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_______________________。

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

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：。

常温下没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体。小明很好奇，设计如下实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物。

（1）试管尾部放一团湿棉花的目的是_______________。
（2）探究生成的气体是什么？
用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中。说明生成的气体是______________。
（3）探究试管中剩余固体成分是什么？
【查阅资料】

常见铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
颜色、状态	黑色粉末	红棕色粉末	黑色晶体
能否被磁铁吸引	否	否	能

【初步验证】试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引。
【猜想与假设】猜想一：剩余固体是Fe与Fe₃O₄；猜想二：剩余固体是_____________
【实验探究】

实验操作	实验现象及结论

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为_________________________________。
【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe₂O₃，理由是___________________________。

某校化学兴趣小组将用剩的过氧化氢溶液倒入放有生锈铁钉的废液缸中，发现产生了大量的气泡，经检验此气体为氧气。根据学过的知识初步判断，是生锈铁钉中的某种物质加快了过氧化氢的分解，那么究竟是哪种物质加快了过氧化氢的分解速率？请你参与他们的研究，分享和体验探究实验的快乐。
【猜想与假设】
甲同学：铁钉表面的氧化铁加快了H₂O₂的溶液分解。
乙同学：铁钉里的          加快了H₂O₂的溶液分解。
【设计方案和实验】完成下列表格

实验方案	实验现象	结论
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 氧化铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象。		甲同学结论成立。
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入         粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象。	无现象	乙同学结论      。 （填“成立”或“不成立”）

【讨论交流】丙同学认为“方案一”只能说明Fe₂O₃加快了H₂O₂溶液的分解，并不能说Fe₂O₃就一定是催化剂。你是否支持丙同学的观点？           ，如果要证明氧化铁是催化剂，就要设计一个实验来证明，这个实验的设计原理是                。
【拓展】
(1)实验证明Fe₂O₃粉末可以作为H₂O₂分解的催化剂。该反应的文字表达式            
(2)下表是丙同学探究影响H₂O₂分解速率时所记录的部分数据，通过对数据分析，你能得出什么结论？                                                                  。
用足量等体积H₂O₂溶液制取相同体积O₂所需的时间：

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/℃	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     （填两个实验序号）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                      。（填实验序号）

课堂上同学们利用甲图所示装置做过氧化氢制氧气的实验时，用带火星的木条检验氧气，带火星的木条很难复燃。于是老师将甲装置进行了改进，如乙图，带火星的木条较易复燃。（图中的铁架台均已略去）请回答：

（1）写出实验室用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的文字表达式：________________
二氧化锰在反应中作   剂，其作用是             ______。
（2）分析改用乙装置后，带火星的木条较易复燃的原因：______________________。
（3）老师又设计了另一个改进的丙装置，带火星的木条也易复燃。根据（2）推测的原因，分析浓硫酸的作用：                      。
（4）你还能写出实验室用到二氧化锰制取氧气的文字表达式吗？_____________。

小丽同学欲通过实验证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”这一命题。她
设计并完成了下表所示的探究实验：

	实验操作	实验现象	实验结论或总结
结论	总结
实验一	取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星的木条	有气泡产生，木条不复燃	过氧化氢分解产生氧气，但是                   。 反应的化学方程式为：                       。	二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
实验二	向盛水的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条	没有明显现象
实验三			二氧化锰能加快过氧化氢的分解

（1）请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格。
（2）在小丽的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是        。
（3）小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她补充设计了两个方面的探究实验，最终完成了对“命题”的实验证明。
第一方面的实验操作中包含了两次称量，其目的是：             ；
第二方面的实验是利用“实验三”反应后试管内的剩余物继续实验。接下来的实验操作、现象和结论是：                         。

(8分)小明设计了如下图所示的实验装置来证明氧化铜也能加快过氧化氢溶液的分解，并与相同条件下MnO₂的催化效果做比较，实验时间均以生成30 mL气体为准（即比较反应的快慢程度）。

用图示装置测量产生气体的体积，其它可能影响实验因素均已忽略，相关数据如下：

实验序号	过氧化氢溶液体积	催化剂	待测数据
①	15mL	无
②	15mL	CuO（0．5g)
③	15mL	MnO2(0．5g)

（1）检查图(Ⅰ)装置气密性的方法是：                  ；
实验②操作时图(Ⅰ)装置中加入药品和试剂的先后顺序是，               (用化学式填写)；
（2）图(Ⅱ)装置中油层的作用是阻止氧气与水的接触，防止氧气               。
(3）从设计原理看，实验中的“待测数据”是指                        。
（4）如果要进一步探究CuO是否是该反应的催化剂，根据催化剂的定义，请完成下列实验。

实验步骤和现象	设计这一步骤的目的
（1）取15mL过氧化氢溶液，加入0．5g CuO后,产生O2的速率比未加入时快得多	CuO能加快过氧化氢溶液的分解

 

(11分)实验室常利用以下装置完成气体制备及性质实验．请回答：

（1）指出编号仪器的名称：①         ，②         ．
（2）以上A装置有一处明显的错误，请加以改正         ．利用改正后的装置继续完成后面的实验．
（3）欲使用高锰酸钾制取氧气，应选择的A装置，反应原理用文字表达式表示为             ；为防止高锰酸钾粉末进入导管，应采取的措施是                ．
（4）将CO₂和CO的混合气体通过F装置（液体药品均足量），实验开始时关闭活塞b，打开活塞a，广口瓶中观察到的现象石灰水_________，此时从导管c逸出的气体主要是一氧化碳．一段时间后，再关闭活塞a，打开活塞b，将分液漏斗中的稀盐酸滴入广口瓶中，此时逸出的气体主要是    ，反应原理用文字表达式表示为          ，欲收集该气体，应选择的装置是       （填字母）．
（5）为了证明人体新陈代谢过程中有CO₂气体产生，某校兴趣小组的学生设计了如图所示实验装置进行实验（实验室只用嘴吸气和呼气）．

请回答：
①图中瓶Ⅱ的作用是                       ．
②实验中若猛吸猛呼，会造成不安全后果．猛吸时会使装置Ⅰ中的溶液进入口腔，猛呼时会使装置Ⅱ                   ．

（共20分）工业上常用分离液态空气法制取氧气，实验室常用物质分解的方法制氧气。某校化学兴趣小组的同学根据实验室提供的仪器和药品，在老师的指导下从下图中选择装置进行了氧气的制备实验。

（1）工业制氧气是      （填“物理”或“化学”）变化，仪器a的名称是：    。
（2）甲同学从上图中选择B、E装置的组合制取氧气，反应的符号表达为：                 。反应类型为（            ）收集氧气还可选用的装置是    。
（3）若用装置B制氧气，反应通常很剧烈，据此提出实验安全注意事项是
A．更换部分仪器，控制液体的加入速度
B．用体积小的广口瓶
C．加热反应物
D．减小过氧化氢浓度
（4）氨气极易溶于水，且密度比空气小，实验室常用加热固体硫酸铵和固体熟石灰的混合物来制取氨气，应选用上图   作发生装置，收集氨气最好用上图    装置。
（5）乙同学称取一定质量的KMnO₄固体放入大试管中，将温度控制在250℃加热制取O₂．实验结束时，乙同学发现收集到的O₂大于理论产量．针对这一现象，同学们进行了如下探究：
【提出猜想】猜想Ⅰ：反应生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反应生成的K₂MnO₄分解放出O₂；
猜想Ⅲ：反应生成的K₂MnO₄和MnO₂分解放出O₂．
【实验验证】同学们分成两组，分别进行下列实验：第一组同学取一定质量的MnO₂，在250℃条件下加热一段时间，冷却后测得MnO₂的质量不变，则猜测    错误；第二组同学取K₂MnO₄在250℃条件下加热，没有用测定质量的方法得出了猜想Ⅱ正确的结论．该组同学选择的实验方法是                             。
（6）丙同学阅读课外资料得知：双氧水分解除了用二氧化锰还可用氧化铜等物质作催化剂，于是他对氧化铜产生了探究兴趣，请你一起参与实验探究，并填写下列空白：。
【提出问题】氧化铜是否也能作氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果更好？
【设计实验】丙同学以生成等体积的氧气为标准，设计了下列三组实验（其它可能影响实验的因素均忽略）。

(Ⅰ)上述实验应测量的“待测数据”是              。
(Ⅱ)若实验②比实验①的“待测数据”更    (填“大”或“小”)，说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率。
(Ⅲ)将实验②反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，若测量得到0.5g氧化铜（ CuO ）粉末，再将黑色粉末放入试管中，                                                 。(简述操作和现象)
【预期结论】氧化铜还能作氯酸钾分解的催化剂。
【评价设计】你认为丙同学设计实验③和实验②对比的目的是                             。