Question

8．某化學興趣小組同學在回收廢舊電池的同時，開展了如下的實驗探究．
【查閱資料】廢舊干電池填料的主要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水．
【實驗1】廢干電池的拆卸與處理
（1）興趣小組同學將廢舊干電池卸下的鋅筒、碳棒沖洗干凈，備用．
（2）將銅帽放入鹽酸中，除去銹污，沖洗備用．
【實驗2】檢驗廢干電池筒內(nèi)黑色固體中MnO₂的存在
興趣小組同學設計了如圖所示的實驗：

（1）操作②中過玻璃棒的作用是引流．
（2）引流．操作③灼燒黑色濾渣時，會產(chǎn)生一種氣體能使澄清石灰水變渾濁，該反應的化學表達式為C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④試管中產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復燃，該氣體為O₂．
（4）由此得出結論：濾渣中黑色固體化學式為MnO₂和和C．
【實驗3】利用回收鋅皮制取氫氣及相關探究
（1）用鋅皮和稀硫酸制取氫氣．用適當?shù)陌l(fā)生裝置，采用排水法收集并測定氫氣的體積（如圖2），氣體從裝置A導管口b（填“a”或“b”） 進，選用儀器B測量排出水的體積，儀器B名稱是量筒．
（2）探究影響鋅與稀硫酸反應快慢的因素．反應過程中用前10min 內(nèi)收集的氫氣體積比較反應的快慢．控制其他條件相同，進行下表4組實驗，獲得數(shù)據(jù)如下．

實驗編號	試劑		前10 min內(nèi)產(chǎn)生的 氫氣體積（mL）
	鋅的純度	稀硫酸的體積和濃度
a	純鋅	30 mL 30%	564.3
b	含雜質(zhì)的鋅	30 mL 30%	634.7
c	純鋅	30 mL 20%	449.3
d	純鋅	40 mL 30%	602.8

[數(shù)據(jù)分析]
①比較實驗a和實驗b得到的結論是：與同體積同濃度的稀硫酸反應，含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應速率大．
②為了研究硫酸濃度對反應快慢的影響，需比較實驗a和c（填實驗編號）．
③探究影響該反應快慢的因素，還需控制的條件是：溫度（或鋅粒形狀大�。�（舉一例即可）．
【實驗4】探究經(jīng)處理干凈的二氧化錳在氯酸鉀分解反應中的催化作用
（1）把干燥純凈的24.5g氯酸鉀和5.5g二氧化錳混勻、裝入大試管中，加熱．
（2）待反應完全后，將試管冷卻、稱量，得到20.4g殘留固體．
（3）再將殘留固體經(jīng)溶解、過濾、洗滌、干燥、稱量，得到5.5g黑色固體．
[數(shù)據(jù)分析]
①該實驗說明：二氧化錳在氯酸鉀分解反應前后，質(zhì)量不變．
②完全反應后制得氧氣的質(zhì)量是9.6g．（提示：已知所有化學反應遵循如下規(guī)律：參加化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成各生成物的質(zhì)量總和）
[實驗反思]
要證明二氧化錳是氯酸鉀分解反應的催化劑，還要做一個對比實驗：將等質(zhì)量的2份氯酸鉀粉末，其中一份加入少量的上述實驗所得二氧化錳混勻、裝入試管，另一份裝入另一試管，加熱，比較產(chǎn)生氧氣速率的大�。�

Answer 1

分析 【實驗2】（1）根據(jù)操作②分離混合物的狀態(tài)及過濾可用于難溶性固體和可溶性固體的分離進行分析；
（2）根據(jù)“能使澄清石灰水變渾濁的氣體”進行解答；
（3）根據(jù)“能使帶火星木條復燃”進行解答；
（4）根據(jù)濾渣有黑色粉末：MnO₂（或C），進行回答；
【實驗3】根據(jù)鋅粒和稀硫酸制取氫氣屬于固體和液體混合制取氣體且不需要加熱以及氫氣的密度比空氣的密度小進行解答；
【數(shù)據(jù)分析】
①通過表格比較實驗的相同點和不同點得出結論；
②利用控制變量法分析自變量是硫酸的濃度，因變量是反應的快慢進行分析選擇對比組；
③從外因?qū)ふ倚枰�控制的條件：溫度，顆粒大小等．
【數(shù)據(jù)分析】
①根據(jù)催化劑二氧化錳特征進行分析；②根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行分析；
【實驗反思】考慮催化劑的作用．

解答 解：根據(jù)題目中的信息“廢舊干電池填料的主要成分為二氧化錳、炭粉、氯化銨和氯化鋅等，其中氯化銨、氯化鋅可溶于水”，結合圖框，可知：
（1）操作②中過玻璃棒的作用是引流．
（2）操作③中，由一種黑色固體在空氣中燃燒，產(chǎn)生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，該氣體是二氧化碳，可知該反應是碳的完全燃燒，其化學方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂．
（3）操作④試管中產(chǎn)生的氣體能使帶火星木條復燃，該氣體為O₂．
（4）由此得出結論：濾渣中除含有MnO₂（或C）外，還含有黑色粉末C（或MnO₂）．
【實驗3】利用回收鋅皮制取氫氣及相關探究
（1）用鋅皮和稀硫酸制取氫氣．因為氫氣的密度小于空氣，難溶于水，則用適當?shù)陌l(fā)生裝置，采用排水法收集并測定氫氣的體積，氣體從裝置A導管口b進，選用儀器B測量排出水的體積，儀器B名稱是 量筒．
【數(shù)據(jù)分析】根據(jù)表格中探究影響鋅與稀硫酸反應快慢的因素的數(shù)據(jù)，進行分析可知：
①實驗a和實驗b，相同點是同體積同濃度的稀硫酸，不同點是含雜質(zhì)的鋅和純鋅，結果含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應速率要快；
②要研究硫酸濃度對反應快慢的影響，需要不同濃度的硫酸，而要控制鋅的純度相同，比較產(chǎn)生氫氣的快慢，因此對比組是a和c；
③控制變量法需要考慮的是自變量和因變量，而其它外界條件均保存相同，因此控制其他條件相同，需控制的條件如；溫度（或鋅粒形狀大�。�．
【實驗4】探究經(jīng)處理干凈的二氧化錳在氯酸鉀分解反應中的催化作用
（1）把干燥純凈的24.5g氯酸鉀和5.5g二氧化錳混勻、裝入大試管中，加熱．
（2）待反應完全后，將試管冷卻、稱量，得到20.4g殘留固體．
（3）再將殘留固體經(jīng)溶解、過濾、洗滌、干燥、稱量，得到5.5g黑色固體．
【數(shù)據(jù)分析】
①該實驗說明：因為二氧化錳為催化劑，則二氧化錳在氯酸鉀分解反應前后，質(zhì)量不變．
②因為參加化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后各生成物的質(zhì)量總和，完全反應后制得氧氣的質(zhì)量是（24.5g+5.5g）-20.4g=9.6g．
【實驗反思】
要證明二氧化錳是氯酸鉀分解反應的催化劑，還要做一個對比實驗：將等質(zhì)量的2份氯酸鉀粉末，其中一份加入少量的上述實驗所得二氧化錳混勻、裝入試管，另一份裝入另一試管，加熱，比較產(chǎn)生氧氣速率的大�。�
故答案為：
【實驗2】（1）引流；（2）C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；（3）O₂； （4）MnO₂；C；
【實驗3】（1）b； 量筒；
（2）①與同體積同濃度的稀硫酸反應，含雜質(zhì)的鋅比純鋅反應速率大；②a和c； 
③溫度（或鋅粒形狀大小）；
【實驗4】[數(shù)據(jù)分析]①質(zhì)量； ②9.6；
[實驗反思]產(chǎn)生氧氣速率．

點評 本題考查了廢電池的物質(zhì)的回收及有關氫氣的制取的探究，知識點較多，屬于化學實驗基本實驗技能的考查，要求在平時的學習中要注意掌握常見的化學操作及其原理，熟練運用．