Question

4．H₂O₂不穩(wěn)定、易分解，F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺等對其分解起催化作用，為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，某化學研究小組同學分別設(shè)計了圖1圖2兩種實驗裝置．

（1）若利用圖1實驗，可通過觀察產(chǎn)生氣泡的快慢現(xiàn)象，從而定性比較得出結(jié)論．有同學提出將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，其理由是消除陰離子不同對實驗的干擾，寫出H₂O₂在二氧化錳催化作用下發(fā)生反應的化學方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，若利用圖2實驗可進行定量分析，圖中儀器A的名稱為分液漏斗，實驗時均以生成40mL氣體為準，其他可能影響實驗的因素均已忽略，實驗中還需要測量的數(shù)據(jù)是產(chǎn)生40mL氣體所需的時間．
（2）將0.1mol MnO₂粉末加入50mL H₂O₂溶液中，在標準狀況下放出氣體的體積和時間的關(guān)系如圖3所示，解釋反應速率變化的原因：隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢，H₂O₂初始物質(zhì)的量濃度為0.11 mol/L（保留兩位有效數(shù)字）．
（3）為了加深同學們對影響反應速率因素的認識，老師讓同學完成如下實驗：在上述實驗裝置的錐形瓶內(nèi)加入6.5g鋅粒，通過分液漏斗加入40mL 2.5mol•L^-1的硫酸，10s時收集產(chǎn)生的H₂的體積為44.8mL（標準狀況），用硫酸表示10s內(nèi)該反應的速率為0.25 mol•L^-1•s^-1（假設(shè)反應前后溶液的體積不變）．

Answer 1

分析 （1）比較反應速率的大小可通過生成氣泡的快慢來判斷，比較金屬陽離子的催化效果要排斥陰離子的干擾；A儀器名稱是分液漏斗，檢驗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，過一會后看其是否回到原位；該反應是通過反應速率分析的，所以根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$分析；
（2）隨著反應的進行，溶液的濃度逐漸降低，反應速率逐漸減��；根據(jù)圖象可以看出H₂O₂完全反應放出60 mL O₂，根據(jù)2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑進行計算；
（3）根據(jù)2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、v=$\frac{△c}{△t}$進行計算．

解答 解：（1）該反應中產(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離子都不同，無法判斷是陰離子起作用還是陽離子起作用，硫酸鈉和硫酸銅陰離子相同，可以消除陰離子不同對實驗的干擾，在二氧化錳作催化劑條件下，雙氧水分解生成水和氧氣，反應方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，A儀器名稱是分液漏斗，檢驗裝置氣密性的方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，將注射器活塞向外拉出一段，過一會后看其是否回到原位，如果不恢復原位，則證明氣密性良好，否則不好；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$知，還需要測定產(chǎn)生40mL氣體所需的時間，
故答案為：產(chǎn)生氣泡的快慢；消除陰離子不同對實驗的干擾；2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；分液漏斗；產(chǎn)生40mL氣體所需的時間；
（2）在二氧化錳作催化劑條件下，雙氧水分解生成水和氧氣，反應方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，濃度越大，反應速率越大，反之越小，隨著反應進行，反應物的濃度逐漸減小，則速率逐漸減��；根據(jù)圖象可以看出H₂O₂完全反應放出60 mL O₂，H₂O₂的分解反應為2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，則n（H₂O₂）=$\frac{0.06}{22.4}$×2≈0.00536 mol，
c（H₂O₂）=$\frac{0.00536}{0.05}$≈0.11 mol/L，故答案為：隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢；0.11 mol/L；
（3）Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂
   65g 1mol 1mol 22.4L
 6.5g 0.1mol 0.1mol 0.0448L
用硫酸表示10s內(nèi)該反應的速率為v=$\frac{\frac{0.1}{0.04}}{10}$=0.25mol•L^-1•s^-1，故答案為：0.25．

點評 本題考查實驗方案設(shè)計，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$來設(shè)計實驗，通過得到氣體的體積和時間的關(guān)系確定影響反應速率的因素，難度中等．