Question

某化学兴趣小组回收利用废旧干电池．
【实验1】回收填料中的二氧化锰和氯化铵
【查阅资料】废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水．兴趣小组的同学们设计回收物质的流程如下图所示．

（1）操作1的名称是

 

，该操作中玻璃棒的作用是

 

．
（2）灼烧滤渣l的目的是

 

．
（3）二氧化锰是氯酸钾受热分解的催化剂，下表是他们的有关实验数据，请你回答有关问题：

二氧化锰与氯酸钾的质量比	1 40	1 20	1 10	1 5	1 3	1 2	2 3	1 1	2 1
生成1L氧气所需的时间（s）	124	79	50	54	75	93	106	153	240

①据上表可知二氧化锰与氯酸钾的质量比为

 

时，反应速率最快．分析可知反应前后二氧化锰在固体混合物中质量分数是

 

（“不变”或“变大”或“变小”）．
②二氧化锰的用量过少时产生氧气的速率很慢，原因是

 

；二氧化锰用量过多，产生氧气的速率

 

（填“变快”、“变慢”或“不变”），通过分析可知，在化学反应中催化剂的用量

 

（填“是”或“不是”）越多越好．
【实验2】利用外壳回收物锌制取氢气及相关探究
（4）用锌粒和稀硫酸可制取氢气（锌+硫酸→硫酸锌+氢气）．己知氢气密度比空气小且难溶于水，提供装置如下图：应选择：发生装置为

 

（填编号），排空气法收集装置为

 

（填编号）．

（5）探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素．反应过程中，用前10min内收集的氢气体积比较反应的快慢．控制其他条件相同，进行下表四组实验，获得数据如下表．

验实 号编	试剂		前 10min 内产生 的氢气体积（mL）
	不同纯度的锌	不同体积和浓度的稀硫酸
a	纯锌	30mL 30%	564.3
b	含杂质的锌	30mL 30%	634.7
c	纯锌	30mL 20%	449.3
d	纯锌	40mL 30%	602.8

①比较实验a和实验b，可以得到的结论是

 

．
②为了研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需比较实验

 

和实验

 

（填编号）．
③控制其他条件相同，需控制的条件是

 

（例举一种条件即可）．

Answer 1

分析：（1）根据操作1分离混合物的状态及过滤可用于难溶性固体和可溶性固体的分离进行分析；
（2）根据碳和氧气反应生成二氧化碳进行解答；
（3）根据图表可知生成1L氧气所需的时间最少的反应速率最快、二氧化锰的量少的时候二氧化锰与氯酸钾的接触面积小催化作用不明显进行解答；
（4）根据锌粒和稀硫酸制取氢气属于固体和液体混合制取气体且不需要加热以及氢气的密度比空气的密度小进行解答；
（5）①通过表格比较实验的相同点和不同点得出结论；
②利用控制变量法分析自变量是硫酸的浓度，因变量是反应的快慢进行分析选择对比组；
③从外因寻找需要控制的条件：温度，颗粒大小等．

解答：解：（1）根据流程图操作1都是不溶性固体和液体的分离，因此是过滤操作，过滤时玻璃棒起到引流的作用；
（2）因为废旧干电池填料的主要难溶性物质为二氧化锰、炭粉，因此溶解过滤后的滤渣含有二氧化锰和碳粉，而回收二氧化锰，因此通过灼烧可以把碳粉变成二氧化碳，因此灼烧滤渣l的目的是除去碳粉；
（3）①根据图表可知生成1L氧气所需的时间最少的反应速率最快，所以据上表可知二氧化锰与氯酸钾的质量比为

1

10

时，反应速率最快；生成的氧气逸出，固体混合物的质量减少，可知反应前后二氧化锰在固体混合物中质量分数增大；
②二氧化锰的量少的时候二氧化锰与氯酸钾的接触面积小催化作用不明显，所以二氧化锰的用量过少时产生氧气的速率很慢；由图表可知二氧化锰用量过多，产生氧气的速率变慢；过分析可知，在化学反应中催化剂的用量不是越多越好；
（4）用锌和稀硫酸制取氢气，因此发生装置属于固液常温型的B装置；因为氢气密度比空气小且难溶于水，因此可以采用排水法或向下排空气法收集；
（5）①实验a和实验b，相同点是同体积同浓度的稀硫酸，不同点是含杂质的锌和纯锌，结果含杂质的锌比纯锌反应速率要快；
②要研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需要不同浓度的硫酸，而要控制锌的纯度相同，比较产生氢气的快慢，因此对比组是a和c；
③控制变量法需要考虑的是自变量和因变量，而其它外界条件均保存相同，因此控制其他条件相同，需控制的条件如；温度（或锌粒形状大小）．
故答案为：（1）过滤；引流；
（2）除去炭粉；
（3）①

1

10

；变大．
②二氧化锰与氯酸钾的接触面积小催化作用不明显；变慢；不是；
（4）B；D；
（5）①、与同体积同浓度的稀硫酸反应，含杂质的锌比纯锌反应速率要快；②、a；c；③、温度．

点评：本题考查了废电池的物质的回收及有关氢气的制取的探究，知识点较多，属于化学实验基本实验技能的考查，要求在平时的学习中要注意掌握常见的化学操作及其原理，熟练运用．