Question

17．甲同學(xué)在用雙氧水制取氧氣時(shí)，誤把 三氧化二鐵（ Fe₂O₃）粉末當(dāng)成二氧化錳（MnO₂）放入雙氧水中，發(fā)現(xiàn)也有大量氣泡產(chǎn)生．他意識(shí)到這個(gè)錯(cuò)誤后，聯(lián)想到MnO₂可作為 過(guò)氧化氫（H₂O_2）分解的催化劑，那么Fe₂O₃能否作為H₂O₂分解的催化劑呢？請(qǐng)你一起參與探究，并填寫(xiě)下列空白．
【猜想】Fe₂O₃能作為H₂O₂分解的催化劑．
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】甲同學(xué)依次設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)：
實(shí)驗(yàn)一：取一定量的H₂O₂溶液于試管中，觀察到有極少量氣泡產(chǎn)生，伸入帶火星的木條，沒(méi)有復(fù)燃．說(shuō)明H₂O₂溶液常溫下緩慢分解．
實(shí)驗(yàn)二：在實(shí)驗(yàn)一的試管中加入W g Fe₂O₃粉末，有大量氣泡產(chǎn)生，然后伸入帶火星的木條，木條復(fù)燃．說(shuō)明Fe₂O₃粉末可以作為H₂O₂分解的催化劑．
實(shí)驗(yàn)三：待反應(yīng)結(jié)束后，將試管里的不溶物濾出，并洗滌、干燥、稱(chēng)量，固體質(zhì)量仍為W g．說(shuō)明反應(yīng)前后Fe₂O₃的質(zhì)量不變．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】甲同學(xué)認(rèn)為，F(xiàn)e₂O₃粉末可以作為H₂O₂分解的催化劑．
【反思評(píng)價(jià)】乙同學(xué)認(rèn)為要證明甲同學(xué)的結(jié)論正確，僅做這三個(gè)實(shí)驗(yàn)還不充分，需要再補(bǔ)充一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)．該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證Fe₂O₃粉末在反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不變．
【拓展】為探究催化劑的種類(lèi)對(duì)H₂O₂溶液分解速度的影響，甲設(shè)計(jì)以下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：
Ⅰ．將10毫升5%H₂O₂溶液與1.0g MnO₂均勻混合制取相同體積O₂所需的時(shí)間15min
Ⅱ．將10毫升x%H₂O₂溶液與1.0g Fe₂O₃均勻混合制取相同體積O₂所需的時(shí)間8min  則其中x的值應(yīng)為5
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在相同條件下使用Fe₂O₃作催化劑，雙氧水分解得更快．寫(xiě)出三氧化二鐵催化過(guò)氧化氫分解的文字表達(dá)式過(guò)氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣
【思維拓展】H₂O₂分解的快慢還與哪些因素有關(guān)？請(qǐng)你繼續(xù)探究．（只要求提出假設(shè)和實(shí)驗(yàn)方案）
假設(shè)H₂O₂分解的快慢還與H₂O₂溶液的濃度有關(guān)；實(shí)驗(yàn)方案常溫下，取兩份體積相等的濃度不同的H₂O₂溶液，分別加入相同質(zhì)量的同種催化劑，測(cè)量各收集一瓶相同體積的氣體所需的時(shí)間．

Answer 1

分析 根據(jù)過(guò)氧化氫溶液中伸入帶火星的木條，沒(méi)有復(fù)燃，說(shuō)明產(chǎn)生氧氣速度慢，加入氧化鐵后，帶火星木條復(fù)燃，說(shuō)明氧化鐵加快了反應(yīng)速度；催化劑在反應(yīng)前后本身質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不變，所以不僅考慮反應(yīng)前后氧化鐵質(zhì)量不變，還需要考慮化學(xué)性質(zhì)．

解答 解：實(shí)驗(yàn)二：在實(shí)驗(yàn)二的試管中加入Wg 氧化鐵粉末，有大量氣泡產(chǎn)生，然后伸入帶火星的木條，木條復(fù)燃，說(shuō)明加入氧化鐵后產(chǎn)生氧氣的速度加快了很多，說(shuō)明氧化鐵加快了過(guò)氧化氫分解的速度；
實(shí)驗(yàn)三：在實(shí)驗(yàn)三種將試管里的不溶物濾出，并洗滌、干燥、稱(chēng)量，固體質(zhì)量仍為Wg，說(shuō)明了反應(yīng)前后氧化鐵質(zhì)量不變；
【反思評(píng)價(jià)】催化劑在反應(yīng)前后本身質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不變，所以不僅考慮反應(yīng)前后氧化鐵質(zhì)量不變，還需要考慮化學(xué)性質(zhì)是否改變．
【拓展】為探究催化劑的種類(lèi)對(duì)H₂O₂溶液分解速度的影響，所以設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)過(guò)氧化氫溶液的濃度應(yīng)該相同，故x的值應(yīng)為5；
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在相同條件下使用氧化鐵作催化劑，雙氧水分解得更快．三氧化二鐵催化過(guò)氧化氫分解的文字表達(dá)式為：過(guò)氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣；
【思維拓展】H₂O₂分解的快慢還與哪些因素有關(guān)？可考慮與H₂O₂溶液的濃度、溫度、催化劑的質(zhì)量、催化劑的狀態(tài)等因素，例：假設(shè)：H₂O₂分解的快慢還與H₂O₂溶液的濃度有關(guān)
；可設(shè)計(jì)方案：常溫下，取兩份體積相等的濃度不同的H₂O₂溶液，分別加入相同質(zhì)量的同種催化劑，測(cè)量各收集一瓶相同體積的氣體所需的時(shí)間；
故答案為：實(shí)驗(yàn)二：Fe₂O₃粉末可以作為H₂O₂分解的催化劑；
實(shí)驗(yàn)三：反應(yīng)前后Fe₂O₃的質(zhì)量不變；
【反思評(píng)價(jià)】：驗(yàn)證Fe₂O₃粉末在反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不變；
【拓展】Ⅱ：5；實(shí)驗(yàn)結(jié)論：Fe₂O₃；過(guò)氧化氫$\stackrel{氧化鐵}{→}$水+氧氣；
【思維拓展】假設(shè)：H₂O₂分解的快慢還與H₂O₂溶液的濃度有關(guān)
方案：常溫下，取兩份體積相等的濃度不同的H₂O₂溶液，分別加入相同質(zhì)量的同種催化劑，測(cè)量各收集一瓶相同體積的氣體所需的時(shí)間．

點(diǎn)評(píng) 解答本題關(guān)鍵是要知道催化劑在反應(yīng)前后本身質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不變，催化劑一定能改變反應(yīng)速度．