Question

17．某實驗小組以H₂O₂分解為例，研究濃度、催化劑、溶液酸堿性對反應速率的影響．在常溫下按照如下方案完成實驗．

	分組實驗	催化劑
①	10mL 5% H2O2溶液	無
②	10mL 2% H2O2溶液	無
③	10mL 5% H2O2溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液
④	10mL 5%H2O2溶液+少量HCl溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液
⑤	10mL 5% H2O2溶液+少量NaOH溶液	1mL 0.1mol•L-1FeCl3溶液

（1）寫出實驗③中H₂O₂分解反應方程式并標明電子轉移的方向和數目：．
（2）實驗①和②的目的是探究反應物濃度對反應速率的影響．
實驗時由于沒有觀察到明顯現象而無法得出結論．資料顯示，通常條件下H₂O₂穩定，不易分解．為了達到實驗目的，你對原實驗方案的改進是向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中）．
（3）實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關系如圖1．分析上圖能夠得出的實驗結論：堿性環境能增大H₂O₂分解的速率；酸性環境能減小H₂O₂分解速率．
（4）將0.1g MnO₂粉末加入50mL H₂O₂溶液中，在標準狀況下放出氣體的體積和時間的關系如圖2所示．解釋反應速率變化的原因：隨著反應的進行，H₂O₂的濃度減小，反應速率減慢，計算H₂O₂的初始物質的量濃度為0.11mol/L．（保留兩位有效數字，在標準狀況下測定）

Answer 1

分析 （1）實驗③中雙氧水在氯化鐵作催化劑分解生成水和氧氣，據此寫出H₂O₂分解反應方程式并根據化合價變化標明電子轉移的方向和數目；
（2）實驗①和②的濃度不同；為了便于比較，應在相同的條件下利用一個變量來比較；
（3）由圖可知，⑤的反應速率最大，④的反應速率最小，以此來解答；
（4）根據隨著反應的進行H₂O₂的濃度變化判斷反應速率變化的原因；由圖可知，過氧化氫分解完全生成氧氣60mL，根據n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算氧氣的物質的量，進而計算過氧化氫的物質的量，再根據c=$\frac{n}{V}$計算其濃度．

解答 解：（1）實驗③中雙氧水分解的方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，反應中雙氧水既是氧化劑也是還原劑，雙氧水中氧元素化合價為-1價，變成氧氣失去2個電子，生成水得到2個電子，用雙線橋標明電子轉移的方向和數目為：，
故答案為：；
（2）實驗①和②的濃度不同，則該實驗的目的為探究濃度對化學反應速率的影響；為了便于比較，應在相同的條件下利用一個變量來比較，
則向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中），
故答案為：探究反應物濃度對反應速率的影響；向反應物中加入等量同種催化劑（或將盛有反應物的試管放在同一熱水浴中）；
（3）由圖可知，⑤的反應速率最大，④的反應速率最小，結合實驗方案可知，堿性環境能增大H₂O₂分解的速率，酸性環境能減小H₂O₂分解的速率，
故答案為：堿性；酸性；
（4）反應速率變化的原因為：隨著反應的進行，H₂O₂的濃度減小，反應速率減慢；
由圖可知，過氧化氫分解完全生成氧氣60mL，氧氣的物質的量為：$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$=$\frac{3}{1120}$mol，由反應2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，可知過氧化氫的物質的量為：$\frac{3}{1120}$mol×2=$\frac{3}{560}$mol，故過氧化氫濃度為：$\frac{\frac{3}{560}mol}{0.05L}$=0.11mol/L，
故答案為：隨著反應的進行，H₂O₂ 的濃度減小，反應速率減慢；0.11mol/L．

點評 本題考查影響化學反應速率的因素，題目難度中等，較好的考查學生實驗設計、數據處理、圖象分析的綜合能力，注意熟練掌握影響化學反應速率的因素．