Question

10．小婉同學(xué)欲通過實驗證明“四氧化三鐵可以作過氧化氫分解的催化劑”這一命題．
（1）請你幫小婉完成了下表所示的探究實驗：

	實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論	總結(jié)
步驟一	取5mL5%的過氧化氫溶液于試管中，伸入帶火星的木條	有少量氣泡產(chǎn)生，木條不復(fù)燃	過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣，但是產(chǎn)生氧氣慢．	四氧化三鐵是過氧化氫分解的催化劑
步驟二	取5mL5%的過氧化氫溶液于試管中， 加入四氧化三鐵，伸入帶火星的木條	有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃	四氧化三鐵能加快過氧化氫的分解

請你寫出實驗室用二氧化錳做催化劑分解過氧化氫制取氧氣的化學(xué)方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）秦龍同學(xué)認(rèn)為僅由上述實驗還不能完全得出表內(nèi)的“總結(jié)”，他補充設(shè)計了兩個方面的探究實驗，最終確定四氧化三鐵可以做過氧化氫分解的催化劑．
第一方面的實驗操作中包含了兩次稱量，其目的是：比較四氧化三鐵在過氧化氫分解前后的質(zhì)量；
第二方面的實驗是利用“步驟二”反應(yīng)后的固體剩余物繼續(xù)實驗，接下來的實驗操作：傾倒掉反應(yīng)后的液體，向剩余的固體中重新加人過氧化氫溶液．
（3）秦龍同學(xué)在進(jìn)行實驗時（圖1所示），發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)有許多水蒸氣，由此推斷過氧化氫分解是放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．秦龍還發(fā)現(xiàn)將過氧化氫溶液加入盛有四氧化三鐵的試管后，反應(yīng)速率先是逐漸加快，然后又逐漸變慢（圖2所示）．

從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素來分析，過氧化氫分解速率發(fā)生變化原因．
①反應(yīng)速率先變快原因：反應(yīng)放熱能加快反應(yīng)．
②反應(yīng)速率后變慢原因：隨著反應(yīng)的進(jìn)行過氧化氫濃度降低，反應(yīng)逐漸減慢．

Answer 1

分析 根據(jù)催化劑的作用是加快了反應(yīng)的速度，并不能使不反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；在驗證四氧化三鐵的催化作用時，可設(shè)計對比實驗，利用對比實驗說明四氧化三鐵能加快反應(yīng)的速度，且反應(yīng)前后四氧化三鐵的質(zhì)量的化學(xué)性質(zhì)保持不變，分析解題．

解答 解：（1）催化劑的作用是加快了反應(yīng)的速度，并不能使不反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所以，步驟一中，過氧化氫也會分解只是速度慢；步驟二中，只要向盛有5%過氧化氫溶液的試管中加入四氧化三鐵，將帶火星的木條伸入試管，如果有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條迅速復(fù)燃，說明了四氧化三鐵加快了過氧化氫的分解速度．過氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）為了說明四氧化三鐵在此實驗中反應(yīng)前后的質(zhì)量保持不變，做了兩次稱量，目的是比較四氧化三鐵反應(yīng)前后質(zhì)量是否變化，并且在驗證四氧化三鐵的化學(xué)性質(zhì)是否改變時，將剩余的固體中再倒入過氧化氫溶液，發(fā)現(xiàn)過氧化氫溶液又能很快的放出氧氣．
（3）在進(jìn)行實驗時，發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)有許多水蒸氣，由此推斷過氧化氫分解是放熱反應(yīng)．過氧化氫分解的速率先增大后減小，其原因反應(yīng)放熱能加快反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行過氧化氫濃度降低，反應(yīng)逐漸減慢；
故答案為：（1）

	實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論	總結(jié)
步驟一			產(chǎn)生氧氣慢．
步驟二	取5mL5%的過氧化氫溶液于試管中，加入四氧化三鐵	有大量氣泡產(chǎn)生，帶火星的木條復(fù)燃

2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）第一方面：比較四氧化三鐵在過氧化氫分解前后的質(zhì)量；
 第二方面：傾倒掉反應(yīng)后的液體，向剩余的固體中重新加人過氧化氫溶液；
（3）放熱；反應(yīng)放熱能加快反應(yīng)；隨著反應(yīng)的進(jìn)行過氧化氫濃度降低，反應(yīng)逐漸減慢．

點評 此題考查了催化劑的特點與催化作用，以及實驗室中制取氧氣的反應(yīng)原理來解答此題，鍛煉了學(xué)生分析問題解決問題能力．