Question

18．某興趣小組根據(jù)實驗室提供的儀器和藥品進(jìn)行了氧氣的制備實驗．
（1）甲同學(xué)選用如圖所示的裝置制取氧氣．
①甲同學(xué)應(yīng)選取的試劑是MnO₂和H₂O₂（填化學(xué)符號），MnO₂固體在該反應(yīng)中起催化作用．
②除用排水法外，甲同學(xué)還可以選擇向上排空氣法法收集氧氣．
③實驗前，甲同學(xué)先向儀器A中加入水，然后將導(dǎo)管放入水槽中，并打開儀器A的活塞，觀察導(dǎo)管口是否有連續(xù)的氣泡出現(xiàn)．該實驗操作的目的是檢查裝置的氣密性．
（2）乙同學(xué)稱取一定質(zhì)量KMnO₄放在大試管中，將溫度控制在250℃條件下加熱制取O₂，該反應(yīng)的符號表達(dá)式為2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑該反應(yīng)的基本類型是分解反應(yīng)．實驗結(jié)束時，乙同學(xué)發(fā)現(xiàn)收集到的O₂大于理論產(chǎn)量，針對這一現(xiàn)象，同學(xué)們進(jìn)行了如下探究：
[提出猜想]猜想Ⅰ：反應(yīng)生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解產(chǎn)生氧氣．
[實驗驗證]同學(xué)們分為兩組，分別進(jìn)行以下實驗：
①第一組同學(xué)取一定質(zhì)量的MnO₂，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質(zhì)量不變．則猜想Ⅰ錯誤．
②第二組同學(xué)取K₂MnO₄在250℃條件下加熱，并用實驗的方法證明有氧氣生成，得出了猜想Ⅱ正確的結(jié)論．該組同學(xué)選擇的實驗方法是將帶火星的木條伸入集氣瓶中，木條復(fù)燃，證明是氧氣．
[拓展延伸]
實驗發(fā)現(xiàn)，K₂MnO₄受熱只能部分分解，經(jīng)分析，原因可能是生成物K₂O 對K₂MnO₄分解產(chǎn)生影響．請設(shè)計實驗方案驗證取等量的固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法收集氣體，收集一瓶氧氣，所用時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關(guān)系
[實驗反思]
通過以上實驗探究，你對“問題的發(fā)現(xiàn)與解決”有何認(rèn)識？必須通過認(rèn)真分析，用實驗來加以證明．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應(yīng)裝置和所提供藥品，確定另一種藥品；根據(jù)二氧化錳在反應(yīng)中的表現(xiàn)了解作用；
②根據(jù)氧氣的密度和溶水性考慮收集方法進(jìn)行分析；
③根據(jù)實驗前要檢驗裝置的氣密性進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣進(jìn)行分析；
【提出猜想】根據(jù)有氧氣生成就要有氧元素存在進(jìn)行分析；
【實驗驗證】要驗證猜想II，可以用驗證氧氣的方法來確定氧氣的有無，可以用帶火星的木條深入收集的氣體中，觀察現(xiàn)象；
【拓展延伸】使兩者形成對比，取等量的K₂MnO₄，其中一個加入K₂O，另一個不加K₂O，各自收集一瓶氧氣，看所用的時間長短來確定，是否是K₂O的影響；
【實驗反思】總結(jié)實驗的分析和解決過程，然后了解到需認(rèn)真分析，并根據(jù)科學(xué)的方法去驗證．

解答 解：（1）①如圖裝置適合固液不加熱反應(yīng)，我們可以用過氧化氫溶液，化學(xué)式為：H₂O₂，和固體二氧化錳反應(yīng)制取氧氣，其中二氧化錳在反應(yīng)前后性質(zhì)和質(zhì)量都不發(fā)生變化，所以二氧化錳起催化作用；
②氧氣的密度大于空氣的密度，不易溶于水，所以除用排水法收集外，還可以用向上排空氣法收集；
③這種做法可以使裝置內(nèi)外形成壓力差，看裝置是否漏氣，該實驗操作的目的是檢驗裝置的氣密性；
（2）高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，化學(xué)方程式為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，該反應(yīng)滿足分解反應(yīng)一變多的條件，屬于分解反應(yīng)；
【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物，所以我們可以猜想有氧氣生成，所以猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解產(chǎn)生氧氣；
【實驗驗證】①根據(jù)質(zhì)量守恒定義和冷卻后測得Mn0₂的質(zhì)量不變可知，猜想I是錯誤的；
②我們可以用驗證氧氣有無的方法去判斷是否有氧氣的生成，如用帶火星的木條，深入收集的氣體中，如果木條復(fù)燃說明有氧氣生成；
【拓展延伸】我們可以用如下實驗驗證：取等量的固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法收集氣體，收集一瓶氧氣，所用時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關(guān)系；
【實驗反思】要想發(fā)現(xiàn)問題，必須細(xì)心認(rèn)真；要想解決問題，必須認(rèn)真分析問題的原因所在，并用實驗去驗證．
故答案為：（1）①H₂O₂，催化；    
②向上排空氣法；
③檢查裝置的氣密性；
（2）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，分解反應(yīng)；          
猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解產(chǎn)生氧氣；
【實驗驗證】①Ⅰ；
②將帶火星的木條伸入集氣瓶中，木條復(fù)燃，證明是氧氣；
【拓展延伸】取等量的固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法收集氣體，收集一瓶氧氣，所用時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關(guān)系；
【實驗反思】必須通過認(rèn)真分析，用實驗來加以證明．

點評 本題考查制取氧氣的實驗以及相關(guān)問題，還有驗證猜想的實驗設(shè)計，要同學(xué)們具有綜合的化學(xué)知識才可做好此題．