Question

為比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，某化學(xué)研究小組的同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖1、2所示的實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：

（1）定性分析：如圖1可通過(guò)觀察

產(chǎn)生氣泡的快慢

，定性比較得出結(jié)論．有同學(xué)提出將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃ 更為合理，其理由是

消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾

．
（2）定量分析：如圖2所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其它可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略．圖中儀器A的名稱為

分液漏斗

，檢查該裝置氣密性的方法是

關(guān)閉分液漏斗的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，過(guò)一會(huì)后看其是否回到原位

，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是

40mL氣體所需的時(shí)間

．
（3）加入0.10mol MnO₂粉末于50mL H₂O₂溶液中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下放出氣體的體積和時(shí)間的關(guān)系如圖3所示．
①寫出H₂O₂在二氧化錳作用下發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑

．
②實(shí)驗(yàn)時(shí)放出氣體的總體積是

60mL

mL．
③放出

1

3

氣體所需時(shí)間為

1

 min．
④反應(yīng)放出

3

4

氣體所需時(shí)間約為

2.5～2.6

 min．
⑤A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)?!--BA-->

D

＞

C

＞

B

＞

A

．
⑥解釋反應(yīng)速率變化的原因

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢

．
⑦計(jì)算H₂O₂的初始物質(zhì)的量濃度

0.11mol?L^-1

．（請(qǐng)保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析：（1）比較反應(yīng)速率的大小可通過(guò)生成氣泡的快慢來(lái)判斷，比較金屬陽(yáng)離子的催化效果要排斥陰離子的干擾；
（2）A儀器名稱是分液漏斗，檢驗(yàn)裝置氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，過(guò)一會(huì)后看其是否回到原位；該反應(yīng)是通過(guò)反應(yīng)速率分析的，所以根據(jù)v=

△V

△t

分析；
（3）①在二氧化錳催化作用下，雙氧水分解生成氧氣和水；
②根據(jù)圖象確定生成氧氣的體積；
③根據(jù)圖象確定反應(yīng)需要的時(shí)間；
④利用平均速率結(jié)合圖象確定需要的時(shí)間，注意隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)速率逐漸降低；
⑤根據(jù)v=

△V

△t

比較反應(yīng)速率快慢；
⑥物質(zhì)的濃度與反應(yīng)速率成正比；
⑦根據(jù)氧氣的量計(jì)算雙氧水的物質(zhì)的量，再根據(jù)C=

n

V

計(jì)算物質(zhì)的量濃度．

解答：解：（1）該反應(yīng)中產(chǎn)生氣體，可根據(jù)生成氣泡的快慢判斷，氯化鐵和硫酸銅中陰陽(yáng)離子都不同，無(wú)法判斷是陰離子起作用還是陽(yáng)離子起作用，硫酸鈉和硫酸銅陰離子相同，可以消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，
故答案為：產(chǎn)生氣泡的快慢，消除陰離子不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾；
（2）A儀器名稱是分液漏斗，檢驗(yàn)裝置氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，過(guò)一會(huì)后看其是否回到原位，如果不恢復(fù)原位，則證明氣密性良好，否則不好；根據(jù)v=

△V

△t

知，還需要測(cè)定產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間，
故答案為：分液漏斗；關(guān)閉分液漏斗的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，過(guò)一會(huì)后看其是否回到原位，產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間；
（3）①在二氧化錳作催化劑條件下，雙氧水分解生成水和氧氣，反應(yīng)方程式為：2H₂O₂ 

MnO2  .

 2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂ 

MnO2  .

 2H₂O+O₂↑；
②根據(jù)圖象知，第4分鐘時(shí)，隨著時(shí)間的推移，氣體體積不變，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)放出氣體的總體積是60 mL，故答案為：60 mL；   
③放出

1

3

氣體體積是60 mL×

1

3

=20 mL，根據(jù)圖象知，需要的時(shí)間是1 min，故答案為：1 min；     
④反應(yīng)放出

3

4

氣體體積為45mL，根據(jù)圖象知，所需時(shí)間在2-3分鐘之間，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減小，2-3分鐘之間，平均反應(yīng)速率=

(50-37)mL

1min

=13mL/min，產(chǎn)生8mL氧氣需要的時(shí)間=

8mL

13mL/mol

=0.6min，所以需要的時(shí)間為2.5～2.6min，故答案為：2.5～2.6min；
⑤根據(jù)圖象結(jié)合v=

△V

△t

知，A、B、C、D各點(diǎn)反應(yīng)速率快慢的順序?yàn)镈＞C＞B＞A，故答案為：
D＞C＞B＞A；
⑥反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度成正比，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減小，
故答案為：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度減小，反應(yīng)速率減慢；
⑦設(shè)雙氧水的物質(zhì)的量為x，
2H₂O₂ 

MnO2  .

 2H₂O+O₂↑
2mol             22.4L
x                0.06L
x=

2mol×0.06L

22.4L

=0.0054mol，
所以其物質(zhì)的量濃度=

0.0054mol

0.05L

=0.11 mol?L^-1，故答案為：0.11 mol?L^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，根據(jù)v=

△V

△t

來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)得到氣體的體積和時(shí)間的關(guān)系確定影響反應(yīng)速率的因素，難度中等．