Question

6．人教版標準試驗用書《化學》九年級上冊“分解過氧化氫制取氧氣的反應中二氧化錳的催化作用”，以及“尋找新的催化劑”研究性實驗，引起了化學探究小組的興趣．
【提出問題】氧化鐵能否作過氧化氫溶液分解的催化劑？如果能，其催化效果如何？
【實驗探究】

實驗步驟	實驗現象
Ⅰ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入A、B兩支試管中，向A試管中加入a　g氧化鐵粉末，并分別在A、B兩支試管中伸入帶火星木條，觀察現象．	A試管中產生氣泡，帶火星木條復燃，B試管中無明顯現象
Ⅱ．待A試管中沒有現象發生時，重新加入5mL5%的過氧化氫溶液，并①把帶火星的木條伸入試管，如此反復多次實驗，觀察現象．	試管中均產生大量氣泡，帶火星的木條均復燃
Ⅲ．將實驗Ⅱ中的剩余物小心過濾，并將所得的不溶性固體進行洗滌、②干燥、稱量，所得固體質量仍為ag．
Ⅳ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入C、D兩支試管中，向C試管中加入ag氧化鐵粉末，向D試管中加入ag二氧化錳粉末，測量各生成一瓶（相同體積）的氧氣所需要的時間．

【實驗結論】
（1）完成表中的填空：
（2）實驗Ⅱ、Ⅲ分別證明：氧化鐵的質量和化學性質在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑．
（3）寫出氧化鐵催化過氧化氫分解的化學方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;氧化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
【實驗評價】
（4）設計實驗Ⅳ的目的是氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
（5）實驗IV的相關數據如下表所示：

實驗編號	C	D
反應物	5%過氧化氫	5%過氧化氫
催化劑	ag氧化鐵	ag二氧化錳
時間	96s	35s

由此你可以得到的結論是二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑．
[實驗拓展]
（6）催化劑的哪些因素會對過氧化氫溶液的分解速率產生影響？請你幫助他們繼續研究．（只要求提出假設和實驗方案）

Answer 1

分析 【實驗結論】（1）根據氧氣具有助燃性，能使帶火星木條復燃進行解答；
（2）根據實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質量和化學性質在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑進行解答；
（3）根據氧化鐵催化過氧化氫分解生成水和氧氣進行解答；
【實驗評價】（4）根據二氧化錳也能做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑進行解答；
（5）根據若實驗Ⅳ觀察到D試管中產生氣泡的速率更快，分析適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑的物質；
【實驗拓展】（6）可以根據題目的實驗要求提出實驗假設，根據實驗意圖設計合理的實驗方案．

解答 解：【實驗結論】
（1）根據題意，實驗過程如下：

實驗步驟	實驗現象
Ⅰ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入A、B兩支試管中，向A試管中加入a　g氧化鐵粉末，并分別在A、B兩支試管中伸入帶火星木條，觀察現象．	A試管中產生氣泡，帶火星木條復燃，B試管中無明顯現象
Ⅱ．待A試管中沒有現象發生時，重新加入5mL5%的過氧化氫溶液，并①把帶火星的木條伸入試管，如此反復多次實驗，觀察現象．	試管中均產生大量氣泡，帶火星的木條均復燃
Ⅲ．將實驗Ⅱ中的剩余物小心過濾，并將所得的不溶性固體進行洗滌、②干燥、稱量，所得固體質量仍為ag．
Ⅳ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入C、D兩支試管中，向C試管中加入ag氧化鐵粉末，向D試管中加入ag二氧化錳粉末，測量各生成一瓶（相同體積）的氧氣所需要的時間．

【實驗結論】
（2）實驗Ⅱ、Ⅲ證明：氧化鐵的質量和化學性質在反應前后均沒有發生變化，可以作過氧化氫分解的催化劑；故填：質量；化學性質；
（3）氧化鐵催化過氧化氫分解生成水和氧氣，化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;氧化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【實驗評價】（4）二氧化錳也能做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑，所以設計實驗Ⅳ的目的是氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
（5）若實驗Ⅳ觀察到D試管中產生氣泡的速率更快，由此你可以得到的結論是二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
【實驗拓展】
（6）實驗方案：同溫下取2份質量相等，質量分數不同的H₂O₂溶液，分別加入質量相等的同種催化劑，測量收集一試管氣體所需的時間．結果質量分數大的過氧化氫溶液生成的氧氣快，先收集滿．
故答案為：
【實驗結論】
（1）

實驗步驟	實驗現象
Ⅰ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入A、B兩支試管中，向A試管中加入a　g氧化鐵粉末，并分別在A、B兩支試管中伸入帶火星木條，觀察現象．	A試管中產生氣泡，帶火星木條復燃，B試管中無明顯現象
Ⅱ．待A試管中沒有現象發生時，重新加入5mL5%的過氧化氫溶液，并①把帶火星的木條伸入試管，如此反復多次實驗，觀察現象．	試管中均產生大量氣泡，帶火星的木條均復燃
Ⅲ．將實驗Ⅱ中的剩余物小心過濾，并將所得的不溶性固體進行洗滌、②干燥、稱量，所得固體質量仍為ag．
Ⅳ．分別量取5mL5%過氧化氫溶液放入C、D兩支試管中，向C試管中加入ag氧化鐵粉末，向D試管中加入ag二氧化錳粉末，測量各生成一瓶（相同體積）的氧氣所需要的時間．

（2）質量，化學性質；
（3）2H₂O₂$\frac{\underline{\;氧化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
【實驗評價】
（4）氧化鐵與二氧化錳哪一個更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
（5）二氧化錳更適合做過氧化氫分解生成氧氣的催化劑；
【實驗拓展】（6）實驗方案：同溫下取2份質量相等，質量分數不同的H₂O₂溶液，分別加入質量相等的同種催化劑，測量收集一試管氣體所需的時間．結果質量分數大的過氧化氫溶液生成的氧氣快，先收集滿．

點評 此題考查了催化劑的特點與催化作用，以及實驗室中制取氧氣的反應原理來解答此題，鍛煉了學生分析問題解決問題能力．