Question

20．科学实验的重要环节是进行科学实验设计．科学实验的正确步骤应为：
①明确实验目的；②收集有关资料；③设计合理方案；④进行科学实验．请你按照以上四个步骤，完成以下实验设计，根据如图回答问题：

（1）在实验室中用过氧化氢（H₂O₂）制取氧气．
[明确实验目的]：用过氧化氢在实验室里制取氧气．
[收集有关资料]过氧化氢是一种无色液体，在二氧化锰的催化作用下，迅速分解出氧气，其反应的文字表达式为：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气．
[设计合理方案]：发生装置选用B（填字母序号，下同），E装置收集气体的合适时机是气泡连续、均匀冒出时．A装置中试管口略向下倾斜的目的是防止冷凝水倒流引起试管炸裂．
[进行科学实验]写出指定仪器的名称：①试管　②集气瓶
（2）在实验室中，可以用加热KMnO₄的方法制取氧气．
①[明确实验目的]：用高锰酸钾在实验室里制取氧气：其反应的文字表达式为：高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气．
②[设计合理方案]：发生装置选用A．若用F装置收集氧气，氧气应从a（填“a”或“b”）端通入，用此装置收集氧气，你验证集气瓶中是否已收集满的方法是将带火星的木条放于b导管口处，若木条复燃则收集满了．
③[实验现象分析]：小明在实验过程中看到水槽中的水变成了红色，可能原因是试管口未放棉花．
（3）与A装置相比，用B装置制O₂的优点是不需加热，节约能源（合理均可）（至少写一点）．
（4）用G装置做硫在氧气中燃烧实验，燃烧结束后取出燃烧匙，立即用玻璃片盖住瓶口并振荡，若将集气瓶倒转，发现玻璃片被“吸住”而不掉下来（如图甲），你分析其原因是硫燃烧生成SO₂，SO₂与NaOH溶液反应，导致瓶内气压减小，外界大气压将玻璃片“托住”．
（5）为完成上述（4）中的实验，用10mL量筒量取6mL水时，读数时量筒内的液体凹液面最低处应与乙图中a处（填“a”或“b”）刻度线保持水平．

Answer 1

分析 （1）[设计合理方案]：实验室用过氧化氢制取氧气的反应物是固体和液体，反应条件是常温，属于固液常温型，故选发生装置B，排水法收集气体要等气泡连续、均匀冒出再收集，防止收集的气体不纯；试管口下倾是为了防止冷凝水倒流引起试管炸裂；
[进行科学实验]：据常用仪器回答；
（2）①据反应原理书写表达式；
②加热高锰酸钾制取氧气的反应物是固体，反应条件是加热，属于固体加热型，故选发生装置A，氧气密度比空气大，所以应从长管进气，验满氧气用带火星的木条放于瓶口，观察木条是否复燃进行判断；
③水槽中的水变成了红色，可能是试管口未放棉花，高锰酸钾粉末进入导管所致；
（3）B装置具有不需加热，节约能源，操作简便，环保等优点；
（4）根据集气瓶内外的气压结合物理知识分析；
（5）根据量筒的读数方法分析：平视凹液面的最低处．

解答 解：（1）[设计合理方案]：实验室用过氧化氢制取氧气的反应物是固体和液体，反应条件是常温，属于固液常温型，故选发生装置B，排水法收集气体要等气泡连续、均匀冒出再收集，防止收集的气体不纯；试管口下倾是为了防止冷凝水倒流引起试管炸裂；
[进行科学实验]：标号仪器分别是试管和集气瓶；
（2）①加热高锰酸钾生成 锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的文字表达式是：高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气；
②加热高锰酸钾制取氧气的反应物是固体，反应条件是加热，属于固体加热型，故选发生装置A，氧气密度比空气大，所以应从长管进气，将空气挤压到集气瓶上部排出；验满氧气用带火星的木条放于瓶口，观察木条是否复燃进行判断；
③水槽中的水变成了红色，可能是试管口未放棉花，高锰酸钾粉末进入导管所致；
（3）B装置具有不需加热，节约能源，操作简便，环保、可随时添加过氧化氢溶液等优点；
（4）玻璃片被“吸住”而不掉下来，其原因是：二氧化硫与氢氧化钠反应，导致集气瓶内的气压减小，外界大气压将玻璃片“托住”；
（5）量筒的刻度上边大，6mL在5mL的上方，读数时要平视凹液面的最低处，故是a处；
故答案为：（1）[设计合理方案]：B；气泡连续、均匀冒出时；防止冷凝水倒流引起试管炸裂；
[进行科学实验]：试管；集气瓶；
（2）①高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气；
②A；a；将带火星的木条放于b导管口处，若木条复燃则收集满了；
③试管口未放棉花；
（3）不需加热，节约能源（合理均可）；
（4）硫燃烧生成SO₂，SO₂与NaOH溶液反应，导致瓶内气压减小，外界大气压将玻璃片“托住”；
（5）a．

点评 本题考查了常见气体的制取装置、收集方法等的选择、装置评价及氧气的性质等知识，并在此基础上进行拓展，关键是明确发生装置、收集方法选择的依据及物理与化学相关的知识．