Question

8．某校化学兴趣小组将用剩的过氧化氢溶液倒入放有表面生锈铁钉的废液缸中，发现产生了大量的气泡，经检验此气体为氧气．根据学过的知识初步判断，是生锈铁钉中的某种物质加快了过氧化氢的分解，那么究竟是哪种物质加快了过氧化氢的分解速率？
请你参与他们的研究，分享和体验探究实验的快乐．
【猜想与假设】甲同学：铁钉表面的铁锈（主要含：氧化铁）加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同学：铁钉里的铁加快了H₂O₂的溶液分解．
【设计方案和实验】完成下列表格

实验方案	实验现象	结论
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 氧化铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	有大量气泡产生，带火星木条复燃	甲同学结论成立．
方案二：向盛有10mL5%H2O2溶液的试管中加入铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	无明显现象	乙同学结论不成立．

【讨论交流】丙同学认为“方案一”只能说明铁锈加快了H₂O₂溶液的分解，并不能说铁锈就一定是催化剂．你是否支持丙同学的观点？支持，如果要证明氧化铁是催化剂，就要设计一个实验来证明，这个实验的设计原理是设计实验验证Fe₂O₃在反应前后质量和化学性质是否改变．
（2）某校化学活动小组对测定空气中氧气的体积分数做了如下回顾和探究．
【知识回顾】初中化学常采用燃烧某物质的方法来测定空气中氧气的体积分数（如图一）．写出该物质在空气中燃烧的文字或符号表达式：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
若实验操作规范，该实验得出的结论是氧气约占空气体积的五分之一．
该方法测定的结果偏小的可能原因是①②④（填序号）．

①红磷量不足   ②装置气密性不好   ③弹簧夹没有加紧    ④没有冷却到室温
【探究实验】活动小组同学用如图二的装置进行镁条在空气中燃烧的实验．待点燃的镁条在密闭的集气瓶中停止燃烧，冷却到室温，打开止水夹，发现进入集气瓶中的水的体积约为其容积的70%．
【提出问题】集气瓶中气体为什么减少了70%这么多？
【讨论分析】根据空气的组成，可推出减少的气体中
一定有氮气，因为如果镁条只和空气中的氧气反应，
则进入集气瓶中的水的体积最多不超过容积的21%．
【查阅资料】镁条的化学性质很活泼，能和氧气剧烈反应；
也能在氮气中燃烧，产物为黄绿色的氮化镁固体．
【反思拓展】如果用燃烧法来测定空气中氧气的体积分数，不能选用镁条，因为镁条除了和氧气反应，还要和氮气等反应；也不能选用铁丝，其原因是铁丝在空气中不能燃烧；一般也不会选用木炭或硫粉，其原因是碳和硫燃烧产生气体占据了消耗掉的氧气的空间，压强不变，不能准确测定氧气的含量．

Answer 1

分析 （1）此题涉及到“寻找新的催化剂”，将生锈的铁钉放到过氧化氢溶液中探究过氧化氢溶液的分解速率，通过[猜想与假设]，再利用[设计方案和实验]，经过[设计方案和实验]的实验过程及现象得出结论，再经过[讨论交流]，知氧化碳能做过氧化氢溶液的催化剂，而铁单质不能做其反应的催化剂．
（2）红磷燃烧产生五氧化二磷，氧气约占空气体积的五分之一；实验成功的关键为白磷过量、反应充分、气密性良好等；
根据空气主要是由氮气和氧气组成的，其中氧气的体积分数为五分之一；镁燃烧会消耗氮气和氧气等；根据分析总结测定氧气合理的方法

解答 解：[猜想与假设]生锈铁钉的组成主要是：氧化铁和铁．甲同学猜想：铁钉表面的氧化铁加快了H₂O₂的溶液分解，因此乙同学：铁钉里的铁加快了H₂O₂的溶液分解．
故答案是：铁；
[设计方案和实验]方案一：因甲同学结论成立，所以实验现象为有大量气泡产生，带火星木条复燃；
方案二：根据乙同学的猜想可知，应向盛有10mL 5% H₂O₂溶液的试管中加入铁粉；没有现象说明乙同学结论不成立；
[讨论交流]
“方案一”只能说明Fe₂O₃加快了H₂O₂溶液的分解，并不能说Fe₂O₃就一定是催化剂，因为催化剂除了改变反应的速率之外，它的化学性质和质量在反应前后必须不变；如果要证明氧化铁是催化剂，还需要设计实验验证Fe₂O₃在反应前后质量和化学性质是否改变；
故答案为：
【猜想与假设】铁；
【设计方案和实验】有大量气泡产生，带火星木条复燃；向盛有10mL 5% H₂O₂溶液的试管中加入铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．【讨论交流】支持；设计实验验证Fe₂O₃在反应前后质量和化学性质是否改变；
（2）【知识回顾】红磷燃烧产生大量白烟，打开止水夹后烧杯中的水进入广口瓶中大约占广口瓶容积的五分之一，该反应生成了五氧化二磷，其符号表达式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$P₂O₅；进入集气瓶中水的体积小于五分之一，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；如果进入集气瓶中水的体积大于五分之一，可能是操作太慢，或没有夹紧弹簧夹，致使装置内的部分空气逸散出来；
故答案为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧气约占空气体积的五分之一；①②④；
【讨论分析】空气主要是由氮气和氧气组成的，其中氧气的体积分数为五分之一，镁燃烧会消耗氮气和氧气，导致消耗的气体多，进入的水就多；故答案为：21；
【反思拓展】铁丝在空气中不能燃烧，只能在氧气中燃烧；木炭燃烧生成二氧化碳气体，硫粉燃烧生成二氧化硫气体，产生的气体占据了消耗掉的氧气的空间，压强不变，不能用于该实验；用燃烧法测定空气中氧气的体积分数时，反应物易于跟空气中氧气反应而不能与其他成分反应，生成物不能产生气体（如果能够想办法处理后期生成的气体也可以考虑使用）；
故答案为：铁丝在空气中不能燃烧；碳和硫燃烧产生气体占据了消耗掉的氧气的空间，压强不变，不能准确测定氧气的含量．

点评 本题的思路很明确，就是验证氧化铁对过氧化氢分解是否有催化作用，按照探究实验的步骤按部就班的完成．测定空气里氧气含量的有关知识，根据题目出示的信息结合已学知识提高自己的分析能力．