初中化学纯碱的制取探究题

研究性学习小组选择“H₂O₂生成O₂的快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程：
【假设】H₂O₂生成O₂的快慢与          有关。
【实验方案】常温下，在两瓶相同体积的H₂O₂溶液中分别加入相同质量MnO₂红砖粉后测量各生成一瓶(相同体积)O₂所需要的时间。
【进行实验】如图是他们进行实验的装置图，气体发生装置中A仪器名称是          ，此实验中B处宜采用的气体收集方法是                         

【结论】该探究过程得出的结论是                    。
【反思】H₂O₂在常温下分解缓慢，加入MnO₂或红砖粉后反应明显加快，若要证明MnO₂和红砖粉是该反应的催化剂，还需要增加实验来验证它们在化学反应前后的          和           是否改变。

某初级中学学生为了探究化学实验室的一种黑色粉末和一瓶标签破损的无色溶液可能是什么物质，大胆猜想并设计实验进行验证．
【发现问题】当把黑色粉末与无色溶液混合时即产生气泡．
【查阅资料】初中化学实验室常见的黑色粉末：氧化铜、二氧化锰、四氧化三铁、铁粉、炭粉．
【提出假设】黑色粉末是               ，无色溶液是               ．
【设计实验】向盛有少许黑色粉末的试管中加入适量的无色溶液，用            法收集一试管气体；检验该气体                    ．
【实验结论】此气体是                       ，原假设成立．

（一）请结合下列实验常用装置，回答有关问题．

（1）写出标号仪器的名称a            
（2）如若用氯酸钾固体加热制取氧气，发生装置应选用____________（选填装置序号）。
（3）实验室用过氧化氢制较纯净的氧气，制取气体时，组装好仪器后，应先____________，再添加药品；收集氧气时，应选用的收集装置是          (填字母)，反应的文字表达式是                   ；若选择装置H收集氧气(H中原来是空气且正放)，则气体从_______管（选填“c”或“d”）进入；
（4） 图中D装置比B装置多用一支小试管，D装置的优点有
①可控制反应的开始和结束       ②节约药品      ③可形成液封防止漏气
（二）实验是科学探究的重要方法，如图是测定空气中氧气含量实验的装置图，请结合图示回答有关问题．

（1）根据下表提供的实验数据，完成下表．

硬质玻璃管中 空气的体积	反应前注射器中 空气体积	反应后注射器中 气体体积	实验测得空气中 氧气的体积分数
25mL	15mL	9mL

（2）不断推拉注射器的目的是
（3）若实验测得的结果偏小（氧气的体积分数小于21%），可能的原因有哪些？（列举一条）
（4）反应结束后要将气球内的气体挤出，否则测得的结果             （填偏大、偏小或不变）

小明参观某养鱼池时，好奇地发现农民向养鱼池撒一种叫做过氧化钙的淡黄色
固体，用来增加鱼池中的含氧量。小明刚学完氧气的实验室制法，于是他想可否用过氧化钙制取氧气。
【提出问题】过氧化钙可否用于制取氧气？
【查阅材料】部分内容如下：过氧化钙（CaO₂）室温下稳定，在300℃时分解生成氧气，可做增氧剂、杀菌剂等。
【猜想与验证】
小明依据上述材料，提出猜想Ⅰ：                       ，然后进行以下实验：

实验装置	实验主要过程
	检验装置气密性。 加入过氧化钙于试管中，加热，导管口有大量气泡冒出。 收集满一瓶气体。 ④ 停止加热。熄灭酒精灯前，应___________________。 ⑤ 检验气体。方法是______________________。

（2）小明联想到农民用过氧化钙增加鱼池中的含氧量，提出猜想Ⅱ。
猜想Ⅱ：过氧化钙与水反应可制取氧气

检验装置气密性。 ② 加入过氧化钙和水后，有少量细小气泡缓慢放出，在导管口几 乎收集不到气体。该装置放置到第二天，集气瓶只收集到极少量 气体，振荡试管后仍有少量细小气泡缓慢放出。

【实验结论】不能用过氧化钙与水反应制取氧气。
【分析与反思】
①虽然没有快速收集到大量氧气，但由此实验现象，小明认为农民用过氧化钙做增氧剂的主要原因是________________________。
②小明希望对此实验进行改进，使该反应加快，你能帮他提出建议吗？你的合理建议：
_________________________。
以上建议是否可行，还需进一步通过实验验证。

某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究。
【提出问题】①氧化铜是否也能做氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果好？
【查阅资料】研究表明，许多金属氧化物对氯酸钾的分解有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示：

实验室用氯酸钾制取氧气，如果不用二氧化锰作催化剂，最好选用的金属氧化物是     。
【设计并完成实验】Ⅰ．将3.0g氯酸钾放在试管中加热
Ⅱ．将3.0g氯酸钾与1.0g二氧化锰均匀混合加热
Ⅲ．将X g氯酸钾与1.0g氧化铜均匀混合加热
【实验现象分析】Ⅲ中X的值应为          ，实验Ⅰ和Ⅲ比较可证明                    。将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，若称量得到1.0g黑色粉末，再将黑色粉末和Xg氯酸钾混合加热，现象与实验Ⅲ相同，这些步骤是为了证明氧化铜在该化学反应前后         和          都不变。
【结论】氧化铜也能作氯酸钾分解的催化剂，实验Ⅲ中的化学反应的符号表达式为             。
【实验反思】实验Ⅱ和Ⅲ对比的目的是                          。
【提出问题】②MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应有何影响？

【设计并完成实验】利用图甲装置探究“MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应的影响”，实验中为3%H₂O₂溶液，装置中产生氧气的量可以用压强传感器测出（在等温条件下，产生氧气体积与装置内压强成正比，反应放热忽略不计。）
【讨论交流】（1）图乙是“0.1克MnO₂与不同体积的3%H₂O₂溶液混合”的实验结果，从图中可以看出                    。
（2）当用“3%H₂O₂溶液8毫升与不同质量的MnO₂混合”时，得到如图丙所示的曲线。曲线的斜率显示，当MnO₂的用量增加到0.08克时，分解速度达到实验要求。在此实验条件下，若MnO₂的质量有4克（一药匙），就能使下图          （填字母）烧杯中所装的3%H₂O₂溶液，其分解速度最接近实验要求。

小丽通过阅读说明书了解到家用制氧机的工作原理如下：加压时，装填在制氧机内部的分子筛吸附空气中的氮气，制取高浓度氧气。减压时，分子筛将所吸附的氮气排放。整个过程中，分子筛并不消耗。

小丽用这台家用制氧机制取并收集了一袋气体，带到实验室对其进行研究。
实验I：小丽欲通过以下实验验证所收集的气体是否为纯净的氧气。
【实验记录】

实验步骤	实验现象	化学方程式
取一只250 mL的集气瓶，用排水法收集一瓶所带气体，然后把一小块燃着的木炭插入集气瓶中	木炭燃烧得更旺	化学方程式I

表中，化学方程式I是                              。
【实验结论】收集的气体是纯净的氧气。
【实验反思】老师指出上述实验并不能证明小丽所带来的气体一定是纯净的氧气。该实验不能证明所收集气体为纯净氧气的原因是                            。
实验II：测定小丽所带气体中氧气的含量。
同学们在老师的指导下用250 mL 集气瓶设计了如下图所示装置，进行实验，并重复多次。

【实验记录 】

实验操作	主要实验现象	实验结论及解释
①	检查装置的气密性		装置的气密性良好
②	加入药品，瓶装满水，将装置连接固定
③	打开止水夹a和b，向A中缓慢鼓入一定量气体后关闭止水夹a和b	A中水进入到B中，B中水的体积为200 mL。	收集200 mL气体（由压强差引起的误差忽略不计）
④	用凸透镜聚光引燃白磷	燃烧，产生大量白烟
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温，操作I	现象I	小丽收集的气体不是纯净的氧气

表中，操作I是                。现象I是                   。
上述反应化学表达式是                         。
【数据记录】

实验次序	1	2	3	4	5
B中剩余水体积/mL	100	42	39	41	38

【数据处理】已知，在上表数据中，第1组数据偏差较大，存在明显误差，在数据处理时应删去。取余下四次平均值计算，小丽所带气体中氧气的体积分数为          % 。
【实验反思】
（1）这台制氧机制氧气的过程发生的变化属于            （填“物理变化”或“化学变化”）。
（2）导致第1组数据产生较大误差的可能原因是                     。

某同学发现一瓶没有塞上瓶塞的过氧化氢溶液。查资料得知，过氧化氢溶液在光线的直射下也能分解成氧气和水。他想探究这瓶过氧化氢溶液是否已经完全分解，与同学们一起进行如下实验。
【猜想与假设】
猜想Ⅰ：这瓶过氧化氢溶液已经完全分解。  猜想Ⅱ：这瓶过氧化氢溶液未完全分解。
【设计实验】为了验证猜想，甲、乙、丙三位同学分别提出如下方案：
甲同学：取适量试剂于试管中，伸入带火星的木条，若带火星的木条复燃，则猜想Ⅰ成立，若带火星的木条不复燃，则猜想Ⅱ成立。同学们认为此方案不行，原因是_______________________。
乙同学：取等量的过氧化氢溶液于A、B两个试管中，向A试管中加入少量二氧化锰，再把带火星的木条分别伸入A、B试管中，若观察到_____________________，则猜想Ⅰ成立。该实验中，B试管的作用是_____________。
丙同学：

操作	现象	结论
取与甲同学等量的试剂于另一支试管中，加热，再伸入带火星的木条	_______________________ ， ________________________	猜想Ⅱ 成立

【反思与交流】
① 敞口放置的试剂容易变质，所以要_________保存；过氧化氢溶液见光易分解，所以要存放在___________（填试剂瓶类型）中。
② 二氧化锰在过氧化氢的分解中起催化作用。从本组实验中可得知，能改变化学反应速率的方法还可以_______________________。

化学教材 “寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣。
【提出问题】（1）氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂？
（2）氧化铁与二氧化锰催化效果哪个好？
【实验探究】

实验步骤	实验现象
①分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中，向A试管中加入a g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星的木条，观察现象。	A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃，B试管中的现象
②待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，观察现象。	试管中均产生大量气泡，带火星木条均复燃
③将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g。
④分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象。

（1）A中产生的气体是             ；B试管中的现象                     。
（2）实验②、③证明：氧化铁的            和           在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；
（3）写出氧化铁催化过氧化氢分解的文字表达式                        。
（4）实验设计④的目的是                         ，若实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是                           。

人教版新化学教材关于“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的催化作用”，以及“寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣。
【实验探究】

实验步骤	实验现象
Ⅰ．分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入A、B两支试管中，向A试管中加入ag氧化铁( Fe2O3)粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星木条，观察现象。	A试管中产生气泡，带火星木条复燃，B试管中无明显现象。
Ⅱ．待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，如此反复多次实验，观察现象。	试管中均产生气泡，带火星木条均复燃。
Ⅲ．将实验Ⅱ中的剩余物小心过滤，并将所得虑渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为ag。
Ⅳ．分别量取5mL5%过氧化氢溶液放入C、D两支试管中，向C试管中加入ag氧化铁粉末．向D试管中加入ag二氧化锰粉末，观察现象。

【实验结论】
（1）A中产生的气体是                。
（2）实验Ⅱ、Ⅲ证明：氧化铁(Fe₂O₃₎的                和               在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂。
（3）写出氧化铁(Fe₂O₃₎催化过氧化氢分解的化学符号表达式                     。
【实验评价】
（1）设计实验Ⅳ的目的是                   。
（2）若实验Ⅳ观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是               。
【实验拓展】
查阅资料得知：CuO、CuSO₄、猪肝、马铃薯等也可以做过氧化氢溶液分解的催化剂。下列有关催化剂的说法中正确的是               。
A．MnO₂只能作为过氧化氢溶液分解的催化剂
B．同一个化学反应可以有多种催化剂
C．催化剂只能加快化学反应的速率
D．用作催化剂的物质不可能是其它反应的反应物或生成物

以下是某研究小组探究影响化学反应快慢的一些因素的相关数据（常温通常指20℃；“浓度”指溶质的质量分数）

实验序号	过氧化氢溶液浓度/%	过氧化氢溶液质量/g	温度/^0C	二氧化锰用量/g	氧气体积/ml	反应所需时间/s
①	5	12	20	0.2	125	11
②	30	12	20	0.2	125	2
③	30	12	40	/	125	148
④	30	12	90	/	125	82

（1）通过实验①和②对比可知，化学反应快慢与               有关；
（2）通过对比实验             和            可知，化学反应快慢与温度的关系是             ．
（3）由上述实验可知，实验室用过氧化氢制取氧气的最合适的条件是               ．
（4）同种催化剂，还有哪些因素可能影响催化效果，请你再探究（探究一种因素即可）

利用下列所示仪器、药品（及其它必要物品）设计制取氧气和试验其性质的实验对比方案。

（1）对比加入试剂顺序对于制取氧气反应速率的影响

方法一：把二氧化锰加入装有过氧化氢溶液的试管中	方法二：把过氧化氢溶液缓缓加入盛有少量二氧化锰的试管中
现象：方法一中，立即产生大量的气泡，一会儿，产生气泡的速度越来越慢； 方法二中，持续并均匀地产生气泡；
结论：方法__① ____可以得到平稳的氧气流。通过对比实验可知，对于固体和液体反应制取气体时，加入试剂的顺序对反应速率有影响，若想得到平稳的气流，应该先加___②____，（填“固体”或“液体”，下同）然后再缓缓加入 _____③_____

 
（2）对比不同反应物制取氧气的反应速率

反应物药品的名称	反应的文字表达式	填选用制取和收集装置的仪器名称
方法一：过氧化氢溶液、二氧化锰	①_____________________	试管（带支管）、注射器、__②____
方法二：氯酸钾、二氧化锰	③___________________	此空不用填
结论：对比两种制取氧气的方法，方法一更简单。因为同样在二氧化锰的催化剂下，该方法制取氧气反应迅速，______ ④    _________。

 
（3）对比硫在空气里与在氧气中燃烧的现象

实验名称	操作步骤	实验现象
硫在空气里燃烧	取少量的硫粉于燃烧匙中，把燃烧匙放置在外焰上加热至硫粉燃烧起来，观察现象	①_____________________
硫在氧气中燃烧	②_____________________	硫在氧气中燃烧更剧烈，发出_____③____火焰，放热，生成有刺激性气味的气体
结论：条件（如浓度、温度）对化学反应是有影响的。硫在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈，是因为空气中_________④_________相对较少。

小明同学在做家庭实验时，不小心将过氧化氢溶液溅到妈妈刚刚切好的土豆丝上，发现土豆丝上立即冒气泡，激发了小明的探究欲望，请你参与小明的探究．
【猜想】土豆丝可作过氧化氢分解的催化剂
【实验】设计并完成下表所示的探究实验：

	实验操作	实验现象	结论	总结
实验一	取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星木条	有小气泡产生，木条不复燃	过氧化氢分解产生氧气，但是	土豆丝可作过氧化氢分解的催化剂
实验二	取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，加入土豆丝，伸入带火星木条	迅速产生大量气泡	土豆丝能加快过氧化氢的分解的速率

（1）请你帮小明同学填写上表中未填完的空格．
（2）在小明的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是
【反思】小凡同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，他补充设计了两个方面的探究实验。
第一方面探究                            ．
向反应后试管内的剩余物中重新加入过氧化氢溶液，有大量气泡产生，且木条复燃；
第二方面探究                        。
实验操作中包含了两次称量，将实验二试管中的物质进行            、洗涤、干燥、称量（土豆丝本身的水分减少忽略不计）。

长途运输鱼苗时，人们常在水中加入少量过氧化钙固体。甲、乙两位同学发现往水中投入过氧化钙时产生气泡。提出问题：当把过氧化钙投入足量水中时，生成的气体是什么物质呢?
进行猜想：甲同学认为：生成的气体是氧气；
乙同学认为：生成的气体是二氧化碳。
①请设计一个实验方案来验证甲同学的猜想是正确的，并填入下表空格中。

实验步骤及操作方法	实验现象	结论
1．取少量过氧化钙放入试管中，加足量水。		此空不填
2．

 

$FeC{l}_3$溶液能对过氧化氢的分解起催化作用，某小组拟在相同浓度 $FeC{l}_3$溶液的催化下，探究过氧化氢浓度对过氧化氢分解速率的影响．
写出本实验发生反应的化学方程式．
Ⅰ．分别取相同体积、不同浓度的过氧化氢溶液于锥形瓶中，注入相同体积、相同浓度的 $FeC{l}_3$溶液，如图观察到，就可以粗略判断，得出实验结果．

为进一步判断上述实验结论的准确性，运用图，小刚同学进行了如下实验方案设计．
Ⅱ．
[方案一]在不同过氧化氢浓度下，测定收集相同气体体积所需时间．
[方案二]在不同过氧化氢浓度下，测定；
方案二的实验测量结果：

	30% $H_2{O}_2$溶液的体积（mL）	2% $FeC{l}_3$溶液的体积（mL）	加入 $H_{2}O$的体积（mL）	反应的时间（min）	生成 $O_{2_{}}$的体积（mL）
1	5	x	20	5	V1
2	10	3	15	y	V2

表中 $x$=， $y$=．
实验结论：通过测量，若V₁V₂（填"＞"、"="或"＜"），说明．

实验室中常用分解过氧化氢来简便快速的制备氧气，化学小组进一步探究外界条件对过氧化氢分解速率的影响，并进行了氧气的性质实验。
[查阅资料]有些水果、蔬菜对过氧化氢的分解有催化作用。
[实验探究1]探究苹果和土豆对过氧化氢分解是否有催化作用及催化效果：
各量取6ml的过氧化氢溶液，分别倒入1、2、3号三志试管中，取大小、形状基本相同的苹果块和土豆块，分别放入2、3号试管中，并把带火星的木条分别同时伸入三支试管口内，观察现象并记录如下：

试管编号	1	2	3
材料名称	无	苹果	土豆
实验现象	反应速率	很慢	稍快	较快
产生气泡	很少	比1中多	较多
复燃情况	不复燃	复燃	很快复燃
实验结论

[实验探究2]探究浓度对过氧化氢分解速率的影响：
取10ml30%的过氧化氢三份，将其中两份分别稀释为不同浓度的溶液，同时测定收集到100ml氧气所用的时间，（其它实验条件均相同）记录如下：

实验编号	1	2	3
过氧化氢溶液浓度	5%	15%	30%
所用时间（秒）	205	25	3
实验结论

[实验条件3]用上述收集的仪器与不同位置进行反应，其中有一固体能在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味的气体，该反应的化学方程式为：。