Question

1．某校化學興趣小組的同學利用如圖所示裝置進行實驗．
【實驗目的】（1）用高猛酸鉀制取一瓶氧氣，做細鐵絲燃燒的實驗．
（2）粗略測定加熱2g高錳酸鉀所收集到的氧氣體積．
【反應原理】（用文字表達式或符號表達式表示）
（1）用高錳酸鉀制氧氣：高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣或2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）細鐵絲在氧氣中燃燒：鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵或3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
【裝置連接】為達到實驗目的（2），各裝置的正確連順序是a→c→b→d（填字母）．
【問題分析】
（1）實驗過程中發現B瓶中的水變紅了，原因是：試管口沒有放一團棉花．
（2）本實驗中，試管口要比試管底略低的原因是防止冷凝水倒流到試管底部炸裂瓶底
（3）用收集到的氧氣做細鐵絲的燃燒實驗時，發現瓶底炸裂，發生失誤的操作原因可能是：沒有在集氣瓶的底部加少量水或鋪上一層細沙．
【問題分析】實驗結束時，乙同學發現收集到的O₂大于理論產量，針對這一現象，同學們進行了如下探究：
【提出猜想】
猜想Ⅰ：反應生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反應生成的K₂MnO₄分解放出O₂．
【實驗驗證】同學們分為兩組，分別進行以下實驗：
①第一組同學取一定質量的MnO₂，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質量不變．則猜想I錯誤．
②第二組同學取錳酸鉀在250℃條件下加熱，沒有用測定質量的方法得出了猜想Ⅱ正確的結論．該組同學選擇的實驗方法是把帶火星的木條伸入試管，帶火星的木條復燃．
拓展延伸
①實驗發現，K₂MnO₄受熱只能部分分解，經分析可能是生成物K₂O對其分解產生影響．請設計實驗方案驗證：取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規格的集氣瓶，用排水法收集一瓶氣體，收集一瓶氧氣所用的時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系．
②[實驗反思]通過以上實驗探究，你對“問題的發現與解決”有何認識？必須通過認真分析，用實驗來加以證明．

Answer 1

分析 反應原理：（1）高錳酸鉀制氧氣：知其反應物為高錳酸鉀，生成物為錳酸鉀、二氧化錳、氧氣，反應條件為點燃，故可書寫文字表達式；（2）細鐵絲在氧氣中燃燒：知其反應物為鐵和氧氣，生成物為四氧化三鐵，反應條件為點燃，故可書寫文字表達式；
裝置連接：
為達到實驗目的粗略測定加熱2g高錳酸鉀所收集到的氧氣體積，則各裝置的正確連接順序是a→c→b→d；
問題分析：
由圖知：（1）裝置A試管口缺少一團棉花，會導致KMnO₄進入導管，進入B瓶，使水變紅（KMnO₄溶液的顏色）．
（2）試管口要比試管底略低的原因是防止冷凝水倒流到試管底部炸裂瓶底；
（3）可以根據鐵絲在氧氣中燃燒的實驗方面進行分析、判斷，從而得出正確的結論．
【實驗驗證】根據高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣進行分析；
①根據題中的實驗現象進行解答；
②根據質量守恒定律，進行分析；
【拓展延伸】根據驗證K₂MnO₄受熱只能部分分解，可能是生成物氧化鉀（K₂O）對其分解產生影響，可以設計對照實驗，即取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀，用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規格的集氣瓶，用排水法收集一瓶氣體，收集一瓶氧氣所用的時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系進行分析；
【實驗反思】總結實驗的分析和解決過程，然后了解到需認真分析，并根據科學的方法去驗證．

解答 解：
反應原理：（1）高錳酸鉀制氧氣：知其反應物為高錳酸鉀，生成物為錳酸鉀、二氧化錳、氧氣，反應條件為點燃，
故該反應的文字表達式是高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣；反應的方程式為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）細鐵絲在氧氣中燃燒：知其反應物為鐵和氧氣，生成物為四氧化三鐵，反應條件為點燃，故該反應的文字表達式是鐵+氧氣 $\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵；反應的方程式為：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
裝置連接：
為達到實驗目的粗略測定加熱2g高錳酸鉀所收集到的氧氣體積，則各裝置的正確連接順序是a→c→b→d；
問題分析：
（1）用高錳酸鉀制取一瓶氧氣，實驗過程發現B瓶中水變紅了，原因是：試管口沒有放一團棉花，導致高錳酸鉀粉末進入水中；
（2）試管口要比試管底略低的原因是防止冷凝水倒流到試管底部炸裂瓶底；
（3）鐵和氧氣反應生成的四氧化三鐵，溫度很高，若直接和集氣瓶底部直接接觸，會導致集氣瓶底部驟熱而炸裂，則應事先在集氣瓶中加入少量水或鋪上一層細沙．
【實驗驗證】
探究二中，做出上述猜想的理由是：MnO₂和錳酸鉀（K₂MnO₄）兩種物質中都含有氧元素；①第一組同學取一定質量的MnO₂，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質量不變．則猜想I是錯誤的；
證明猜想Ⅱ正確的方法是：取錳酸鉀在250℃條件下加熱，用一根帶火星的木條伸入試管中，木條復燃，證明放出了氧氣，因此猜想Ⅱ正確；
【拓展延伸】要想驗證K₂MnO₄受熱只能部分分解，可能是生成物氧化鉀（K₂O）對其分解產生影響，可以設計對照實驗，即取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀，用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規格的集氣瓶，用排水法收集一瓶氣體，收集一瓶氧氣所用的時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系；
【實驗反思】通過以上實驗探究，對“問題的發現與解決”的認識是：必須通過認真分析，用實驗來加以證明．
故答案為：
反應原理：（1）高錳酸鉀$\stackrel{加熱}{→}$錳酸鉀+二氧化錳+氧氣或2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；（2）鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵或3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
裝置連接：c→b；
問題分析：（1）試管口沒有放一團棉花；（2）防止冷凝水倒流到試管底部炸裂瓶底；（3）沒有在集氣瓶的底部加少量水或鋪上一層細沙．
【實驗驗證】I，把帶火星的木條伸入試管，帶火星的木條復燃；
【拓展延伸】取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規格的集氣瓶，用排水法收集一瓶氣體，收集一瓶氧氣所用的時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系；
【實驗反思】必須通過認真分析，用實驗來加以證明．

點評 本題考查制取氧氣的裝置和氧氣的性質實驗，學生應學會利用物質的性質來分析實驗中的意外事故，注意物質的顏色、反應的放熱等來解答．