Question

12．某化學(xué)興趣小組利用以下圖1裝置探究氣體的制取及性質(zhì)．結(jié)合下圖回答有關(guān)問題：

請結(jié)合圖示實驗裝置，回答下列問題．
（1）用加熱高錳酸鉀制氧氣選用發(fā)生裝置是A；該反應(yīng)的符號表達(dá)式為2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；若用裝置G收集氧氣，氧氣應(yīng)從a端通入（選填“a”或“b”），用此裝置收集氧氣時檢驗氧氣收集滿的方法把帶火星的木條放在b導(dǎo)管口，如果帶火星的木條復(fù)燃，說明已經(jīng)收集滿．
（2）已知CO₂能溶于水且與能水反應(yīng)，密度比空氣大，實驗室可用塊狀大理石和稀鹽酸來制取CO₂，可選用的裝置 組合是BC，若用F裝置收集CO₂，油層的作用是防止二氧化碳溶于水．
（3）小明同學(xué)選用如圖2所示的裝置制取氧氣．制取過程中所發(fā)生的符號表達(dá)式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
實驗前小明同學(xué)先向儀器A中加入水，然后將導(dǎo)氣管放入水槽中，并打開儀器A的活塞，觀察導(dǎo)氣管口是否有連續(xù)的氣泡出現(xiàn)．該實驗操作的目的是檢查裝置的氣密性．
（4）小紅同學(xué)通過互聯(lián)網(wǎng)得知：CuSO₄溶液、動物某些臟器中含有的物質(zhì)等能催化過氧化氫的分解．
【初次探究】實驗證明，在過氧化氫溶液中滴加CuSO₄溶液能顯著加快過氧化氫的分解，如果要確定CuSO₄是催化劑，還必須通過實驗確定它在化學(xué)反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都沒有發(fā)生改變．
【再次探究】CuSO₄溶液主要含有三種粒子（H₂O、Cu²⁺、SO₄^2-），稀硫酸中含有三種粒子（H₂O、H⁺、SO₄^2-）為了進一步探究CuSO₄溶液中哪種粒子能起催化作用．小紅同學(xué)作了以下分析和設(shè)計．
①小紅同學(xué)認(rèn)為最不可能的是H₂O，他的理由是過氧化氫溶液溶液中有水，所以水不是催化劑．
②要說明另外的兩種粒子是否起到催化作用，小紅同學(xué)設(shè)計了如下實驗，完成了這次探究活動．

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
a．取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2-3滴稀硫酸	溶液幾乎沒有氣泡放出	實驗證明，起催化作用的是銅離子
b．另取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2-3滴氯化銅溶液	溶液中有大量氣泡放出

（5）．小玲同學(xué)稱取一定質(zhì)量的高錳酸鉀固體放入大試管中，將溫度控制在250℃加熱制取O₂．實驗結(jié)束時，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)用排水法收集到的O₂大于理論產(chǎn)量．針對這一現(xiàn)象，同學(xué)們進行了如下探究：
【提出猜想】猜想 I：反應(yīng)生成的二氧化錳分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反應(yīng)生成的錳酸鉀分解放出O₂；
猜想Ⅲ：反應(yīng)生成的錳酸鉀和二氧化錳都分解放出氧氣．
【實驗驗證】同學(xué)們分成兩組，分別進行下列實驗：
第一組同學(xué)取一定質(zhì)量的二氧化錳，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質(zhì)量不變，則猜想I錯誤；
第二組同學(xué)取錳酸鉀在250℃條件下加熱，沒有用測定質(zhì)量的方法得出了猜想Ⅱ正確的結(jié)論．該組同學(xué)選擇的實驗方法是把帶火星的木條放入試管中．
【拓展延伸】實驗發(fā)現(xiàn)，氯酸鉀固體加熱制取氧氣的反應(yīng)速率很慢，但如果將高錳酸鉀固體與氯酸鉀固體混合加熱，則氯酸鉀的分解速率大大加快．請說明高錳酸鉀在氯酸鉀的分解反應(yīng)中是否作催化劑，為什么？高錳酸鉀不是催化劑，高錳酸鉀分解生成的二氧化錳是氯酸鉀分解的催化劑．

Answer 1

分析 （1）高錳酸鉀受熱時能夠分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣；  
（2）實驗室通常用大理石或石灰石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，反應(yīng)不需要加熱，大理石和石灰石的主要成分是碳酸鈣，能和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；
（3）通常情況下，過氧化氫在二氧化錳的催化作用下，分解生成水和氧氣；
（4）根據(jù)實驗現(xiàn)象可以判斷相關(guān)方面的問題；
（5）高錳酸鉀受熱分解生成二氧化錳、錳酸鉀和氧氣，生成的二氧化錳可以用作氯酸鉀分解的催化劑．

解答 解：（1）用加熱高錳酸鉀制氧氣需要加熱，選用發(fā)生裝置是A；
該反應(yīng)的符號表達(dá)式為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
若用裝置G收集氧氣，因為氧氣的密度比空氣大，氧氣應(yīng)從a端通入；
用此裝置收集氧氣時檢驗氧氣收集滿的方法是：把帶火星的木條放在b導(dǎo)管口，如果帶火星的木條復(fù)燃，說明已經(jīng)收集滿．
故填：A；2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；a；把帶火星的木條放在b導(dǎo)管口，如果帶火星的木條復(fù)燃，說明已經(jīng)收集滿．
（2）實驗室可用塊狀大理石和稀鹽酸來制取二氧化碳不需要加熱，應(yīng)該用B裝置作為發(fā)生裝置；
二氧化碳能夠溶于水，不能用排水法收集，密度比空氣大，可以用向上排空氣法收集，即用C裝置收集；
若用F裝置收集CO₂，油層的作用是防止二氧化碳溶于水．
故填：BC；防止二氧化碳溶于水．
（3）小明同學(xué)選用如圖2所示的裝置制取氧氣，應(yīng)該是利用過氧化氫制取氧氣，制取過程中所發(fā)生的符號表達(dá)式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
該實驗操作的目的是檢查裝置的氣密性．
故填：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；檢查裝置的氣密性．
（4）【初次探究】實驗證明，在過氧化氫溶液中滴加CuSO₄溶液能顯著加快過氧化氫的分解，如果要確定CuSO₄是催化劑，還必須通過實驗確定它在化學(xué)反應(yīng)前后的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都沒有發(fā)生改變．
故填：化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都沒有發(fā)生改變．
【再次探究】①小紅同學(xué)認(rèn)為最不可能的是H₂O，他的理由是過氧化氫溶液溶液中有水，所以水不是催化劑．
故填：過氧化氫溶液溶液中有水，所以水不是催化劑．
②完成探究活動如下表所示：

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
a．取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2-3滴稀硫酸	溶液幾乎沒有氣泡放出	實驗證明，起催化作用的是銅離子
b．另取一支試管加入5mL5%過氧化氫溶液，然后加入2-3滴氯化銅溶液	溶液中有大量氣泡放出

（5）【提出猜想】猜想 I：反應(yīng)生成的二氧化錳分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反應(yīng)生成的錳酸鉀分解放出O₂；
猜想Ⅲ：反應(yīng)生成的錳酸鉀和二氧化錳都分解放出氧氣．
故填：反應(yīng)生成的錳酸鉀和二氧化錳都分解放出氧氣．
【實驗驗證】第一組同學(xué)取一定質(zhì)量的二氧化錳，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質(zhì)量不變，則猜想Ⅰ錯誤；
第二組同學(xué)取錳酸鉀在250℃條件下加熱，沒有用測定質(zhì)量的方法得出了猜想Ⅱ正確的結(jié)論．該組同學(xué)選擇的實驗方法是把帶火星的木條放入試管中，通過觀察帶火星的木條是否復(fù)燃來判斷是否產(chǎn)生了氧氣．
故填：把帶火星的木條放入試管中．
【拓展延伸】高錳酸鉀不是氯酸鉀分解的催化劑，而高錳酸鉀分解生成的二氧化錳是氯酸鉀分解的催化劑．
故填：高錳酸鉀不是催化劑，高錳酸鉀分解生成的二氧化錳是氯酸鉀分解的催化劑．

點評 合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．