Question

为比较Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图1、2所示的实验．请回答相关问题：

（1）定性分析：如图1可通过观察______，定性比较得出结论．有同学提出将FeCl₃改为Fe₂（SO₄）₃ 更为合理，其理由是______．
（2）定量分析：如图2所示，实验时均以生成40mL气体为准，其它可能影响实验的因素均已忽略．图中仪器A的名称为______，检查该装置气密性的方法是______，实验中需要测量的数据是______．
（3）加入0.10mol MnO₂粉末于50mL H₂O₂溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图3所示．
①写出H₂O₂在二氧化锰作用下发生反应的化学方程式______．
②实验时放出气体的总体积是______mL．
③放出气体所需时间为______ min．
④反应放出气体所需时间约为______ min．
⑤A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为______＞______＞______＞______．
⑥解释反应速率变化的原因______．
⑦计算H₂O₂的初始物质的量浓度______．（请保留两位有效数字）

Answer 1

解：（1）该反应中产生气体，可根据生成气泡的快慢判断，氯化铁和硫酸铜中阴阳离子都不同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用，硫酸钠和硫酸铜阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰，
故答案为：产生气泡的快慢，消除阴离子不同对实验的干扰；
（2）A仪器名称是分液漏斗，检验装置气密性的方法是：关闭分液漏斗的活塞，将注射器活塞向外拉出一段，过一会后看其是否回到原位，如果不恢复原位，则证明气密性良好，否则不好；根据v=知，还需要测定产生40mL气体所需的时间，
故答案为：分液漏斗；关闭分液漏斗的活塞，将注射器活塞向外拉出一段，过一会后看其是否回到原位，产生40mL气体所需的时间；
（3）①在二氧化锰作催化剂条件下，双氧水分解生成水和氧气，反应方程式为：2H₂O₂ 2H₂O+O₂↑，
故答案为：2H₂O₂ 2H₂O+O₂↑；
②根据图象知，第4分钟时，随着时间的推移，气体体积不变，所以实验时放出气体的总体积是60 mL，故答案为：60 mL；
③放出气体体积是60 mL×，根据图象知，需要的时间是1 min，故答案为：1 min；
④反应放出气体体积为45mL，根据图象知，所需时间在2-3分钟之间，随着反应的进行，反应物浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小，2-3分钟之间，平均反应速率=，产生8mL氧气需要的时间=
=0.6min，所以需要的时间为2.5～2.6min，故答案为：2.5～2.6min；
⑤根据图象结合v=知，A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序为D＞C＞B＞A，故答案为：
D＞C＞B＞A；
⑥反应速率与反应物浓度成正比，随着反应的进行，反应物浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小，
故答案为：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢；
⑦设双氧水的物质的量为x，
2H₂O₂ 2H₂O+O₂↑
2mol 22.4L
x 0.06L
x==0.0054mol，
所以其物质的量浓度==0.11 mol?L^-1，故答案为：0.11 mol?L^-1．
分析：（1）比较反应速率的大小可通过生成气泡的快慢来判断，比较金属阳离子的催化效果要排斥阴离子的干扰；
（2）A仪器名称是分液漏斗，检验装置气密性的方法是：关闭分液漏斗的活塞，将注射器活塞向外拉出一段，过一会后看其是否回到原位；该反应是通过反应速率分析的，所以根据v=分析；
（3）①在二氧化锰催化作用下，双氧水分解生成氧气和水；
②根据图象确定生成氧气的体积；
③根据图象确定反应需要的时间；
④利用平均速率结合图象确定需要的时间，注意随着反应的进行，反应速率逐渐降低；
⑤根据v=比较反应速率快慢；
⑥物质的浓度与反应速率成正比；
⑦根据氧气的量计算双氧水的物质的量，再根据C=计算物质的量浓度．
点评：本题考查实验方案设计，根据v=来设计实验，通过得到气体的体积和时间的关系确定影响反应速率的因素，难度中等．