Question

7．某化學興趣小組同學用實驗室存放近一年的溶質質量分數為30%H₂O₂溶液（如圖一），進行如下實驗：
（1）小亮從瓶中取出50mL溶液，稀釋成10%的H₂O₂溶液待用，理論上他需要加水120mL．
（2）小麗同學用上述稀釋后的H₂O₂溶液和圖二裝置探究不同物質對H₂O₂的催化效果是否相同．實驗中她看到左側試管比右側試管中產生氣泡的速率快，此外還觀察到左邊試管內玻璃管中的紅墨水水柱向上移動得快，說明MnO₂對此反應的催化效果比水泥好．請判斷該實驗設計是否合理并說明理由：不合理，因為所用二氧化錳和水泥塊的形狀（或顆粒大�。┎煌�．
 
（3）小杰同學用圖三裝置測定上述稀釋后的H₂O₂溶液的溶質質量分數是否為10%，反應前他在分液漏斗中加入50g稀釋后的H₂O₂溶液，在干燥管中加入足量無水氯化鈣，并在廣口瓶中加入適量MnO₂樣品，共稱得裝置和藥品的總質量力564.57g．打開分液漏斗活塞，使H₂O₂溶液全部流入瓶中，迅速關緊活塞，待反應結束后，稱得裝置及其內所有物質的總質量為562.97g．
①請計算上述稀釋后的H₂O₂溶液的溶質質量分數與10%是否相符？與稀釋后的溶液濃度不符合（請寫出具體計算過程）②若不符合，其可能的原因是有少量生成的氧氣滯留在廣口瓶中（或原來30%的過氧化氫溶液中有部分H₂O₂已經分解，造成濃度降低或其他合理答案）．（注：若符合，此問不作答）

Answer 1

分析 （1）根據溶液稀釋過程中溶質的質量不變進行計算；
（2）探究催化效果要控制變量，除了研究要素以外，其余要素要保持基本一致；
（3）根據質量守恒定律可知，過程中質量的減少是因為生成了氧氣，所以可以求算氧氣的質量，根據氧氣的質量和對應的化學方程式求算過氧化氫的質量，進而求算對應的質量分數．

解答 解：（1）設加入水的質量為x（溶液密度為1.2g/cm³也就是1.2g/mL）
由于稀釋過程中溶質的質量不變，
50mL×1.2g/mL×30%=（50mL×1.2g/mL+x）×10%
x=120g折合體積為120mL．
（2）小麗同學用上述稀釋后的H₂O₂溶液和圖二裝置探究不同物質對H₂O₂的催化效果是否相同．設計意圖是借助生成氧氣的速度判斷催化劑的效果，所以她關注氣泡的生成速度或者是單位時間內紅色墨水的上移的速度．實驗中她看到左側試管比右側試管中產生氣泡的速率快，此外還觀察到 左邊試管內玻璃管中的紅墨水水柱向上移動得快，說明MnO₂對此反應的催化效果比水泥好．由于對比實驗中要控制除探究要素之外的要素保持一致，本實驗是探究不同物質的催化效果，所以除了物質品種不同以外，物質的顆粒大小或者形狀等應該幾乎完全相同，而不能有明顯的差異．現在題目所用物質一個是粉末一個是塊狀的，所以該實驗設計不合理．
（3）
根據質量守恒定律可得，氧氣的質量=564.57g-562.97g=1.6g
設50g 過氧化氫溶液中含有 H₂O₂的質量為x
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
68                            32
x                              1.6g
$\frac{68}{32}$=$\frac{x}{1.6g}$
x=3.4g
所用過氧化氫溶液中過氧化氫的質量分數為$\frac{3.4g}{50g}$×100%=6.8%＜10%
與稀釋后的溶液濃度不符合
不符合原因一方面是現有實驗本身有關，如有少量生成的氧氣滯留在廣口瓶中，另外還可能是過氧化氫久置所致導致部分的過氧化氫分解．
故答案為：
（1）120；
（2）左邊試管內玻璃管中的紅墨水水柱向上移動得快；不合理，因為所用二氧化錳和水泥塊的形狀（或顆粒大小）不同；
（3）①不符合；
②有少量生成的氧氣滯留在廣口瓶中（或原來 30%的過氧化氫溶液中有部分 H₂O₂ 已經分解，造成濃度降低或其他合理答案）

點評 根據化學方程式計算時，第一要正確書寫化學方程式，第二要使用正確的數據，第三計算過程要完整．