的实验现象．

实验操作	主要实验现象	实验结论及解释
加入足量药品一贴热，迅速将胶塞盖严，并充分振荡	放热，导管口有气泡冒出；一段时间后，量筒中的水沿着导管逐渐被吸入到集气瓶中	进入集气瓶内水的体积即为空气中氧气的体积，并可计算空气中氧气的含量

【实验反思】王岚同学认为实验需要改进，才能得到较为准确的结果．试写出改进的实验操作：关闭弹簧夹a后加入足量药品，迅速将胶塞盖紧，充分振荡，待冷却后打开弹簧夹a．
故答案为：
【猜想与假设】四氧化三铁；二氧化锰；碳粉、铁粉、四氧化三铁的混合物、氧化铜（只要答黑色粉末状一种物质均可） 
【设计并进行实验】①铁粉与碳粉的混合物；②四氧化三铁与炭粉的混合物；生成黑色固体；铁+氧气

点燃

四氧化三铁；碳粉；
【实验结论】铁粉和碳粉； 四氧化三铁粉末；
【拓展研究】（1）催化剂的种类（如果只写催化剂不得分）；（2）反应物的浓度、体积、温度；

实验操作	主要实验现象	实验结论及解释
	放热，导管口有气泡冒出；一段时间后，量筒中的水沿着导管逐渐被吸入到集气瓶中

（提示：放热，导气管口有气泡冒出只要答出一点可得；一段时间后，量筒中的水沿着导管逐渐被吸入到集气瓶中，只要意思对就可得）
实验改进：关闭弹簧夹a后加入足量药品，迅速将胶塞盖紧，充分振荡，待冷却后打开弹簧夹a

点评：该题为综合实验题，考查的知识点较多，氧气的性质，装置气密性的检验等，关键是熟记相关知识点．语言表述要简练准确．掌握铁的化学性质，空气中氧气含量的测定．