Question

某化学兴趣小组利用废旧电池进行下列实验，请你一起参与研究，并回答问题：
实验1 探究铜帽的成分
为测出铜帽中与铜形成合金的金属（M）的相对原子质量，以研究铜帽的成分是否为黄铜（Cu-Zn合金）．称取铜帽a g，制成粉末，加入足量稀硫酸，测得产生气体的体积为V L（标准状况），过滤反应后的混合物，将滤渣洗涤并低温烘干，称得质量为b g．
（1）反应装置和量气装装置最好分别选用下图中的

 

和

 

（填字母）．

（2）金属M（设化合价与锌相同）的相对原子质量为

 

（用含a、b、V的式子表示）．若烘干时温度过高，则测得金属M的相对原子质量将

 

（填“偏大”“偏小”“无影响”）．
实验2  回收二氧化锰和氯化铵，并检验氯化铵
干电池填料为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，NH₄Cl、ZnCl₂的溶解度曲线如图．回收物质的流程如下：

（1）灼烧滤渣1的目的是

 

．加热蒸发滤液1时，氯化铵先析出的原因是

 

，蒸发至有晶体出现时，要改用低温加热的原因是

 

．
（2）鉴定氯化铵时，必需用到的试剂或试纸有

 

．
实验3  探究酸浓度对MnO₂+H₂O₂反应速率的影响
已知MnO₂+H₂O₂+2H⁺═Mn²⁺+O₂↑+2H₂O，现取等量MnO₂和下表有关物质，在相同温度下进行4组实验，分别记录收集20.0mL氧气所需时间．

实验编号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
10%H2O2的体积/mL	5.0	5.0	V1	V2
20%硫酸的体积/mL	0	0.5	1.0	V3
水的体积/mL	15	14.5	V4	13.5
所需时间t/s	t1	t2	t3	t4

（1）上表中V₁=

 

，V₃=

 

．
（2）有同学提出实验I不可作为实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的对比实验，其理由是

 

．
（3）若实验测得t₂＞t₃＞t₄，则可得出的实验结论是

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,铵离子检验,浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响

专题：实验探究和数据处理题

分析：实验1：（1）实验过程中气体发生装置是利用固体和稀硫酸发生反应，AB装置比较分析，B装置分液漏斗中的液体能顺利流下，便于操作；量气装置是测定生成气体体积，比较CD装置，D装置中需要排液体的压强小，量气管精确度比量筒高，便于调节两边的液面相平，易于读取和操作；
（2）依据金属固体中的金属和稀硫酸反应的定量关系计算，误差分析，温度高，金属会和氧气反应生成金属氧化物导致最后得到固体质量增大，测定M的相对原子质量减小；
实验2：
（1）依据流程分析灼烧滤渣1的目的是为了除去碳粉；加热蒸发滤液1时依据溶解度曲线变化，氯化铵的溶解度随温度变化不大，蒸发溶剂氯化铵会先析出；大量晶体析出后，在低温下加热的目的是避免析出的氯化铵固体分解；
（2）依据铵根离子检验需要氢氧化钠溶液和红色湿润的石蕊试纸检验，氯离子需要硝酸酸化的硝酸银溶液来检验；
实验3：
（1）因探究酸浓度对速率的影响，故其他条件相同；
（2）实验Ⅰ二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂，而加入硫酸后，二氧化锰为氧化剂，反应原理不同；
（3）分析酸的用量和反应时间的关系．

解答： 解：实验1：
（1）依据实验目的可知，实验过程中气体发生装置是利用固体和稀硫酸发生反应，AB装置比较分析，A装置中分液漏斗中的液体和B装置相比，B装置分液漏斗中的液体能顺利流下，便于操作，所以选择B；量气装置是测定生成气体体积，比较CD装置，C装置需要较大的压强排除广口瓶中的水，和D装置比较，D装置中需要排液体的压强小，量气管精确度比量筒高，便于调节两边的液面相平，易于读取和操作，所以选择D；
故答案为：B D；
（2）探究铜帽的成分是否为黄铜（Cu-Zn合金）．称取铜帽a g，制成粉末，加入足量稀硫酸，测得产生气体的体积为V L（标准状况），过滤反应后的混合物，将滤渣洗涤并低温烘干，称得质量为b g．
固体溶解的是金属M的质量=ag-bg，生成气体为氢气，物质的量

VL

22.4L/mol

；M的化合价与锌相同依据M和稀硫酸反应定量关系：M+H₂SO₄=MSO₄+H₂↑，n（M）=n（H₂），M的摩尔质量=

(a-b)g

V 22.4 mol

=

22.4(a-b)

V

g/mol，金属M（设化合价与锌相同）的相对原子质量为

22.4(a-b)

V

；若烘干时温度过高，金属被氧气氧化，固体质量增大，则测得金属M的相对原子质量将偏小；
故答案为：

22.4(a-b)

V

，偏小；
实验2：
（1）干电池填料为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，依据流程分析，滤渣1中主要是二氧化锰、炭粉，灼烧滤渣1的目的是为了除去碳粉；滤液1中主要是NH₄Cl、ZnCl₂的溶液，加热蒸发滤液1时依据溶解度曲线变化，氯化铵的溶解度随温度变化不大，蒸发溶剂过程中氯化铵会先析出；当大量晶体析出后，在低温下加热的目的是避免析出的氯化铵固体分解；
故答案为：除去炭粉，氯化铵的溶解度较小；防止氯化铵受热分解；
（2）依据铵根离子检验需要氢氧化钠溶液和红色湿润的石蕊试纸检验，氯离子需要硝酸酸化的硝酸银溶液来检验，鉴定氯化铵时，必需用到的试剂或试纸有；氢氧化钠溶液、红色杠蕊试纸（pH试纸）、硝酸银溶液、稀硝酸；
故答案为：氢氧化钠溶液、红色杠蕊试纸（pH试纸）、硝酸银溶液、稀硝酸；
实验：
（1）因探究酸浓度对速率的影响，故其他条件相同，10%H₂O₂的体积不变，混合溶液的总体积不变，所以V₁=V₂=5.0mL，V₃=（20-5.0-13.5）mL=1.5mL；
故答案为：5.0；1.5；
（2）实验Ⅰ中二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂，而加入硫酸后，二氧化锰为氧化剂，反应原理不同，实验I不可作为实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的对比实验，
故答案为：实验I中MnO₂将作为催化剂，其他三组实验中二氧化锰作氧化剂，反应原理不同，且酸量不同；
（3）从数据可看出，酸用量越多，酸的浓度越大，所需时间越短；
故答案为：酸浓度越大，反应速率越快．

点评：本题考查了实验探究物质组成的实验方法和操作，离子检验，反应速率的测定及影响因素，中等难度，注意在比较外界反应条件对反应速率的影响时，要限定其他条件相同，改变一个条件，这是解题的依据．