Question

4．研究催化劑對化學反應有重要意義．為探究催化劑對雙氧水分解的催化效果，某研究小組做了如下實驗：

（1）甲同學欲用上圖所示實驗來證明MnO₂是H₂O₂分解反應的催化劑，寫出該反應的化學方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）為探究MnO₂的質量對催化效果的影響，乙同學分別量取50mL 1% H₂O₂加入容器中，在一定質量范圍內，加入不同質量的MnO₂，測量所得氣體體積，數據如表：

MnO2的質量/g	0.1	0.2	0.4
40s末O2體積/mL	49	61	86

由此得出的結論是在一定質量范圍內，增加MnO₂的質量，化學反應速率加快．
（3）為分析Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解反應的催化效果，丙同學設計如表實驗（三支試管中均盛有10mL 5% H₂O₂ ）：

試管	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
滴加試劑	5滴0.1mol•L-1FeCl3	5滴0.1mol•L-1 CuCl2	5滴0.3mol•L-1 NaCl
產生氣 泡情況	較快產生細小氣泡	緩慢產生細小氣泡	無氣泡產生

結論是Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解均有催化效果，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好，實驗Ⅲ的目的是對比實驗，說明Cl^-對的H₂O₂分解沒有催化效果．
（4）查閱資料得知：將作為催化劑的FeCl₃溶液加入H₂O₂溶液后，溶液中會發生兩個氧化還原反應，且兩個反應中H₂O₂均參加了反應，試從催化劑的角度分析，這兩個氧化還原反應的化學方程式分別是2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl和2FeCl₂+H₂O₂+2HCl═2FeCl₃+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧氣；
（2）根據表格中數據，二氧化錳質量的增加，相同時間內收集到氧氣的體積也相應增加，說明反應速率加快，從而得出結論；
（3）從所給的數據可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產生氣泡的快慢不一樣，說明不同催化劑對反應的催化效果不一樣，要對比Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解反應的催化效果，必須排除溶液中的陰離子是否有催化作用，試管Ⅲ就很好的解決了這個問題；
（4）根據化合價的升降和催化劑會參加反應，但最終性質和質量不改變寫出反應方程式．

解答 解：（1）H₂O₂在MnO₂催化作用下分解生成水和氧氣，反應的方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（2）根據表格中數據，在一定質量范圍內，二氧化錳質量的增加，相同時間內收集到氧氣的體積也相應增加，說明反應速率加快，原因是在一定質量范圍內，固體質量越大，其表面積也越大，故反應速率加快，催化效果更好；
故答案為：在一定質量范圍內，MnO₂質量越大，反應速率越快；
（3）從所給的數據可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產生氣泡是試管Ⅰ快，試管Ⅱ慢，試管Ⅲ無氣泡產生，試管Ⅲ是一個對比實驗，說明Cl^-對H₂O₂的分解沒有催化作用，從而得到Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好的結論，
故答案為：Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好；對比實驗，證明Cl^-對H₂O₂的分解沒有催化作用；
（4）根據化合價的升降和催化劑會參加反應，但最終性質和質量不改變寫出反應方程式，FeCl₃和H₂O₂反應，FeCl₃中鐵元素化合價降低，生成氯化亞鐵，雙氧水中氧元素化合價升高，生成氧氣，方程式為：2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl；FeCl₃作催化劑，在第二個反應中重新生成，氯化亞鐵又被雙氧水氧化成氯化鐵，方程式為：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O；
故答案為：2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O．

點評 本題考查了催化劑在反應中起到的作用，以及催化劑的質量大小對反應速率的影響探究，并考查了對比實驗的重要性，結合催化劑的特點分析催化機理，并對方程式進行推導，綜合性較強，題目難度中等．