Question

17．某興趣小組在制取氧氣的實驗過程中，有如下實驗設(shè)計方案，該方案的實驗?zāi)康氖牵禾骄柯人徕浐投�氧化錳的質(zhì)量比對反應(yīng)速率的影響．

編號	溫度	催化劑	氯酸鉀、二氧化錳的質(zhì)量比	生成1升氧氣所需時間/s
實驗Ⅰ	400℃	MnO2	1：1	153
實驗Ⅱ	400℃	MnO2	2：1	240

小芳在實驗時，誤把氧化銅當(dāng)作二氧化錳放入加熱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)也能較快產(chǎn)生氧氣，于是進行如下探究：
【猜想Ⅰ】除二氧化錳、氧化銅外，氧化鐵（Fe₂O₃）也可以作氯酸鉀分解的催化劑．
【設(shè)計實驗】
按下表進行實驗，并測定開始產(chǎn)生氣體時的溫度（即分解溫度，分解溫度越低，表示反應(yīng)速度越快）．

實驗編號	實驗藥品	分解溫度（℃）
①	氯酸鉀	580
②	氯酸鉀和二氧化錳（質(zhì)量比1：1）	350
4	氯酸鉀和氧化銅（質(zhì)量比1：1）	370
5	氯酸鉀和氧化鐵（質(zhì)量比1：1）	390

【數(shù)據(jù)和結(jié)論】
（1）由實驗①與實驗⑤對比，證明猜想合理；
（2）實驗所用的三種物質(zhì)中，催化效果最好的是二氧化錳．
【反思】
（1）若要證明氧化鐵是該反應(yīng)的催化劑，還需驗證它在化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)是否改變．
小林在實驗時，聯(lián)想到了漁民用過氧化鈣（CaO₂）增加魚池中的含氧量，提出猜想Ⅱ．
【猜想Ⅱ】過氧化鈣與水反應(yīng)可制取氧氣．

實驗裝置	實驗主要過程
	①檢查裝置氣密性． ②加入過氧化鈣和水后，有少量細小氣泡緩慢放出，在導(dǎo)管口幾乎收集不到氣體．該裝置放置到第二天，集氣瓶中只收集到極少量氣體，震蕩試管后仍有少量細小氣泡緩慢放出．

實驗結(jié)論：過氧化鈣與水反應(yīng)不能（填“能”或“不能”）用于實驗室制取氧氣．
【分析與反思】
（1）過氧化鈣與水反應(yīng)雖然沒有快速收集到大量氧氣，但由此實驗現(xiàn)象，小林認為漁民用過氧化鈣做增氧劑的主要原因是過氧化鈣在水中持續(xù)、緩慢放出氧氣，所以可以作為增氧劑．
（2）小林希望對此實驗進行改進，使該反應(yīng)加快，請你幫他提出合理化建議加熱過氧化鈣和水的混合物（或向過氧化鈣和水的混合物中加入催化劑）．
（3）同學(xué)們對過氧化鈣與水反應(yīng)的生成物猜想如下：①氫氧化鈣和氧氣②碳酸鈣和氧氣
你認為猜想②（填序號）一定是錯誤的，理由是化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，而反應(yīng)前沒有碳元素．
【計算】該興趣小組的同學(xué)們購得用于增氧的過氧化鈣產(chǎn)品（雜質(zhì)不含鈣元素），標(biāo)簽如圖所示．試計算：
（1）過氧化鈣的相對分子質(zhì)量為72；
（2）過氧化鈣中鈣元素與氧元素的質(zhì)量比為5：4；
（3）72g過氧化鈣與100g碳酸鈣含鈣量相當(dāng)；
（4）該產(chǎn)品（如圖）中過氧化鈣的質(zhì)量分數(shù)至少為72%．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，該方案的實驗?zāi)康氖牵禾骄柯人徕浐投�氧化錳的質(zhì)量比對反應(yīng)速率的影響進行解答；
【數(shù)據(jù)和結(jié)論】（1）比較加入氧化鐵后氯酸鉀分解產(chǎn)生氧氣的溫度與只加熱氯酸鉀時產(chǎn)生氧氣的溫度高低即可；
（2）根據(jù)分解溫度最低的催化效果最好解答；
【反思】（1）根據(jù)催化劑的基本概念解答．
【猜想Ⅱ】實驗結(jié)論：根據(jù)過氧化鈣與水反應(yīng)生成氧氣的速率太慢進行解答；
【分析與反思】
（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象，過氧化鈣在水中反應(yīng)的速度慢，持續(xù)的時間長，進行分析解答；
（2）根據(jù)過氧化鈣（CaO₂）室溫下穩(wěn)定，在300℃時分解成氧氣，由此可知加熱過氧化鈣和水的混合物有可能會使反應(yīng)加快進行分析解答；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律的內(nèi)涵及應(yīng)用回答；
【計算】（1）根據(jù)相對分子質(zhì)量等于各原子的相對原子質(zhì)量之和進行解答；
（2）根據(jù)化合物中各元素質(zhì)量比=各原子的相對原子質(zhì)量×原子個數(shù)之比，進行分析解答；
（3）根據(jù)物質(zhì)中某元素的質(zhì)量分數(shù)的計算公式進行解答；
（4）根據(jù)該產(chǎn)品中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)最低為40%進行解答．

解答 解：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，該方案的實驗?zāi)康氖牵禾骄柯人徕浐投�氧化錳的質(zhì)量比對反應(yīng)速率的影響；故填：氯酸鉀和二氧化錳的質(zhì)量比；
【數(shù)據(jù)和結(jié)論】
（1）加入氧化鐵后氯酸鉀分解產(chǎn)生氧氣的溫度比只加熱氯酸鉀時產(chǎn)生氧氣的溫度低很多；故答案選①．
（2）分解溫度最低的催化效果最好，故答案：二氧化錳；
【反思】
（1）催化劑是指在化學(xué)反應(yīng)中能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速度而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不發(fā)生改變的物質(zhì)，故答案：質(zhì)量；化學(xué)性質(zhì)；
【猜想Ⅱ】實驗結(jié)論：過氧化鈣與水反應(yīng)生成氧氣的速率太慢，所以不能用于實驗室制取氧氣；故填：不能；
【分析與反思】
（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象，過氧化鈣在水中反應(yīng)的速度慢，持續(xù)的時間長，所以用過氧化鈣做增氧劑的主要原因是：過氧化鈣在水中持續(xù)、緩慢放出氧氣；故答案為：過氧化鈣在水中持續(xù)、緩慢放出氧氣，所以可以作為增氧劑；
（2）根據(jù)過氧化鈣（CaO₂）室溫下穩(wěn)定，在300℃時分解成氧氣，由此可知加熱過氧化鈣和水的混合物有可能會使反應(yīng)加快，因此實驗的改進方法有加熱過氧化鈣和水的混合物（或向過氧化鈣和水的混合物中加入催化劑）；故填：加熱過氧化鈣和水的混合物（或向過氧化鈣和水的混合物中加入催化劑）；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，反應(yīng)物為過氧化鈣和水，②的觀點認為生成物是碳酸鈣和氧氣，這樣反應(yīng)物中不含有碳元素，而生成物中含碳元素，不遵循質(zhì)量守恒定律，所以錯誤；故填：②；化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，而反應(yīng)前沒有碳元素；
【計算】（1）過氧化鈣的相對分子質(zhì)量=40+16×2=72；故填：72；
（2）過氧化鈣中鈣元素與氧元素的質(zhì)量比=40：（16×2）=5：4；故填：5：4；
（3）設(shè)過氧化鈣的質(zhì)量為x，則x×$\frac{40}{40+16×2}$×100%=100g×$\frac{40}{40+12+16×3}$×100%  x=72g；故填：72；
（4）該產(chǎn)品中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)最低為40%，所以該產(chǎn)品中過氧化鈣的質(zhì)量分數(shù)至少為=$\frac{40%}{55.6%}$=72%．故填：72%．

點評 本題考查知識綜合，考查的點多面廣．它不但考查了考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，還考查了化學(xué)式的相關(guān)計算，更考查了裝置的選取方法的掌握和應(yīng)用，解答此類題目時，只有抓住實驗?zāi)康�、結(jié)論，前后聯(lián)系，進行細致的思考、推斷，才可準確無誤地解答出各個問題．