Question

8．某化学兴趣小组同学在回收废旧电池的同时，开展了如下的实验探究．
【查阅资料】废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水．
【实验1】废干电池的拆卸与处理
（1）兴趣小组同学将废旧干电池卸下的锌筒、碳棒冲洗干净，备用．
（2）将铜帽放入盐酸中，除去锈污，冲洗备用．
【实验2】检验废干电池筒内黑色固体中MnO₂的存在
兴趣小组同学设计了如图所示的实验：

（1）操作②中过玻璃棒的作用是引流．
（2）引流．操作③灼烧黑色滤渣时，会产生一种气体能使澄清石灰水变浑浊，该反应的化学表达式为C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④试管中产生的气体能使带火星木条复燃，该气体为O₂．
（4）由此得出结论：滤渣中黑色固体化学式为MnO₂和和C．
【实验3】利用回收锌皮制取氢气及相关探究
（1）用锌皮和稀硫酸制取氢气．用适当的发生装置，采用排水法收集并测定氢气的体积（如图2），气体从装置A导管口b（填“a”或“b”） 进，选用仪器B测量排出水的体积，仪器B名称是量筒．
（2）探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素．反应过程中用前10min 内收集的氢气体积比较反应的快慢．控制其他条件相同，进行下表4组实验，获得数据如下．

实验编号	试剂		前10 min内产生的 氢气体积（mL）
	锌的纯度	稀硫酸的体积和浓度
a	纯锌	30 mL 30%	564.3
b	含杂质的锌	30 mL 30%	634.7
c	纯锌	30 mL 20%	449.3
d	纯锌	40 mL 30%	602.8

[数据分析]
①比较实验a和实验b得到的结论是：与同体积同浓度的稀硫酸反应，含杂质的锌比纯锌反应速率大．
②为了研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需比较实验a和c（填实验编号）．
③探究影响该反应快慢的因素，还需控制的条件是：温度（或锌粒形状大小）（举一例即可）．
【实验4】探究经处理干净的二氧化锰在氯酸钾分解反应中的催化作用
（1）把干燥纯净的24.5g氯酸钾和5.5g二氧化锰混匀、装入大试管中，加热．
（2）待反应完全后，将试管冷却、称量，得到20.4g残留固体．
（3）再将残留固体经溶解、过滤、洗涤、干燥、称量，得到5.5g黑色固体．
[数据分析]
①该实验说明：二氧化锰在氯酸钾分解反应前后，质量不变．
②完全反应后制得氧气的质量是9.6g．（提示：已知所有化学反应遵循如下规律：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成各生成物的质量总和）
[实验反思]
要证明二氧化锰是氯酸钾分解反应的催化剂，还要做一个对比实验：将等质量的2份氯酸钾粉末，其中一份加入少量的上述实验所得二氧化锰混匀、装入试管，另一份装入另一试管，加热，比较产生氧气速率的大小．

Answer 1

分析 【实验2】（1）根据操作②分离混合物的状态及过滤可用于难溶性固体和可溶性固体的分离进行分析；
（2）根据“能使澄清石灰水变浑浊的气体”进行解答；
（3）根据“能使带火星木条复燃”进行解答；
（4）根据滤渣有黑色粉末：MnO₂（或C），进行回答；
【实验3】根据锌粒和稀硫酸制取氢气属于固体和液体混合制取气体且不需要加热以及氢气的密度比空气的密度小进行解答；
【数据分析】
①通过表格比较实验的相同点和不同点得出结论；
②利用控制变量法分析自变量是硫酸的浓度，因变量是反应的快慢进行分析选择对比组；
③从外因寻找需要控制的条件：温度，颗粒大小等．
【数据分析】
①根据催化剂二氧化锰特征进行分析；②根据质量守恒定律进行分析；
【实验反思】考虑催化剂的作用．

解答 解：根据题目中的信息“废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水”，结合图框，可知：
（1）操作②中过玻璃棒的作用是引流．
（2）操作③中，由一种黑色固体在空气中燃烧，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，该气体是二氧化碳，可知该反应是碳的完全燃烧，其化学方程式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④试管中产生的气体能使带火星木条复燃，该气体为O₂．
（4）由此得出结论：滤渣中除含有MnO₂（或C）外，还含有黑色粉末C（或MnO₂）．
【实验3】利用回收锌皮制取氢气及相关探究
（1）用锌皮和稀硫酸制取氢气．因为氢气的密度小于空气，难溶于水，则用适当的发生装置，采用排水法收集并测定氢气的体积，气体从装置A导管口b进，选用仪器B测量排出水的体积，仪器B名称是 量筒．
【数据分析】根据表格中探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素的数据，进行分析可知：
①实验a和实验b，相同点是同体积同浓度的稀硫酸，不同点是含杂质的锌和纯锌，结果含杂质的锌比纯锌反应速率要快；
②要研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需要不同浓度的硫酸，而要控制锌的纯度相同，比较产生氢气的快慢，因此对比组是a和c；
③控制变量法需要考虑的是自变量和因变量，而其它外界条件均保存相同，因此控制其他条件相同，需控制的条件如；温度（或锌粒形状大小）．
【实验4】探究经处理干净的二氧化锰在氯酸钾分解反应中的催化作用
（1）把干燥纯净的24.5g氯酸钾和5.5g二氧化锰混匀、装入大试管中，加热．
（2）待反应完全后，将试管冷却、称量，得到20.4g残留固体．
（3）再将残留固体经溶解、过滤、洗涤、干燥、称量，得到5.5g黑色固体．
【数据分析】
①该实验说明：因为二氧化锰为催化剂，则二氧化锰在氯酸钾分解反应前后，质量不变．
②因为参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后各生成物的质量总和，完全反应后制得氧气的质量是（24.5g+5.5g）-20.4g=9.6g．
【实验反思】
要证明二氧化锰是氯酸钾分解反应的催化剂，还要做一个对比实验：将等质量的2份氯酸钾粉末，其中一份加入少量的上述实验所得二氧化锰混匀、装入试管，另一份装入另一试管，加热，比较产生氧气速率的大小．
故答案为：
【实验2】（1）引流；（2）C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；（3）O₂； （4）MnO₂；C；
【实验3】（1）b； 量筒；
（2）①与同体积同浓度的稀硫酸反应，含杂质的锌比纯锌反应速率大；②a和c； 
③温度（或锌粒形状大小）；
【实验4】[数据分析]①质量； ②9.6；
[实验反思]产生氧气速率．

点评 本题考查了废电池的物质的回收及有关氢气的制取的探究，知识点较多，属于化学实验基本实验技能的考查，要求在平时的学习中要注意掌握常见的化学操作及其原理，熟练运用．