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專項(xiàng)突破(二) 科學(xué)探究之氧氣的制取和性質(zhì) 1．研究和控制化學(xué)反應(yīng)條件有重要意義。 (1)同學(xué)們想探究過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng)速率的影響。在其他條件相同的情況下進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，記錄各收集一瓶相同體積氧氣所需要的時(shí)間。 實(shí)驗(yàn) 30%過氧化 氫的質(zhì)量/g 加入的水 的體積/mL 二氧化錳 質(zhì)量/g 收集 時(shí)間/s 1 10 40 5 200 2 20 30 5 100 3 30 20 67 ①取用二氧化錳的儀器是________(填序號(hào))。 圖Z2－1 ②寫出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________。 ③實(shí)驗(yàn)3中，加入的二氧化錳質(zhì)量為________g。 ④相同條件下，實(shí)驗(yàn)3產(chǎn)生氧氣的速率最快，說明__________________________________________。 圖Z2－2 (2)同學(xué)們通過查閱資料得知，過氧化氫在70 ℃以上會(huì)較快分解產(chǎn)生氧氣。為了驗(yàn)證加熱過氧化氫溶液也可以產(chǎn)生氧氣，同學(xué)們選擇圖Z2－2所示裝置(氣密性良好)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中觀察到試管內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，但將帶火星的木條放在導(dǎo)管口，木條沒有復(fù)燃，可能的原因是__________________________，同學(xué)們分析原因后，采用了____________法收集氣體，再檢驗(yàn)，證明加熱過氧化氫溶液也可產(chǎn)生氧氣。 2．研究性學(xué)習(xí)小組選擇“H2O2生成O2的快慢與什么因素有關(guān)”的課題進(jìn)行探究，以下是同學(xué)們探究的主要過程： [假設(shè)] H2O2生成O2的快慢與催化劑種類有關(guān)。 [實(shí)驗(yàn)方案] 常溫下，在兩瓶同質(zhì)量、同濃度的H2O2溶液中，分別加入相同質(zhì)量的MnO2和水泥塊，測(cè)量各生成一集氣瓶(相同體積)O2所需的時(shí)間。 (1)[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)] 圖Z2－3是同學(xué)們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的裝置圖，氣體發(fā)生裝置中A儀器名稱是________，此實(shí)驗(yàn)中B處宜采用的氣體收集方法是____________________。 圖Z2－3 [實(shí)驗(yàn)記錄] 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 1 2 反應(yīng)物 5%H2O2 5%H2O2 催化劑 1 g水泥塊 1 g MnO2 時(shí)間 165 s 46 s (2)[結(jié)論] 該探究過程得出的結(jié)論是__________________________________________________________。 (3)[反思] H2O2在常溫下分解緩慢，加入MnO2或水泥塊后反應(yīng)明顯加快，若要證明MnO2和水泥塊是該反應(yīng)的催化劑，還需要增加實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證它們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)前后的__________________是否改變。 (4)H2O2生成O2的快慢與哪些因素有關(guān)？請(qǐng)你幫助他們繼續(xù)探究。(只要求提出一種影響因素以及相關(guān)假設(shè)和實(shí)驗(yàn)方案即可) [假設(shè)] ___________________________________________________。 [實(shí)驗(yàn)方案] _______________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________。 3．小峰和小剛閱讀試劑標(biāo)簽后發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)銷售的高錳酸鉀晶體純度高達(dá)99.5%，含水量可以忽略不計(jì)。為探究“試管放置方式對(duì)高錳酸鉀制取氧氣速度和體積的影響”，他倆設(shè)計(jì)了制取氧氣的直立型裝置(如圖Z2－4)，并與斜臥型裝置比較，在氣密性良好的裝置中分別加入5.0克高錳酸鉀晶體，用同一酒精燈分別加熱，用同一型號(hào)的集氣瓶收集氣體，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行五次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值后記錄如下表： 圖Z2－4 裝置類型 直立型 斜臥型 收集1瓶氧氣所需時(shí)間/秒 59 68 收集2瓶氧氣所需時(shí)間/秒 95 108 收集氧氣的總體積/毫升 525 476 (1)收集2瓶氧氣，所需時(shí)間較短的裝置類型是__________。 (2)等質(zhì)量的高錳酸鉀加熱到不再產(chǎn)生氣體，斜臥型裝置收集到氧氣的總體積比直立型少的原因是_____________。 (3)根據(jù)2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑，算出5.0克高錳酸鉀生成的氧氣體積為理論值，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)斜臥型發(fā)生裝置收集到的氧氣體積明顯大于理論值，他們對(duì)其原因進(jìn)行了探究。 [提出假設(shè)] 小峰假設(shè)：反應(yīng)生成的二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣； 你的假設(shè)：__________________________________________________________________。 [設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)] 要驗(yàn)證小峰的假設(shè)能否成立，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)簡(jiǎn)明的實(shí)驗(yàn)方案___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 4．[xx豐臺(tái)期末] 興趣小組對(duì)測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了回顧和探究。 [實(shí)驗(yàn)回顧] (1)實(shí)驗(yàn)室常用紅磷燃燒的方法測(cè)定空氣中氧氣的含量，寫出紅磷燃燒的化學(xué)方程式__________________________。 (2)興趣小組用該方法測(cè)出的氧氣含量常常低于，可能的原因是①裝置漏氣；②____________，裝置內(nèi)氧氣有剩余…… (3)在老師的指導(dǎo)下，興趣小組用正確的方法進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，并用氧氣濃度傳感器測(cè)得反應(yīng)后裝置內(nèi)氧氣濃度為5.85%。 [實(shí)驗(yàn)探究1] 小明根據(jù)鐵生銹的原理，探究用鐵能否準(zhǔn)確測(cè)定空氣中氧氣的含量。于是進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)(裝置如圖 Z2－5)。通過7天測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出空氣中氧氣的含量為19.13%。 圖Z2－5 [交流與反思] 與用紅磷燃燒的方法相比，用鐵絲生銹的方法測(cè)定的主要優(yōu)點(diǎn)是____________________________。 [實(shí)驗(yàn)探究2] 為了加快反應(yīng)速率，小明通過查閱資料，利用鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質(zhì)又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)(裝置如圖 Z2－6)，8分鐘后測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表： 圖Z2－6 實(shí)驗(yàn)前的體積 實(shí)驗(yàn)后的體積 集氣瓶?jī)?nèi)空氣 燒杯內(nèi)蒸餾水 燒杯內(nèi)剩余蒸餾水 131.0 mL 90.0 mL 63.6 mL 請(qǐng)寫出利用上述數(shù)據(jù)計(jì)算空氣中氧氣含量的計(jì)算式________________________。 [結(jié)論與反思] 通過上述實(shí)驗(yàn)探究，選擇________________________________(填物質(zhì)名稱)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可較為快速地完成實(shí)驗(yàn)并減小實(shí)驗(yàn)誤差。 [拓展延伸] 銅也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應(yīng)而銹蝕，生成銅綠[化學(xué)方程式為2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3]。若將實(shí)驗(yàn)探究1裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)判斷能否比較準(zhǔn)確地測(cè)定空氣中氧氣的含量，并說明理由______________________________________________________________________________。 參考答案 1．(1)①B?、?H2O22H2O＋O2↑?、?　 ④相同條件下，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快 (2)氧氣中混有較多的水蒸氣　排水集氣 2．(1)錐形瓶　排水集氣法 (2)相同條件下，H2O2生成O2的快慢與催化劑的種類有關(guān)　(3)質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì) (4)H2O2生成O2的快慢與溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)(合理即可)　常溫下，取2瓶質(zhì)量相等，溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的H2O2溶液，分別加入質(zhì)量相等的同種催化劑，測(cè)量收集一集氣瓶氣體(相同體積)所需的時(shí)間 [解析] 采用排水集氣法而非向上排空氣法的原因是易于觀察收集氣體的進(jìn)程，方便記錄時(shí)間。 3．(1)直立型 (2)斜臥型裝置中，加熱時(shí)，高錳酸鉀粉末隨氣流帶到試管口附近的(或試管口的棉花團(tuán)上的)比直立型試管中多，即沒有分解的高錳酸鉀粉末較多 (3)反應(yīng)中生成的錳酸鉀在較高溫度下受熱分解放出氧氣(或反應(yīng)中生成的錳酸鉀和二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣)　取一定量的二氧化錳置于試管中，加熱一段時(shí)間后，冷卻，稱量剩余藥品的質(zhì)量，若質(zhì)量減少，則小峰的假設(shè)成立，反之不成立(或取一定量的二氧化錳置于試管中，加熱一段時(shí)間后，把帶火星的木條伸入試管，若木條復(fù)燃，說明小峰假設(shè)成立，反之不成立) [解析] (2)高錳酸鉀粉末受熱易飛濺，斜臥型裝置中，隨氣流被帶到試管口附近或試管口的棉花上的高錳酸鉀比直立型裝置中的多，則這部分高錳酸鉀不能分解產(chǎn)生氧氣，所以斜臥型裝置中收集到的氣體總體積多于直立型裝置。(3)因?yàn)榉磻?yīng)中生成二氧化錳、錳酸鉀和氧氣，錳酸鉀中含有氧元素，所以可能是錳酸鉀在較高溫度下受熱分解放出氧氣，也可能是錳酸鉀和二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣。要驗(yàn)證小峰的假設(shè)是否成立，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，稱取一定量的二氧化錳于試管中，加熱一段時(shí)間后，冷卻，稱量剩余藥品的質(zhì)量，若質(zhì)量不變，則小峰猜想成立，反之不成立；或稱取一定量的二氧化錳于試管中，加熱一段時(shí)間，把帶火星的木條伸入試管中，若木條復(fù)燃，證明小峰假設(shè)成立，若木條不復(fù)燃，則小峰假設(shè)不成立。 4．[實(shí)驗(yàn)回顧] (1)4P＋5O22P2O5　 (2)紅磷量不足 [交流與反思] 更充分消耗氧氣(合理即可) [實(shí)驗(yàn)探究2] 100% [結(jié)論與反思] 鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質(zhì)的混合物 [拓展延伸] 不能；空氣中CO2的含量只有約0.03%，銅無法完全消耗氧氣