Question

18．某兴趣小组根据实验室提供的仪器和药品进行了氧气的制备实验．
（1）甲同学选用如图所示的装置制取氧气．
①甲同学应选取的试剂是MnO₂和H₂O₂（填化学符号），MnO₂固体在该反应中起催化作用．
②除用排水法外，甲同学还可以选择向上排空气法法收集氧气．
③实验前，甲同学先向仪器A中加入水，然后将导管放入水槽中，并打开仪器A的活塞，观察导管口是否有连续的气泡出现．该实验操作的目的是检查装置的气密性．
（2）乙同学称取一定质量KMnO₄放在大试管中，将温度控制在250℃条件下加热制取O₂，该反应的符号表达式为2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑该反应的基本类型是分解反应．实验结束时，乙同学发现收集到的O₂大于理论产量，针对这一现象，同学们进行了如下探究：
[提出猜想]猜想Ⅰ：反应生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解产生氧气．
[实验验证]同学们分为两组，分别进行以下实验：
①第一组同学取一定质量的MnO₂，在250℃条件下加热一段时间，冷却后测得MnO₂的质量不变．则猜想Ⅰ错误．
②第二组同学取K₂MnO₄在250℃条件下加热，并用实验的方法证明有氧气生成，得出了猜想Ⅱ正确的结论．该组同学选择的实验方法是将带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃，证明是氧气．
[拓展延伸]
实验发现，K₂MnO₄受热只能部分分解，经分析，原因可能是生成物K₂O 对K₂MnO₄分解产生影响．请设计实验方案验证取等量的固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集气体，收集一瓶氧气，所用时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系
[实验反思]
通过以上实验探究，你对“问题的发现与解决”有何认识？必须通过认真分析，用实验来加以证明．

Answer 1

分析 （1）①根据反应装置和所提供药品，确定另一种药品；根据二氧化锰在反应中的表现了解作用；
②根据氧气的密度和溶水性考虑收集方法进行分析；
③根据实验前要检验装置的气密性进行分析；
（2）根据高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气进行分析；
【提出猜想】根据有氧气生成就要有氧元素存在进行分析；
【实验验证】要验证猜想II，可以用验证氧气的方法来确定氧气的有无，可以用带火星的木条深入收集的气体中，观察现象；
【拓展延伸】使两者形成对比，取等量的K₂MnO₄，其中一个加入K₂O，另一个不加K₂O，各自收集一瓶氧气，看所用的时间长短来确定，是否是K₂O的影响；
【实验反思】总结实验的分析和解决过程，然后了解到需认真分析，并根据科学的方法去验证．

解答 解：（1）①如图装置适合固液不加热反应，我们可以用过氧化氢溶液，化学式为：H₂O₂，和固体二氧化锰反应制取氧气，其中二氧化锰在反应前后性质和质量都不发生变化，所以二氧化锰起催化作用；
②氧气的密度大于空气的密度，不易溶于水，所以除用排水法收集外，还可以用向上排空气法收集；
③这种做法可以使装置内外形成压力差，看装置是否漏气，该实验操作的目的是检验装置的气密性；
（2）高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，化学方程式为：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，该反应满足分解反应一变多的条件，属于分解反应；
【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物，所以我们可以猜想有氧气生成，所以猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解产生氧气；
【实验验证】①根据质量守恒定义和冷却后测得Mn0₂的质量不变可知，猜想I是错误的；
②我们可以用验证氧气有无的方法去判断是否有氧气的生成，如用带火星的木条，深入收集的气体中，如果木条复燃说明有氧气生成；
【拓展延伸】我们可以用如下实验验证：取等量的固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集气体，收集一瓶氧气，所用时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】要想发现问题，必须细心认真；要想解决问题，必须认真分析问题的原因所在，并用实验去验证．
故答案为：（1）①H₂O₂，催化；    
②向上排空气法；
③检查装置的气密性；
（2）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，分解反应；          
猜想Ⅱ：K₂MnO₄分解产生氧气；
【实验验证】①Ⅰ；
②将带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃，证明是氧气；
【拓展延伸】取等量的固体于两支试管中，一支试管中加入氧化钾，一支试管中不加氧化钾．用同样火焰的酒精灯加热，用相同规格的集气瓶，用排水法收集气体，收集一瓶氧气，所用时间作比较，确定锰酸钾的分解是否与氧化钾有关系；
【实验反思】必须通过认真分析，用实验来加以证明．

点评 本题考查制取氧气的实验以及相关问题，还有验证猜想的实验设计，要同学们具有综合的化学知识才可做好此题．