Question

9．實驗室中，常采用分解過氧化氫溶液（二氧化錳作催化劑）或加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣．
（1）寫出用上述兩種方法分別制取氧氣的化學反應方程式：
2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）用過氧化氫分解制取氧氣的裝置如圖所示：圖中收集氧氣的方法叫做向上排空氣法．可用此方法收集氧氣的原因是氧氣的密度比空氣大．
（3）用該方法收集氧氣時，檢驗集氣瓶中氧氣是否集滿的方法是C．
A．把點燃的木條伸入瓶內  
B．把帶火星的木條伸人瓶內
C．把帶火星的木條放在瓶口
（4）如果錐形瓶中的反應很劇烈，應該采取的安全措施有①②．
①減慢液體滴加的速度  ②換用體積較大的錐形瓶  ③加熱錐形瓶
（5）某化學試劑公司報價：高錳酸鉀30.50元/kg，30%過氧化氫溶液21.70元/kg．請從實驗操作和生產成本兩方面考慮，用分解過氧化氫溶液方法制取氧氣更好（二氧化錳價格低、耗量少，忽略不計）．這種方法的主要優點是操作簡單安全、制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低．

Answer 1

分析 （1）用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，在生成氧氣的同時，還有錳酸鉀和二氧化錳生成；過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下生成水和氧氣去分析；
（2）根據O₂的密度比空氣密度略大去分析；
（3）由氧氣的驗滿方法去分析；
（4）過氧化氫溶液的濃度越大，反應速率越快，因此要想降低反應速率就要降低過氧化氫溶液的濃度；可換用體積較大的錐形瓶，防止由于反應速度過快，產生氣體過多導致錐形瓶爆炸；
（5）根據過氧化氫制氧氣的裝置和高錳酸鉀制取氧氣的裝置圖的比較考慮，再根據制取相同質量的氧氣需要它們的價格考慮．

解答 解：（1）用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，在生成氧氣的同時，還有錳酸鉀和二氧化錳生成，所以化學方程式為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下生成水和氧氣，二氧化錳在反應前后質量和化學性質都沒有改變，只是加快了過氧化氫反應生成氧氣的速率，故二氧化錳是催化劑，所以二氧化錳就應該作為反應條件寫在等號的上方，故化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑            2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）由于O₂的密度比空氣密度略大所以可用向上排空氣法收集；故答案為：向上排空氣法     氧氣的密度比空氣大；
（3）由于氧氣的密度比空氣大，進入集氣瓶后，沉積在集氣瓶的底部，氧氣自下而上，充滿集氣瓶，當瓶口有氧氣時，說明氧氣已收集滿，檢驗氧氣是否集滿的方法是利用氧氣的助燃性，用帶火星的木條放在集氣瓶口，如果復燃，證明集氣瓶內已充滿氧氣；故答案為：C；
（4）過氧化氫溶液的濃度越大，反應速率越快，因此要想降低反應速率就要降低過氧化氫溶液的濃度；可換用體積較大的錐形瓶，防止由于反應速度過快，產生氣體過多導致錐形瓶爆炸，故答案為：①②；
（5）由于過氧化氫分解制取氧氣不需要加熱，所以操作簡單安全；
設要制取3.2g氧氣需要高錳酸鉀質量為x，需要過氧化氫質量為y
2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑
316                  32
x                   3.2g
根據：$\frac{316}{32}=\frac{x}{3.2g}$
解得x=31.6g
需要過氧化氫質量為y，
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
68              32
y              3.2g
根據：$\frac{68}{32}=\frac{y}{3.2g}$
解得y=6.8g，所以需質量分數為30%過氧化氫溶液的質量為：$\frac{6.8g}{30%}$=22.7g；
則制取3.2g氧氣如果用高錳酸鉀需要花費31.6g×0.0305元/g=0.9638元；如果用過氧化氫溶液則花費22.7g×0.0217元/g=0.49259元；可以知道：制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低；
故答案為：操作簡單安全        制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低．

點評 題目綜合考查了氧氣的實驗室制法，特別是最后一問，根據化學反應方程式的計算的審題是非常關鍵的，一般是抓住“三找”；即一找化學反應方程式，二找已知量和未知量x，三找用到的相對質量關系，同時注意解題步驟和格式．