Question

化學(xué)興趣小組的李浩宇同學(xué)對“一貼熱”的發(fā)熱原理產(chǎn)生了濃厚的興趣，他先上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，然后和興趣小組的同學(xué)一起帶了幾包“一貼熱”（如圖1），來到實驗室對其進行實驗研究．

【查閱資料】
（1）一貼熱的使用方法：將外包裝袋剪開，取出藥袋，晃動幾次，使藥物充分接觸到空氣，手摸有熱感時，置于固定袋內(nèi)，覆蓋于痛患處．
（2）四氧化三鐵也具有鐵磁性，能被磁鐵吸引．
（3）可以作為過氧化氫分解反應(yīng)的催化劑有很多，如：鐵粉、氧化銅粉末、四氧化三鐵等．
【提出問題】一貼熱的成分是什么？
李浩宇同學(xué)將一貼熱包裝剪開，將填充物倒入燒杯中，觀察，為黑色粉末．
【猜想與假設(shè)】李浩宇說：該黑色粉末可能含有碳粉、鐵粉．
你猜想該黑色粉末還可能是

 

（與李浩宇的猜想不同）
【設(shè)計并進行試驗】
如圖2（1）先用磁鐵與燒杯中的黑色粉末充分接觸，如果粉末部分被吸附，你認(rèn)為該黑色粉末可能是①

 

；②

 

．
（2）王梅取適量黑色粉末于燃燒匙中，在酒精燈上點燃后伸入盛有氧氣的集氣瓶中，觀察到劇烈燃燒、火星四射、放出大量熱、

 

的現(xiàn)象，從而證明了鐵粉的存在．寫出鐵與氧氣反應(yīng)的文字表達式

 

．在反應(yīng)后的集氣瓶中加入澄清的石灰水振蕩，觀察到石灰水變渾濁，說明粉末中一定含有

 

．
【實驗結(jié)論】
該黑色粉末中一定含有

 

，可能含有

 

．
張陽和廠家聯(lián)系得知，一貼熱的發(fā)熱材料主要由鐵粉、活性炭、蛭石、水、鹽等材料構(gòu)成．
【拓展探究】
（1）二氧化錳和鐵粉，誰能更好的加快過氧化氫分解反應(yīng)的速率？
馮偉經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)一貼熱也可以加快過氧化氫分解的速率，經(jīng)檢驗是鐵粉起的作用，他想知道鐵粉和二氧化錳相比，究竟誰的催化效果更好，于是設(shè)計以下一組實驗：

實驗編號	反應(yīng)物的濃度體積	溫度	催化劑	收集125ml 氧氣所用的時間
1	10mL 6% H2O2	25℃（室溫）	1g 二氧化錳粉末	35s
2	10mL 6%  H2O2	25℃（室溫）	1g 鐵粉	152s

根據(jù)控制變量法，上表中變量是：

 

，常量是

 

、

 

、

 

（至少寫出三個）．由該實驗可以得出：在相同條件下，二氧化錳的催化效果比鐵粉

 

．（填“好”或“差”）
（2）用一貼熱藥粉測定空氣中氧氣的含量．王嵐查閱資料得知，一貼熱的作用原理是鐵跟氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵（固體），并放熱．小組同學(xué)設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置，進行實驗．請你仔細觀察并在下表中填寫主要的實驗現(xiàn)象．

實驗操作	主要實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論及解釋
加入足量藥品一貼熱，迅速將膠塞蓋嚴(yán)，并充分振蕩		進入集氣瓶內(nèi)水的體積即為空氣中氧氣的體積，并可計算空氣中氧氣的含量

（你能回答下列問題，可獲得3分的加分，但總分不超過100分）
【實驗反思】王嵐同學(xué)認(rèn)為實驗需要改進，才能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果．試寫出改進的實驗操作：

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,催化劑的特點與催化作用,常見金屬的特性及其應(yīng)用,金屬的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：【猜想與假設(shè)】考慮初中化學(xué)中黑色粉末有哪些物質(zhì)，提純合理的猜想；
【設(shè)計并進行試驗】如圖2（1）考慮磁鐵的性質(zhì)，推測該黑色粉末可能的組成．
（2）考慮鐵粉在氧氣中燃燒的現(xiàn)象，從而證明了鐵粉的存在．考慮二氧化碳的鑒別方法．
【實驗結(jié)論】根據(jù)【設(shè)計并進行試驗】中的實驗現(xiàn)象，推測該黑色粉末成分．
【拓展探究】
（1）考慮實驗中的變量和常量；根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，推測二氧化錳和鐵粉的催化效果；
（2）根據(jù)實驗操作和實驗結(jié)論及解釋，根據(jù)題目中的信息“一貼熱的作用原理是鐵跟氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵（固體），并放熱”，推測主要的實驗現(xiàn)象．
【實驗反思】推測改進的實驗操作：關(guān)閉彈簧夾a后加入足量藥品，迅速將膠塞蓋緊，充分振蕩，待冷卻后打開彈簧夾a．

解答：解：
【猜想與假設(shè)】考慮初中化學(xué)中黑色粉末有哪些物質(zhì)，該黑色粉末可能含有四氧化三鐵；二氧化錳；碳粉、鐵粉、四氧化三鐵的混合物、氧化銅．則猜想該黑色粉末還可能是四氧化三鐵；
【設(shè)計并進行試驗】考慮磁鐵吸鐵，如圖2（1）先用磁鐵與燒杯中的黑色粉末充分接觸，如果粉末部分被吸附，則該黑色粉末可能是①鐵粉與碳粉的混合物；②四氧化三鐵與炭粉的混合物．
（2）取適量黑色粉末于燃燒匙中，在酒精燈上點燃后伸入盛有氧氣的集氣瓶中，觀察到劇烈燃燒、火星四射、放出大量熱、生成黑色固體的現(xiàn)象，從而證明了鐵粉的存在．則鐵與氧氣反應(yīng)的文字表達式鐵+氧氣

點燃

四氧化三鐵．在反應(yīng)后的集氣瓶中加入澄清的石灰水振蕩，因為二氧化碳使澄清石灰水變渾濁，故觀察到石灰水變渾濁，說明粉末中一定含有碳粉．
【實驗結(jié)論】
根據(jù)以上分析，可知該黑色粉末中一定含有鐵粉和碳粉，可能含有四氧化三鐵粉末．
【拓展探究】
（1）根據(jù)實驗表格中的數(shù)據(jù)可知：

實驗編號	反應(yīng)物的濃度體積	溫度	催化劑	收集125ml 氧氣所用的時間
1	10mL 6% H2O2	25℃（室溫）	1g 二氧化錳粉末	35s
2	10mL 6%  H2O2	25℃（室溫）	1g 鐵粉	152s

根據(jù)控制變量法，上表中變量是：催化劑的種類，常量是反應(yīng)物的濃度、體積、溫度．由該實驗可以得出：在相同條件下，二氧化錳的催化效果比鐵粉好．
（2）根據(jù)資料“一貼熱的作用原理是鐵跟氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵（固體），并放熱”．則推測出主要的實驗現(xiàn)象．

實驗操作	主要實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論及解釋
加入足量藥品一貼熱，迅速將膠塞蓋嚴(yán)，并充分振蕩	放熱，導(dǎo)管口有氣泡冒出；一段時間后，量筒中的水沿著導(dǎo)管逐漸被吸入到集氣瓶中	進入集氣瓶內(nèi)水的體積即為空氣中氧氣的體積，并可計算空氣中氧氣的含量

【實驗反思】王嵐同學(xué)認(rèn)為實驗需要改進，才能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果．試寫出改進的實驗操作：關(guān)閉彈簧夾a后加入足量藥品，迅速將膠塞蓋緊，充分振蕩，待冷卻后打開彈簧夾a．
故答案為：
【猜想與假設(shè)】四氧化三鐵；二氧化錳；碳粉、鐵粉、四氧化三鐵的混合物、氧化銅（只要答黑色粉末狀一種物質(zhì)均可） 
【設(shè)計并進行實驗】①鐵粉與碳粉的混合物；②四氧化三鐵與炭粉的混合物；生成黑色固體；鐵+氧氣

點燃

四氧化三鐵；碳粉；
【實驗結(jié)論】鐵粉和碳粉； 四氧化三鐵粉末；
【拓展研究】（1）催化劑的種類（如果只寫催化劑不得分）；（2）反應(yīng)物的濃度、體積、溫度；

實驗操作	主要實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論及解釋
	放熱，導(dǎo)管口有氣泡冒出；一段時間后，量筒中的水沿著導(dǎo)管逐漸被吸入到集氣瓶中

（提示：放熱，導(dǎo)氣管口有氣泡冒出只要答出一點可得；一段時間后，量筒中的水沿著導(dǎo)管逐漸被吸入到集氣瓶中，只要意思對就可得）
實驗改進：關(guān)閉彈簧夾a后加入足量藥品，迅速將膠塞蓋緊，充分振蕩，待冷卻后打開彈簧夾a

點評：該題為綜合實驗題，考查的知識點較多，氧氣的性質(zhì)，裝置氣密性的檢驗等，關(guān)鍵是熟記相關(guān)知識點．語言表述要簡練準(zhǔn)確．掌握鐵的化學(xué)性質(zhì)，空氣中氧氣含量的測定．