Question

【題目】某化學(xué)興趣小組對氯酸鉀制取氧氣的催化劑展開探究。請回答下列問題:

探究一:二氧化錳粒徑大小對催化效果的影響

取兩份等質(zhì)量氯酸鉀，分別加入等質(zhì)量、粒徑大小不同的二氧化錳進行加熱，用傳感器測得固體殘留率(反應(yīng)后剩余固體質(zhì)量與反應(yīng)前固體質(zhì)量之比)如右圖:

(1)二氧化錳作催化劑，加熱氯酸鉀制取氧氣的化學(xué)方程式為_____________。

(2)查閱資料得知，發(fā)生反應(yīng)的溫度越低，催化效果越好。分析上圖,對氯酸鉀分解催化效果更好的是_____________。催化效果更好的原因可能是_____________。

探究二:催化劑用量及催化劑種類對催化效果的影響

同學(xué)們設(shè)計如下實驗方案:

編號	氯酸鉀質(zhì)量/g	催化劑	催化劑質(zhì)量/g	收集VmL氧氣 所需時間/s
實驗1	5			171
實驗2	5	二氧化錳	0.25	79
實驗3	5	二氧化錳	0.5	49
實驗4	5	二氧化錳	2.5	93
實驗5	5	氧化鐵	0.5	58
實驗6	5	氯化鉀	0.5	154

(3)表中所列三種催化劑中，催化效果最好的是_____________。

(4)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比為_____________時，催化效果最好。

(5)氯化鉀_____________(填“有”或“無”)催化作用。維持加熱條件不變，用實驗1再繼續(xù)收集VmL氧氣，所需時間明顯少于171s,原因是_____________。

探究三:二氧化錳質(zhì)量在反應(yīng)前后的變化

同學(xué)們發(fā)現(xiàn)每次用氯酸鉀和二氧化錳制取氧氣結(jié)束后，在拆卸裝置時總能聞到刺激性氣味。他們將加熱后剩余固體中的二氧化錳分離并測量其質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)總小于加熱前二氧化錳的質(zhì)量。查閱資料后發(fā)現(xiàn)，一般認為加熱氯酸鉀和二氧化錳混合物的反應(yīng)過程如下:

第1步: (其中Cl2有刺激性氣味)

第2步:

第3步:

(6)第3步反應(yīng)中錳元素化合價變化為_____→________。

(7)反應(yīng)后剩余固體中二氧化錳質(zhì)量小于反應(yīng)前的質(zhì)量，原因可能是_____________。

Answer 1

【答案】 納米二氧化錳 等質(zhì)量的催化劑，納米二氧化錳的粒徑更小，顆粒更多，與氯酸鉀的接觸面積大，催化效果更好 二氧化錳 1:10 有 生成的氯化鉀加快了反應(yīng)速率 +6 +4 少量的氯氣隨著氧氣排出，使得第3步反應(yīng)沒有發(fā)生完全

【解析】

（1）氯酸鉀在二氧化錳做催化劑條件下加熱生成氯化鉀和氧氣，反應(yīng)的方程式為：2KClO3 2KCl+3O2↑。故填：2KClO3 2KCl+3O2↑；

(2)查閱資料得知，發(fā)生反應(yīng)的溫度越低，催化效果越好。分析上圖,對氯酸鉀分解催化效果更好的是納米二氧化錳。催化效果更好的原因可能是等質(zhì)量的催化劑，納米二氧化錳的粒徑更小，顆粒更多，與氯酸鉀的接觸面積大，催化效果更好。

故填：納米二氧化錳；等質(zhì)量的催化劑，納米二氧化錳的粒徑更小，顆粒更多，與氯酸鉀的接觸面積大，催化效果更好；

(3)表中所列三種催化劑中，催化效果最好的是二氧化錳。故填：二氧化錳；

(4)當(dāng)氯酸鉀質(zhì)量為5g，二氧化錳質(zhì)量為0.5g時，催化效果最好，此時二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比為1:10。故填：1:10；

(5)使用氯化鉀后，生成VmL氧氣的時間比沒有加其他物質(zhì)的氯酸鉀生成VmL氧氣的時間短，故氯化鉀有催化作用。維持加熱條件不變，用實驗1再繼續(xù)收集VmL氧氣，所需時間明顯少于171s,原因是：生成的氯化鉀加快了反應(yīng)速率。

故填：有；生成的氯化鉀加快了反應(yīng)速率；

(6)第3步反應(yīng)前錳酸鉀的錳元素化合價為+6價，反應(yīng)后生成的二氧化錳中錳元素化合價為+4。故填：+6；+4；

(7)反應(yīng)后剩余固體中二氧化錳質(zhì)量小于反應(yīng)前的質(zhì)量，原因可能是：少量的氯氣隨著氧氣排出，使得第3步反應(yīng)沒有發(fā)生完全。故填：少量的氯氣隨著氧氣排出，使得第3步反應(yīng)沒有發(fā)生完全。