Question

1．催化劑在生產和科技領域起到重大作用．為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，某化學研究小組的同學分別設計了如圖甲、乙所示的實驗．請回答相關問題：

（1）定性分析：如圖甲可通過觀察產生氣泡的快慢，定性比較得出結論．同學X觀察甲中兩支試管產生氣泡的快慢，由此得出Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，其結論不合理（填“合理”或“不合理”），理由是陰離子種類不同．
（2）定量分析：如圖乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準，其它可能影響實驗的因素均已忽略．實驗中需要測量的數據是產生40mL氣體所需的時間．
（3）加入0.10mol MnO₂粉末于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丙所示．
①實驗時放出氣體的總體積是60mL．
②放出1/3氣體所需時間為1 min．
③計算H₂O₂的初始物質的量濃度0.11 mol•L^-1． （請保留兩位有效數字）
④A、B、C、D各點反應速率快慢的順序為D＞C＞B＞A．
⑤解釋④反應速率變化的原因隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢．

Answer 1

分析 （1）比較反應速率的大小可通過生成氣泡的快慢來判斷，比較金屬陽離子的催化效果要排斥陰離子的干擾；
（2）收集的氣體的體積相同，若比較反應速率快慢，需要知道生成40mL氣體所需的時間；
（3）①根據圖象確定生成氧氣的體積；
②根據圖象確定反應需要的時間；
③根據氧氣的量計算雙氧水的物質的量，再根據c=$\frac{n}{V}$計算雙氧水的物質的量濃度；
④根據v=$\frac{△c}{△t}$比較A、B、C、D各點反應速率快慢；
⑤物質的濃度與反應速率成正比，濃度減小，反應速率減小．

解答 解：（1）如圖甲可通過觀察產生氣泡的快慢，定性比較得出催化劑的催化效果；催化劑能改變化學反應的速率，這里是加快速率，若圖1所示實驗中反應速率為①＞②，則一定說明氯化鐵比硫酸銅催化效果好，因二者所含的陰離子不同，要證明Fe³⁺比Cu²⁺對H₂O₂分解催化效果好，還要使選擇的試劑中陰離子種類相同，所以得出Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，所以其結論不合理，
故答案為：產生氣泡的快慢；不合理； 陰離子種類不同；
（2）如圖乙所示，實驗時均以生成40mL氣體為準，其它可能影響實驗的因素均已忽略，如果比較反應速率快慢，則實驗中需要測量的數據為：產生40mL氣體所需的時間，反應時間越短，則反應速率越快，
故答案為：產生40mL氣體所需的時間；
（3）①根據圖象知，第4分鐘時，隨著時間的推移，氣體體積不變，所以實驗時放出氣體的總體積是60 mL，故答案為：60；
②放出 $\frac{1}{3}$氣體體積是60 mL×$\frac{1}{2}$=20mL，根據圖象知，需要的時間是1min，故答案為：1；
③設雙氧水的物質的量為x，
2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
2mol            22.4L
x                0.06L
x=$\frac{2mol×0.06L}{22.4L}$=0.0054mol，
所以其物質的量濃度=$\frac{0.0054mol}{0.05L}$=0.11 mol•L^-1，
故答案為：0.11 mol•L^-1；
④根據圖象結合v=$\frac{△c}{△t}$知，A、B、C、D各點反應速率快慢的順序為：D＞C＞B＞A，
故答案為：D＞C＞B＞A；
⑤反應速率與反應物濃度成正比，隨著反應的進行，反應物濃度逐漸降低，反應速率逐漸減小，
故答案為：隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢．

點評 本題考查探究催化劑、濃度等對反應速率的影響的實驗方案設計，試題涉及的題量稍大，根據v=$\frac{△c}{△t}$來設計實驗，通過得到氣體的體積和時間的關系確定影響反應速率的因素，題目難度中等．