Question

研究发现CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₄）₃都可作为H₂O₂分解的催化剂，下面是对它们催化剂性能的探究，请你一起参与：
【使用药品】30% H₂O₂溶液，10% CuCl₂溶液，10% CuSO₄溶液，10% FeCl₃溶液和10% Fe₂（SO₂）₃溶液
【提出问题】CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃四种盐中哪种催化剂更好？
实验Ⅰ：
步骤一：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL 10% CuCl₂溶液，记录收集20mL气体所用的时间t₁，该实验发生反应的方程式为

 

步骤二：将CuCl₂依次改为CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃，其它条件不变，重复步骤一的操作，记录时间分别为t₂、t₃、t₄．实验数据如下：

	t1 （10% CuCl2）	t2 （10% CuSO4）	t3 （10% FeCl3）	t4 （10% Fe2（SO2）3）溶液
收集20mlL气体所用的时间	4min55s	5min05s	2min	4min10s

上述实验用到了控制变量法，其中除反应的温度、过氧化氢溶质的质量分数、体积需要控制相同外，还需控制相同的量有

 

．
【得出结论】四种盐中对H₂O₂分解催化性最好的是

 

【实验反思】（1）由实验数据t₁近视等于t₂，t₃近视等于t₄的事实，可初步判断催化剂的催化性能主要与

 

有关．
（2）实验中除了可以用“收集等体积气体所用的时间”作为实验数据外，还可以通过测量

 

作为实验的数据．
【提出问题2】同时使用两种盐时，催化性能如何变化？
实验Ⅱ
步骤一：配制混合溶液--取10mL 10% FeCl₃溶液，向其中加入1mL 10% CuCl₂溶液，配成FeCl₃-CuCl₂混合溶液．
步骤二：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL上述FeCl₃-CuCl₂混合溶液，记录收集20mL气体所用时间t₅，t₅的范围是

 

．
【得出结论】同时使用两种盐时，催化性能更好．
【拓展延伸】双金属催化剂是过去几十年来催化领域的研究热点之一，该结合试验Ⅱ，提出一条有关“FeCl₃-CuCl₂双金属催化剂”的探究问题：

 

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Answer 1

考点：实验探究物质的性质或变化规律,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：【提出问题1】根据信息写出反应的方程式；根据实验中涉及的量分析自变量和因变量分析；
【得出结论】分析表格用的时间长短分析得出结论；
【实验反思】（1）根据选择的催化剂的相同点分析；（2）收集等体积气体所用的时间或相同时间收集气体的体积都能够比较催化剂的效果；
【提出问题2】根据结论分析时间范围；
【拓展延伸】可以提出如FeCl₃与CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃与CuCl₂的混合比例与催化性能的关系等）．

解答：解：【提出问题1】过氧化氢在氯化铜的催化作用下产生水和氧气，反应的方程式为：2H₂O₂

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑；
因为催化剂的量还会影响反应的速率，因此还需控制相同的量有：催化剂溶液的溶质质量分数和体积（或催化剂的用量）；
【得出结论】收集20mlL气体所用的时间，氯化铁用的时间最短，说明氯化铁的催化效果最好；
【实验反思】（1）由实验数据t₁近视等于t₂，t₃近视等于t₄的事实可以看出氯化铜和硫酸铜具有相同的铜离子，氯化铁和硫酸铁具有相同的铁离子，因此可初步判断催化剂的催化性能主要与金属离子（或金属元素）有关；
（2）也可以通过比较相同时间收集气体的体积来不及催化效果；
【提出问题2】根据结论同时使用两种盐时，催化性能更好，因此应该比氯化铁单独的催化效果好，故t₅＜2min；
【拓展延伸】FeCl₃-CuCl₂双金属催化剂效果好，还需要研究FeCl₃与CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃与CuCl₂的混合比例与催化性能的关系等合理答案均可）．
故答案为：【提出问题1】2H₂O₂ 

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑
还需控制相同的量有：催化剂溶液的溶质质量分数和体积（或催化剂的用量）
【得出结论】FeCl₃
【实验反思】（1）金属离子（或金属元素）（2）相同时间收集气体的体积
【提出问题2】t₅＜2min
【拓展延伸】FeCl₃与CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃与CuCl₂的混合比例与催化性能的关系等合理答案均可）

点评：本题属于信息题的考查，考查了催化剂的催化效果的探究，通过控制变量法的思想进行数据分析，得出结论，能够考查学生的知识分析、运用能力．