Question

5．同學們通過查閱資料知道，過氧化氫分解反應的催化劑除二氧化錳外，還有氯化鐵溶液、氯化銅溶液中的金屬離子和土豆中含有的過氧化氫酶以及氧化銅等．同學們通過如下實驗來研究催化劑的某些因素對過氧化氫分解速率的影響．
方案Ⅰ：分別取20mL 5%的過氧化氫溶液于3個大小相同的錐形瓶中．向其中兩個錐形瓶中分別加入含相同數(shù)目金屬離子的氯化鐵溶液和氯化銅溶液，分別連接傳感器測體系壓強（如圖所示）．測定數(shù)據(jù)如表所示：

時間/s 壓強/KPa 試劑	0	60	120	180	240	300
20mL5%的過氧化氫溶液	101.86	102.99	103.42	103.67	103.99	104.00
加入氯化鐵粉末	102.21	105.35	115.40	129.69	145.62	163.99
加入氯化銅粉末	101.90	102.73	107.53	114.78	122.49	130.39

（1）加入含相同數(shù)目金屬離子的氯化鐵溶液和氯化銅溶液，該步操作的實驗目的是控制金屬離子的數(shù)目，對比它們對過氧化氫分解速率的影響．
（2）根據(jù)上表數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是氯化鐵溶液催化產(chǎn)生氧氣的速率比氯化銅溶液快．
方案Ⅱ：從同一部位取2個質(zhì)量均為1.7g的正方體土豆塊，將其中一塊切成若干片，片與片相連不斷開，同時分別放入盛30mL 5%過氧化氫溶液的錐形瓶中．均看到有氣泡生成，一段時間后，切成片的土豆片表面附著較多的氣泡并不斷上升．通過實驗得出的結(jié)論是反應物和催化劑的接觸面接越大，反應速率越快．
（3）請寫出該反應的化學方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
【實驗反思】
（4）通過實驗一和實驗二說明，測量體系的壓強變化也可用于判斷過氧化氫的分解速率．除此之外，本實驗還可以用其它方法來比較過氧化氫的分解速率，下列做法中不合理的是A（填選項序號）．
A．測量完全反應后產(chǎn)生氣體的總體積　　　B．測量產(chǎn)生一定體積氣體所需要的時間
C．測量相同時間內(nèi)生成氣體的體積　　　D．測量相同時間內(nèi)錐形瓶內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量的變化
（5）小明發(fā)現(xiàn)實驗過程中錐形瓶外壁發(fā)燙，而過氧化氫的分解速率開始時會逐漸增大．查閱資料后得知：過氧化氫分解時放出大量的熱，你能不能據(jù)此解釋其分解速率發(fā)生變化的原因？過氧化氫分解時放出熱量，溫度升高，反應速率加快．
（6）你還能想到對過氧化氫溶液的分解速率產(chǎn)生影響的其他原因嗎？請選擇一種，設計實驗加以驗證．過氧化氫溶液的濃度影響分解速率：
實驗步驟：室溫下，取相同質(zhì)量的二氧化錳粉末分別加入兩支規(guī)格相同的試管中，再分別同時加入相同體積、濃度不同的過氧化氫溶液，連接收集裝置；
實驗現(xiàn)象：濃度大的過氧化氫溶液產(chǎn)生氣泡的速率較快，相同時間內(nèi)濃度大的過氧化氫溶液收集裝置中收集的氣體體積大；
實驗結(jié)論：其它條件相同時，過氧化氫溶液的濃度越大，分解速率越快．

Answer 1

分析 （1）對比試驗中，一定要控制好變量和常量；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以判斷氯化鐵溶液和氯化銅溶液對過氧化氫分解的催化效率；
（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象可以判斷實驗結(jié)論；
過氧化氫在催化劑的作用下分解生成水和氧氣；
（4）比較過氧化氫分解速率的方法很多，要注意理解；
（5）反應物濃度越大，溫度越高，反應速率越快；
（6）過氧化氫溶液的濃度能夠影響過氧化氫分解的速率．

解答 解：（1）加入含相同數(shù)目金屬離子的氯化鐵溶液和氯化銅溶液，該步操作的實驗目的是：通過對比試驗，控制金屬離子的數(shù)目，對比它們對過氧化氫分解速率的影響．
故填：控制金屬離子的數(shù)目，對比它們對過氧化氫分解速率的影響．
（2）根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知，相同時間內(nèi)，加入氯化鐵粉末的體系壓強大于加入氯化銅粉末的體系壓強，即相同時間內(nèi)，加入氯化鐵粉末的體系中生成氣體的體積大于加入氯化銅粉末的體系中生成氣體的體積，因此氯化鐵溶液催化產(chǎn)生氧氣的速率比氯化銅溶液快；
成若干片的體積比不切的體積大，一段時間后，切成片的土豆片表面附著較多的氣泡并不斷上升，說明切成片的土豆表面產(chǎn)生的氣體多，由此可知，反應物和催化劑的接觸面接越大，反應速率越快．
故填：氯化鐵溶液催化產(chǎn)生氧氣的速率比氯化銅溶液快；反應物和催化劑的接觸面接越大，反應速率越快．
（3）過氧化氫在催化劑的作用下分解生成水和氧氣的化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
故填：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（4）A．測量完全反應后產(chǎn)生氣體的總體積，能夠比較過氧化氫質(zhì)量的大小，但是不能比較過氧化氫分解的速率，該選項做法不合理；
B．測量產(chǎn)生一定體積氣體所需要的時間，可以判斷過氧化氫分解的速率快慢，該選項做法合理；
C．測量相同時間內(nèi)生成氣體的體積，可以比較過氧化氫分解的速率大小，該選項做法合理；　　　
D．測量相同時間內(nèi)錐形瓶內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量的變化，可以判斷氣體減少的快慢，從而可以判斷過氧化氫分解的速率快慢，該選項做法合理．
故填：A．
（5）因為過氧化氫分解時放出熱量，導致溶液溫度升高，從而加快了過氧化氫的分解．
故填：過氧化氫分解時放出熱量，溫度升高，反應速率加快．
（6）過氧化氫溶液的濃度能夠影響分解速率：
實驗步驟：室溫下，取相同質(zhì)量的二氧化錳粉末分別加入兩支規(guī)格相同的試管中，再分別同時加入相同體積、濃度不同的過氧化氫溶液，連接收集裝置；
實驗現(xiàn)象：濃度大的過氧化氫溶液產(chǎn)生氣泡的速率較快，相同時間內(nèi)濃度大的過氧化氫溶液收集裝置中收集的氣體體積大；
實驗結(jié)論：其它條件相同時，過氧化氫溶液的濃度越大，分解速率越快．
故填：過氧化氫溶液的濃度影響分解速率：
實驗步驟：室溫下，取相同質(zhì)量的二氧化錳粉末分別加入兩支規(guī)格相同的試管中，再分別同時加入相同體積、濃度不同的過氧化氫溶液，連接收集裝置；
實驗現(xiàn)象：濃度大的過氧化氫溶液產(chǎn)生氣泡的速率較快，相同時間內(nèi)濃度大的過氧化氫溶液收集裝置中收集的氣體體積大；
實驗結(jié)論：其它條件相同時，過氧化氫溶液的濃度越大，分解速率越快．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．