Question

化学教材“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”，以及“寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣．
【提出问题】氧化铁、氧化铜能否作过氧化氢溶液分解的催化剂？如果能，其催化效果如何？
【实验探究1】

实验步骤	实验现象
①分别量取5mL 5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中，向A试管中加入a g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星的木条，观察现象．	A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃，B试管中无明显现象
②待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，观察现象．	试管中均产生大量气泡，带火星木条均复燃
③将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g．
④分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象．

（1）A中产生的气体是

 

；
（2）实验②、③证明：氧化铁的

 

 和

 

 在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；
（3）写出氧化铁催化过氧化氢分解的文字表达式

 

．
（4）实验设计④的目的是

 

，若实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是

 

 

．
【实验探究2】小雨以生成等体积的氧气为标准，设计了下列三组实验（其它可能影响实验的因素均忽略）．

实验序号	KClO3质量	其它物质质量	待测数据
①	1.2g	/
②	1.2g	CuO   0.5g
③	1.2g	MnO2   0.5g

（MnO₂二氧化锰，CuO氧化铜）
（1）上述实验应测量的“待测数据”是

 

；
（2）若实验②比实验①的“待测数据”更

 

（填“大”或“小”），说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率．
（3）【预期结论】氧化铜能作氯酸钾分解的催化剂．你认为小雨设计实验③和实验②对比的目的是

 

（4）若要证明氧化铜是氯酸钾的催化剂，需要进行两个实验
①

 

；
②

 

．

Answer 1

考点：催化剂的特点与催化作用,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：【实验探究1】
（1）从实验现象：“A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃”去分析；
（2）从“待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，都有氧气生成”，说明氧化铁在反应前后化学性质没变；由“将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g”去分析；
（3）从过氧化氢在氧化铁的催化作用下生成氧气和水去分析；
（4）从实验步骤④“分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象．”可以看出除了加入催化剂分别是氧化铁和二氧化锰之外，其他条件都相同去分析；
【实验探究2】
（1）从表中可以看出加入氯酸钾的质量是相同的，而不同的是加入不同的物质作催化剂，其实验目的是比较哪一种催化剂的催化效果好去分析；   
（2）由实验结论：“说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率”说明加入氧化铜后产生氧气的速率变大去分析；
（3）由表中数据可以看出：加入氯酸钾、氧化铜、二氧化锰的质量都相同，通过比较产生相同质量的氧气所需的时间，可以比较氧化铜和二氧化锰哪一个催化效果好去分析；
（4）若要证明氧化铜是氯酸钾的催化剂，除了证明氧化铜能改变氯酸钾的分解速率，还需要证明氧化铜在反应前后质量和化学性质都没有改变．

解答：解：【实验探究1】
（1）由实验现象：“A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃”说明A试管中产生的气体是氧气，故答案为：氧气；
（2）由“待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，都有氧气生成”，说明氧化铁在反应前后化学性质没变；由“将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g．”可以得出氧化铁在反应前后质量不变；故答案为：质量      化学性质；
（3）过氧化氢在氧化铁的催化作用下生成氧气和水，其反应的文字表达式为：过氧化氢

氧化铁

水+氧气；故答案为：过氧化氢

氧化铁

水+氧气；
（4）由实验步骤④“分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象．”可以看出除了加入催化剂分别是氧化铁和二氧化锰之外，其他条件都相同，故其实验目的是：“氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂”；由“实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快，”说明二氧化锰的催化效果比氧化铁好；故答案为：
氧化铁与二氧化锰哪一个更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂      二氧化锰更适合做过氧化氢分解生成氧气的催化剂；
【实验探究2】
（1）从表中可以看出加入氯酸钾的质量是相同的，而不同的是加入不同的物质作催化剂，其实验目的是比较哪一种催化剂的催化效果好，可以通过产生氧气的速率来判断，所以上述实验应测量的“待测数据”是收集等量氧气所需时间；故答案为：收集等量氧气所需时间；   
（2）由实验结论：“说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率”说明加入氧化铜后产生氧气的速率变大，所以产生相同质量的氧气的时间少；故答案为：小；
（3）由表中数据可以看出：加入氯酸钾、氧化铜、二氧化锰的质量都相同，通过比较产生相同质量的氧气所需的时间，可以比较氧化铜和二氧化锰哪一个催化效果好；故答案为：探究氧化铜和二氧化锰哪一个催化效果好；
（4）若要证明氧化铜是氯酸钾的催化剂，除了证明氧化铜能改变氯酸钾的分解速率，还需要证明氧化铜在反应前后质量和化学性质都没有改变．所以可通过以下实验来证明：
①将实验②反应后的固体经提纯分离仍得到0.5克黑色粉末，说明质量没变；
②将黑色粉末放入试管中，加入氯酸钾固体加热，一会儿就有气泡冒出，说明氧化铜还能作氯酸钾的催化剂，说明氧化铜的化学性质没变；故答案为：将实验②反应后的固体经提纯分离仍得到0.5克黑色粉末，说明质量没变；将黑色粉末放入试管中，加入氯酸钾固体加热，一会儿就有气泡冒出，说明氧化铜还能作氯酸钾的催化剂，说明氧化铜的化学性质没变．

点评：本题主要从科学探究的角度去考查学生对催化剂概念的理解，掌握催化剂的定义是解答本题的关键．