（浙江專用）2018年高中化學(xué) 專題4 化學(xué)反應(yīng)條件的控制 課題2 催化劑對(duì)過氧化氫分解反應(yīng)速率的影響教學(xué)案 蘇教版選修6.doc

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課題2 催化劑對(duì)過氧化氫分解反應(yīng)速率的影響 [浙江選考加試要求] ————————————————————————————————————— 1．不同的催化劑對(duì)同一反應(yīng)的催化效果。 2．變量控制在實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用。 1．通過比較不同的催化劑對(duì)過氧化氫分解速率的影響的差異，從中認(rèn)識(shí)到催化劑的種類、用量等的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響。 2．認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)方法的選擇及反應(yīng)條件的控制在實(shí)驗(yàn)研究中的重要作用，加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)條件控制的重要性的認(rèn)識(shí)。 3．嘗試用比較法來尋找實(shí)驗(yàn)的最佳方案，通過實(shí)驗(yàn)提高處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。 ———————實(shí)驗(yàn)要素先知道 1．催化劑和催化作用 (1)能改變化學(xué)反應(yīng)速率而本身的化學(xué)組成和質(zhì)量在反應(yīng)前后保持不變，這種物質(zhì)叫做催化劑。催化劑在反應(yīng)中所起的作用叫催化作用。 (2)在化工生產(chǎn)中，常常加入催化劑以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。例如，硫酸工業(yè)中，由二氧化硫制三氧化硫的反應(yīng)常用五氧化二釩作催化劑；氮?dú)馀c氫氣合成氨的反應(yīng)，使用的是以鐵為主體的多成分催化劑；生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)也與催化劑有著密切的關(guān)系，生物體內(nèi)的各種酶具有催化活性，是生物催化劑。 (3)催化劑只能加快反應(yīng)的速率，不能使原來不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行。在可逆反應(yīng)中，催化劑只能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，而不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。 (4)催化劑一般有選擇性，不同的化學(xué)反應(yīng)要選用不同的催化劑。同樣的反應(yīng)物選用不同的催化劑，可以發(fā)生不同的反應(yīng)，從而得到不同的產(chǎn)物。 2．催化劑與反應(yīng)活化能 (1)催化劑雖然在反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化，但有些催化劑卻參與了化學(xué)變化過程，在參與反應(yīng)的過程中其化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量均發(fā)生改變，即反應(yīng)過程中必定既包括有催化劑參與的反應(yīng)，又包括使催化劑再生成的反應(yīng)。 (2)分子或離子間的碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的先決條件，但不是每次碰撞都會(huì)引發(fā)反應(yīng)。能夠引起反應(yīng)的分子(或離子)間的相互碰撞叫做有效碰撞，能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子?；罨肿泳哂休^高的能量，因此活化分子所占分?jǐn)?shù)的大小決定了反應(yīng)速率的快慢?；罨肿拥钠骄芰颗c所有分子的平均能量的差稱為活化能。 (3)催化劑有一定的活化溫度，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)使用，催化劑的活性最高。 (4)使用催化劑能增大化學(xué)反應(yīng)速率的機(jī)理主要是形成中間產(chǎn)物，或在催化劑表面的活性中心發(fā)生反應(yīng)，從而改變反應(yīng)的途徑，使反應(yīng)的活化能降低。 3．過氧化氫分解的影響因素 過氧化氫(H2O2)，俗稱雙氧水，不穩(wěn)定，易分解。溶液的酸堿性對(duì)H2O2的穩(wěn)定性有較大的影響，如在堿性溶液中，H2O2分解較快。另外，H2O2見光、遇熱、遇到大多數(shù)金屬氧化物分解也會(huì)加速。在催化劑存在下，H2O2迅速分解，反應(yīng)方程式為2H2O2===2H2O_＋O2↑。通常選用MnO2作催化劑，MnO2的用量以及顆粒直徑大小均會(huì)影響H2O2分解的速率。除MnO2外，還可用CuO、Fe2O3等作H2O2分解的催化劑。 ———————實(shí)驗(yàn)過程詳剖析 [器材與原理] 相關(guān)器材 托盤天平、藥匙、錐形瓶、雙孔橡膠塞、導(dǎo)管、橡膠管、螺旋夾、水槽、量筒、計(jì)時(shí)器、分液漏斗。 相關(guān)原理 (1)確定判斷依據(jù)——單位時(shí)間內(nèi)氧氣產(chǎn)生的量 (2)設(shè)計(jì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置——測(cè)定單位時(shí)間產(chǎn)生氧氣的體積(量氣裝置) (如果實(shí)驗(yàn)條件允許有電子天平的話，可以測(cè)定單位時(shí)間產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量，可能會(huì)更簡單) [實(shí)驗(yàn)與拓展] 實(shí)驗(yàn)流程 1．取四支試管，分別加入5 mL 10%的過氧化氫溶液。 2．分別進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn) (1)向第一支試管中伸入帶火星的檀香，觀察現(xiàn)象。 (2)給第二支試管加熱后伸入帶火星的檀香，觀察現(xiàn)象。 (3)向第三支試管中滴加幾滴飽和硫酸銅溶液，振蕩一會(huì)兒后， 伸入帶火星的檀香，觀察現(xiàn)象。 (4)向第四支試管中將二氧化錳從飲料管中倒入，伸入帶火星的檀香，觀察現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 現(xiàn)象 原因與結(jié)論 1 幾乎沒有氣泡產(chǎn)生，檀香不復(fù)燃 常溫幾乎不分解 2 有氣泡產(chǎn)生，檀香不復(fù)燃 加熱后分解速率加快，但氧氣量不大 3 有氣泡產(chǎn)生，檀香不復(fù)燃 硫酸銅溶液能加快反應(yīng)速率，但氧氣量不大 4 有大量氣泡產(chǎn)生，檀香復(fù)燃 二氧化錳能加快反應(yīng)速率且氧氣量大 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) (1)帶火星的木條易熄滅，用檀香代替木條有利于課堂演示實(shí)驗(yàn)的持續(xù)操作，減少實(shí)驗(yàn)操作所需時(shí)間。 (2)過氧化氫溶液常溫分解無法看到明顯現(xiàn)象，不足以說明它能分解，時(shí)間也不易掌握；給過氧化氫溶液加熱實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充既說明過氧化氫能分解，又說明條件的改變對(duì)反應(yīng)速率的影響。 (3)直接用藥匙把二氧化錳加入試管，試管內(nèi)壁易粘上二氧化錳粉末，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察并浪費(fèi)藥品；采用先用藥匙把二氧化錳放在軟飲料吸管的一頭，另一頭插入試管中再豎直軟飲料吸管把二氧化錳加入試管的操作方法。這一改進(jìn)有利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察并得到較好的實(shí)驗(yàn)效果。 (4)用10%的過氧化氫溶液代替5%的過氧化氫溶液使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。 (5)實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3、4的對(duì)比能說明化學(xué)反應(yīng)速率與是否加入催化劑有關(guān)，從而引出催化劑的概念。 (6)實(shí)驗(yàn)3與實(shí)驗(yàn)4的對(duì)比既對(duì)教材中所說的“硫酸銅溶液在過氧化氫的分解中也可作催化劑”具有說服力，又能使學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)速率的快慢與催化劑的種類有關(guān)(即催化劑的種類不同催化效果不同)。 [注意事項(xiàng)] (1)為了便于比較，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)在同一地點(diǎn)、使用同一裝置完成。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置中，分液漏斗可改用安全漏斗，以防在滴加雙氧水時(shí)，由于反應(yīng)較快，導(dǎo)致瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速增大而致使液體不能順利滴下。 (3)由于實(shí)驗(yàn)中使用H2O2僅為5 mL，催化劑也均稱取0.1 g，故錐形瓶最好用容積較小的，如100 mL錐形瓶，以免引起誤差過大，也便于催化劑和H2O2充分接觸。 對(duì)點(diǎn)集訓(xùn) 1．德國科學(xué)家格哈德埃特爾對(duì)有關(guān)一氧化碳在金屬鉑表面的氧化過程的研究催生了汽車尾氣凈化裝置。凈化裝置中的催化轉(zhuǎn)化器可將CO、NO、NO2等轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．催化轉(zhuǎn)化器中的鉑催化劑可加快CO的氧化 B．鉑表面做成蜂窩狀更有利于提高催化效果 C．在鉑催化下，NO、NO2可被CO還原成N2 D．使用鉑催化劑，可以提高碳?xì)浠衔锉谎趸霓D(zhuǎn)化率 解析：選D　在鉑催化劑的作用下，NO、NO2將CO氧化為CO2，A 項(xiàng)正確；將鉑表面做成蜂窩狀，增大了反應(yīng)物的接觸面積，有利于提高催化效果，B項(xiàng)正確；NO、NO2變成N2，氮元素的化合價(jià)降低，被還原，C項(xiàng)正確；催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率而不能改變化學(xué)反應(yīng)限度(即不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng))，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．下列關(guān)于催化劑的說法，正確的是(　　) A．催化劑能使不起反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) B．催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率 C．任何化學(xué)反應(yīng)，都需要催化劑 D．電解水時(shí)，往水中加少量NaOH，可使電解速率明顯加快，所以NaOH是這個(gè)反應(yīng)的催化劑 解析：選B　在電解水時(shí)，加少量NaOH，可增大水中離子濃度，增強(qiáng)水的導(dǎo)電性，NaOH并沒有改變反應(yīng)機(jī)理，故不是催化劑。另外，有些反應(yīng)是不需要催化劑的，如中和反應(yīng)等。 3．對(duì)于反應(yīng)2H2O2===2H2O＋O2↑，下列措施不能增大其分解速率的是(　　) A．向反應(yīng)體系中加水 B．升高H2O2溶液的溫度 C．向H2O2溶液中加入少量MnO2 D．向H2O2溶液中加入一定濃度FeCl3溶液 解析：選A　升高溫度增大分解速率，MnO2、Fe3＋對(duì)H2O2分解起催化作用，加入MnO2、FeCl3可加大分解速率，加水稀釋H2O2濃度減小，分解速率減小。 4．比較MnO2和CuO對(duì)H2O2分解反應(yīng)的催化能力大小的實(shí)驗(yàn)中，若催化劑的質(zhì)量均控制在0.1 g,6%的H2O2溶液均取5 mL，可選擇的實(shí)驗(yàn)裝置是(　　) 解析：選D　A、B中長頸漏斗插入過短，容易造成氣體逸出；C中的量筒體積太小。 5．臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，常用于消毒、滅菌等。 (1)O3與KI溶液反應(yīng)生成的兩種單質(zhì)是____________和____________(填分子式)。 (2)O3在水中易分解，一定條件下，O3的濃度減少一半所需的時(shí)間(t)如下表所示。已知：O3的起始濃度為0.021 6 molL－1。 3.0 4.0 5.0 6.0 20 301 231 169 58 30 158 108 48 15 50 31 26 15 7 ①pH增大能加速O3分解，表明對(duì)O3分解起催化作用的是________。 ②在30 ℃、pH＝4.0條件下，O3的分解速率為________molL－1min－1。 ③據(jù)表中的遞變規(guī)律，推測(cè)O3在下列條件下分解速率依次增大的順序?yàn)開_______(填字母代號(hào))。 a．40 ℃、pH＝3.0 b．10 ℃、pH＝4.0 c．30 ℃、pH＝7.0 解析：(1)O3氧化KI，I－轉(zhuǎn)化為I2，O3生成O2。(2)①由題意知，pH增大，分解速率增大，OH－起催化作用。②根據(jù)v＝求解。③由表推斷知，pH為7.0時(shí)，對(duì)O3的分解速率影響最大，當(dāng)pH為3.0、4.0時(shí) ，溫度影響較大，綜上可知，分解速率最快的為c，其次為a，最慢的是b。 答案：(1)I2　O2 (2)①OH－　②1.0010－4?、踒、a、c 拓展實(shí)驗(yàn) 過氧化氫酶催化作用的探究 1．實(shí)驗(yàn)操作 (1)觀察過氧化氫酶的催化作用 ①取試管2支，向1支試管中加入3% H2O2溶液5 mL，另一支加入蒸餾水5 mL作對(duì)照。 ②將動(dòng)物肝切成每邊長約0.5 cm的方塊，用鑷子夾取，放進(jìn)兩支試管中，觀察現(xiàn)象。試管1內(nèi)有大量氣體產(chǎn)生，由于產(chǎn)生的氣體是氧氣，故可將點(diǎn)燃的檀香插入管內(nèi)，通過檀香復(fù)燃來證明。 (2)觀察不同pH所引起的酶的活性差異 ①取試管3支，各加入H2O2溶液5 mL。 ②向試管1中加入6 molL－1鹽酸數(shù)滴，使溶液呈酸性；向試管2中加入6 molL－1 NaOH溶液數(shù)滴，使溶液呈堿性。 ③向試管1、2、3中各放入一塊切成0.5 cm3左右的動(dòng)物肝，觀察現(xiàn)象。這時(shí)可以看到： 在試管3(中性溶液)內(nèi)有大量氣體產(chǎn)生，但在試管1(酸性溶液)和2(堿性溶液)內(nèi)沒有氣體或很少有氣體產(chǎn)生。由此可知，酶的活性隨溶液pH的不同而具有很大差異，過氧化氫酶作用的最佳pH為7。 (3)觀察加熱條件下酶活性的消失 ①將0.5 cm3左右的動(dòng)物肝切片和水一起放入試管中，加熱煮沸數(shù)分鐘。 ②取試管2支(1和2)，向1中放入經(jīng)①加熱的動(dòng)物肝，2中放入未經(jīng)加熱處理的動(dòng)物肝，分別加入過氧化氫溶液，觀察現(xiàn)象。可以看到試管1內(nèi)加入H2O2溶液(3%)后，沒有氣體產(chǎn)生。由此可知，加熱可以使酶的活性消失。 2．相關(guān)問題 某實(shí)驗(yàn)小組在進(jìn)行雙氧水分解的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：大家取不同濃度的雙氧水及不同質(zhì)量的二氧化錳進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生氣體的速率都不相同，那么過氧化氫分解的最佳催化條件是什么呢？他們決定進(jìn)行探究。 (1)用下列簡圖，畫出實(shí)驗(yàn)裝置(含試劑)示意圖。 (2)小組經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，取得如下數(shù)據(jù)： 0.1 g 0.3 g 0.5 g 1.5% 223 s 67 s 56 s 3.0% 308 s 109 s 98 s 4.5% 395 s 149 s 116 s (說明：表中X是二氧化錳的質(zhì)量；Y是指反應(yīng)停止時(shí)的時(shí)間；Z是雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù))分析表中數(shù)據(jù)回答下列問題： ①相同濃度的雙氧水的分解速率隨著二氧化錳用量的增加而________。 ②從實(shí)驗(yàn)效果和“綠色化學(xué)”的角度考慮，雙氧水的濃度相同時(shí)，加入________ g的二氧化錳為較佳選擇，理由是 __________________________________________________________________。 ③該小組的小茂同學(xué)分析上述數(shù)據(jù)后得出“當(dāng)用相同質(zhì)量的二氧化錳時(shí)，雙氧水的濃度越小，所需要的時(shí)間就越小，亦即其反應(yīng)速率越快”的結(jié)論，你認(rèn)為是否正確？________，理由是____________________________________________________________________。 解析：定量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析是解題關(guān)鍵，而數(shù)據(jù)分析時(shí)要固定一個(gè)量，然后分析該固定量下其他量的變化。如該題中固定雙氧水的濃度為1.5%時(shí)，變化的是二氧化錳的質(zhì)量，從給出的三組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)相同雙氧水濃度下過氧化氫的分解速率與二氧化錳質(zhì)量之間的關(guān)系。 答案：(1) (2)①加快 ②0.3　因?yàn)橛?.1 g的催化劑反應(yīng)速率明顯小于用0.3 g和0.5 g的；用0.5 g的催化劑和用0.3 g的催化劑反應(yīng)速率相差不多，但用0.3 g的催化劑卻節(jié)約藥品，所以使用0.3 g的二氧化錳為較佳選擇 ③不正確　因?yàn)閺谋碇袛?shù)據(jù)可知，相同體積3%的雙氧水中的溶質(zhì)含量是1.5%的兩倍，但反應(yīng)的時(shí)間卻比其反應(yīng)時(shí)間的2倍小得多，由反應(yīng)速率計(jì)算公式(v＝Δc/Δt)可得出，此實(shí)驗(yàn)條件下雙氧水的濃度越大，分解速率越快 ———————課后檢測(cè)與提能 1．關(guān)于催化劑的敘述，正確的是(　　) A．催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后性質(zhì)不變 B．催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量不變，故催化劑不參加化學(xué)反應(yīng) C．使用催化劑可以改變反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間 D．催化劑可以提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 解析：選C　催化劑是能改變化學(xué)反應(yīng)速率而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后均不變的物質(zhì)，但其物理性質(zhì)，如固體顆粒大小可能改變，A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；催化劑參與化學(xué)反應(yīng)，并且能同時(shí)、同程度地改變正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率，故催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。 2．過氧化氫的沸點(diǎn)比水高，但受熱容易分解。某試劑廠先制得7%～8%的過氧化氫溶液，再濃縮成30%的溶液時(shí)，可采用的適宜方法是(　　) A．常壓蒸餾　　　　　　　　 B．減壓蒸餾 C．加生石灰常壓蒸餾 D．加壓蒸餾 解析：選B　液態(tài)物質(zhì)的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)有關(guān)，減小壓強(qiáng)，能降低其沸點(diǎn)，這樣就能在溫度不是很高的情況下使水蒸發(fā)而H2O2又不會(huì)分解。 3．F2、Cl2、Br2、I2分別與H2反應(yīng)，在相同條件下，活化分子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最大的是(　　) A．H2＋Cl2===2HCl B．H2＋F2===2HF C．H2＋I(xiàn)2===2HI D．H2＋Br2===2HBr 解析：選B　氟、氯、溴、碘的非金屬性強(qiáng)弱的標(biāo)志之一是其單質(zhì)與H2化合的難易，其本質(zhì)是與氫氣反應(yīng)速率的快慢：氟、氯、溴、碘與H2化合的反應(yīng)速率越來越慢，活化分子百分?jǐn)?shù)越來越小。 4．使用催化劑能加快反應(yīng)速率的主要原因是(　　) A．活化分子能量明顯增加 B．降低活化分子的能量 C．增加活化分子百分?jǐn)?shù) D．增加反應(yīng)活化能 解析：選C　使用催化劑，能降低反應(yīng)的活化能，使部分能量較低的分子轉(zhuǎn)化為活化分子，增加了單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)，使反應(yīng)速率加快。 5．合成氨時(shí)采用500 ℃左右的溫度進(jìn)行，主要是因?yàn)樵谠摐囟葧r(shí)(　　) A．合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率最大 B．N2的轉(zhuǎn)化率最高 C．催化劑的活性最大 D．NH3在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)最大 解析：選C　當(dāng)壓強(qiáng)一定、溫度升高時(shí)，雖然能增大合成氨的反應(yīng)速率，但由于合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度會(huì)降低平衡混合物中NH3的含量。因此，從反應(yīng)的理想條件來看，氨的合成反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行有利，但是溫度過低，反應(yīng)速率很小，需要很長的時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài)，這在工業(yè)生產(chǎn)上是很不經(jīng)濟(jì)的。鐵觸媒在500 ℃左右時(shí)的活性最大，這是合成氨反應(yīng)一般選擇在500 ℃左右進(jìn)行的重要原因之一。 6．汽車尾氣在光照下分解時(shí)，即開始光化學(xué)煙霧的循環(huán)，它的形成過程可用下列化學(xué)方程式表示：NO2===NO＋O,2NO＋O2===2NO2，O2＋O===O3。下列有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．此過程中，NO2是催化劑 B．在此過程中，NO是中間產(chǎn)物 C．此過程的總反應(yīng)方程式為2O3===3O2 D．光化學(xué)煙霧能引起人的外呼吸功能嚴(yán)重障礙 解析：選C　NO2在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)均沒發(fā)生變化，只是加快了O2變成O3的反應(yīng)速率，因此NO2是O2變成O3的催化劑。將三個(gè)方程式相加得到的總反應(yīng)方程式為3O2===2O3。 7．某中學(xué)化學(xué)小組查閱資料發(fā)現(xiàn)金屬氧化物A也能催化氯酸鉀的分解，且A和二氧化錳的最佳催化溫度均在500 ℃左右。于是對(duì)A和二氧化錳的催化性能進(jìn)行了定量對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)均以收滿500 mL氧氣為準(zhǔn)(其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素已忽略)。 用MnO2作催化劑 實(shí)驗(yàn)序號(hào) KClO3的質(zhì)量/g MnO2的質(zhì)量/g 反應(yīng)溫度/℃ 待測(cè) 數(shù)據(jù) 1 8.00 2.00 500 2 8.00 2.00 500 用A作催化劑 實(shí)驗(yàn)序號(hào) KClO3的質(zhì)量/g A的質(zhì)量/g 反應(yīng)溫度/℃ 待測(cè) 數(shù)據(jù) 1 8.00 2.00 500 2 8.00 2.00 500 請(qǐng)回答：上述實(shí)驗(yàn)中待測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)是________。完成此研究后，他們準(zhǔn)備發(fā)表一篇研究報(bào)告，請(qǐng)你替他們擬一個(gè)報(bào)告的題目________。 解析：金屬氧化物A和二氧化錳對(duì)KClO3都有催化作用，都能改變氯酸鉀的分解反應(yīng)速率，但催化能力不同，因而收滿500 mL氧氣所需的時(shí)間不同，故待測(cè)數(shù)據(jù)為收滿500 mL氧氣時(shí)所需用的時(shí)間?；瘜W(xué)小組所做的實(shí)驗(yàn)是研究金屬氧化物A和二氧化錳對(duì)氯酸鉀的催化能力，所以研究報(bào)告的題目是“催化劑效果對(duì)照研究”。 答案：收集500 mL氧氣時(shí)所需用的時(shí)間　催化劑效果對(duì)照研究 8．在一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用鋁片分別和稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)：鋁片與稀鹽酸反應(yīng)現(xiàn)象非常明顯，而和稀硫酸幾乎不反應(yīng)。這和教材中“鋁能跟稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)生成氫氣”的說法不一致。為排除因試劑變質(zhì)等因素造成的影響，該學(xué)生在教師的指導(dǎo)下重新進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證是否存在上述現(xiàn)象： 實(shí)驗(yàn)用品：儀器(略，凡是實(shí)驗(yàn)需要的都有)； 實(shí)驗(yàn)試劑：3.0 molL－1鹽酸、1.5 molL－1硫酸、3.0 molL－1硫酸；相同大小的鋁片(純度＞99.5%) 實(shí)驗(yàn)過程：向三支相同的試管中分別加入相同的鋁片各一片，再向試管中分別加入等體積的3.0 molL－1鹽酸、1.5 molL－1硫酸、3.0 molL－1硫酸。觀察反應(yīng)進(jìn)行到1、2、5、15、20分鐘時(shí)的鋁與酸反應(yīng)的情況。結(jié)果如下： 反應(yīng)進(jìn)程(分鐘) 1 2 5 15 20 3 molL－1鹽酸 少量氣泡 較多氣泡 大量氣泡 反應(yīng)劇烈 鋁片耗盡 1.5 molL－1硫酸 均無明顯現(xiàn)象(無氣泡產(chǎn)生) 3 molL－1硫酸 均無明顯現(xiàn)象(無氣泡產(chǎn)生) 通過上述實(shí)驗(yàn)可知，無論是用1.5 molL－1硫酸還是3.0 molL－1硫酸，均無明顯的現(xiàn)象。而3.0 molL－1鹽酸與鋁片反應(yīng)的現(xiàn)象卻十分明顯。 問題1：為了探究“鋁與稀鹽酸和稀硫酸反應(yīng)差異的原因”，你能對(duì)問題的答案將作出哪些假設(shè)或猜想(列出兩種即可)? 假設(shè)一：______________________________________________________________ 假設(shè)二：_________________________________________________________________ 問題2：為了驗(yàn)證上述假設(shè)，你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是：____________________________。 解析：實(shí)驗(yàn)中涉及的離子反應(yīng)為2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。稀鹽酸、稀硫酸都是非氧化性的酸，在水溶液中都能電離出H＋，而且在1.5 molL－1的硫酸和3.0 molL－1的鹽酸中，氫離子的濃度都相等，均為3.0 molL－1；同時(shí)，由于鋁片的大小和純度都相同，根據(jù)所發(fā)生的離子反應(yīng)和反應(yīng)速率理論，它們的反應(yīng)速率應(yīng)該相同(因其他外界條件也相同)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻和理論推測(cè)存在一定的差異，既然氫離子濃度和鋁片均相同，造成的差異應(yīng)該與反應(yīng)(即2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑)中有無Cl－和SO有關(guān)。因此，在開展實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，應(yīng)該采用向反應(yīng)體系中加入等物質(zhì)的量的NaCl、Na2SO4 固體的方法來探究Cl－和SO對(duì)反應(yīng)造成的影響，采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。 答案：問題1：(說明：可能存在多種假設(shè)，但只要假設(shè)合理均可) Cl－能夠促進(jìn)金屬鋁與H＋反應(yīng) SO對(duì)H＋與金屬鋁的反應(yīng)起阻礙作用 問題2：(1)取a、b、c、d四支相同的試管，分別向試管中加入相同大小的鋁片(純度>99.5%)各一片；(2)在a、b、c試管中依次添加0.5 g NaCl(約0.01 mol)、1.4 g Na2SO4(約0.01 mol)、1.4 g Na2SO4(約0.01 mol)固體；(3)再向a、b試管中加入1.5 molL－1硫酸5 mL，c、d試管中加入3.0 molL－1鹽酸5 mL，并觀察五支試管反應(yīng)進(jìn)行到5分鐘時(shí)的現(xiàn)象，把現(xiàn)象填寫在下表中： 試管 所加的酸(5 mL) 添加的試劑 5分鐘后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 a 1.5 molL－1硫酸 0.5 g NaCl固體(約0.01 mol) b 1.5 molL－1硫酸 1.4 g Na2SO4固體(約0.01 mol) c 3.0 molL－1鹽酸 1.4 g Na2SO4固體(約0.01 mol) d 3.0 molL－1鹽酸 不添加(對(duì)比) 9．甲、乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組利用酸性KMnO4溶液與H2C2O4溶液反應(yīng)研究影響反應(yīng)速率的因素。 (1)該反應(yīng)的離子方程式為(提示：H2C2O4的一級(jí)電離常數(shù)為5.410－2)______________。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下(實(shí)驗(yàn)中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4)： (2)甲組：通過測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)生成CO2氣體體積的大小來比較化學(xué)反應(yīng)速率的大小。 實(shí)驗(yàn)裝置如圖，實(shí)驗(yàn)時(shí)分液漏斗中A溶液一次性放下，A、B的成分見下表： 序號(hào) A溶液 B溶液 ① 2 mL 0.1 molL－1H2C2O4溶液 4 mL 0.01 molL－1KMnO4溶液 ② 2 mL 0.2 molL－1H2C2O4溶液 4 mL 0.01 molL－1KMnO4溶液 ③ 2 mL 0.2 molL－1H2C2O4溶液 4 mL 0.01 molL－1 KMnO4溶液和少量MnSO4 該實(shí)驗(yàn)探究的是________對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。在反應(yīng)停止之前，相同時(shí)間內(nèi)針筒中所得CO2的體積由大到小的順序是________(用實(shí)驗(yàn)序號(hào)填空)。 (3)乙組：通過測(cè)定KMnO4溶液褪色所需時(shí)間的多少來比較化學(xué)反應(yīng)速率的大小。 取兩支試管各加入2 mL 0.1 molL－1 H2C2O4溶液，另取兩支試管各加入4 mL 0.1 molL－1 KMnO4溶液。將四支試管分成兩組(各有一支盛有H2C2O4溶液和KMnO4溶液的試管)，一組放入冷水中，另一組放入熱水中，經(jīng)過一段時(shí)間后，分別混合并振蕩，記錄溶液褪色所需時(shí)間。 該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯縚_______對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，但該組同學(xué)始終沒有看到溶液褪色，其原因是__________________________________________________________。 解析：(1)根據(jù)題中提示可知H2C2O4是弱酸，在離子方程式中應(yīng)保留化學(xué)式。(2)對(duì)比①②實(shí)驗(yàn)可探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，對(duì)比②③實(shí)驗(yàn)可探究催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(3)很顯然乙組實(shí)驗(yàn)是探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，但在反應(yīng)物的使用量上控制不當(dāng)，題中KMnO4溶液過量，因此不能看到明顯的褪色現(xiàn)象。 答案：(1)2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O (2)濃度和催化劑?、邰冖佟?3)溫度　KMnO4溶液過量 10．Fenton法常用于處理含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水，通常是在調(diào)節(jié)好pH和Fe2＋濃度的廢水中加入H2O2，所產(chǎn)生的羥基自由基能氧化降解污染物。現(xiàn)運(yùn)用該方法降解有機(jī)污染物p－CP，探究有關(guān)因素對(duì)該降解反應(yīng)速率的影響。 [實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]　控制p－CP的初始濃度相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298 K或313 K(其余實(shí)驗(yàn)條件見下表)，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 (1)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格)。 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? T/K pH c/10－3molL－1 H2O2 Fe2＋ ① 為以下實(shí)驗(yàn)作參照 298 3 6.0 0.30 ② 探究溫度對(duì)降解反應(yīng)速率的影響 ③ 298 10 6.0 0.30 [數(shù)據(jù)處理]　實(shí)驗(yàn)測(cè)得p－CP的濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如上圖。 (2)請(qǐng)根據(jù)上圖實(shí)驗(yàn)①曲線，計(jì)算降解反應(yīng)50～150 s內(nèi)的反應(yīng)速率： v(p－CP)＝________ molL－1s－1 [解釋與結(jié)論] (3)實(shí)驗(yàn)①、②表明溫度升高，降解反應(yīng)速率增大。但溫度過高時(shí)反而導(dǎo)致降解反應(yīng)速率減小，請(qǐng)從Fenton法所用試劑H2O2的角度分析原因：______________________________。 (4)實(shí)驗(yàn)③得出的結(jié)論是：pH等于10時(shí)，________。 [思考與交流] (5)實(shí)驗(yàn)時(shí)需在不同時(shí)間從反應(yīng)器中取樣，并使所取樣品中的反應(yīng)立即停止下來。根據(jù)上圖中的信息，給出一種迅速停止反應(yīng)的方法：__________________________________。 解析：(1)依題意可知②的實(shí)驗(yàn)溫度為313 K，實(shí)驗(yàn)對(duì)比是建立在其他條件相同前提下，故pH應(yīng)與①的相同。若改變pH，其他條件不變可探究溶液pH對(duì)反應(yīng)速率的影響。 (2)實(shí)驗(yàn)①曲線中，50～150 s時(shí)。 Δc(p－CP)＝1.210－3 molL－1－0.410－3 molL－1＝0.810－3 molL－1，所以v(p－CP)＝＝8.010－6 molL－1s－1。 (3)在降解反應(yīng)中，H2O2產(chǎn)生的自由基起氧化作用，溫度過高，H2O2因熱穩(wěn)定性差而分解，導(dǎo)致降解反應(yīng)速率下降。 (4)由曲線③可知，pH＝10時(shí)，c(p－CP)基本不變，反應(yīng)趨于停止。 (5)由(4)得到啟示：在pH＝10溶液中，反應(yīng)速率趨于零，可將所取樣加入NaOH溶液中(使pH＝10)；化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度降低而降低，故亦可用迅速大幅降溫法。 答案：(1) 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? T/K pH c/10－3molL－1 H2O2 Fe2＋ ① ② 313 3 6.0 0.30 ③ 探究溶液的pH對(duì)降解反應(yīng)速率的影響 (2)8.010－6 (3)過氧化氫在溫度過高時(shí)迅速分解 (4)反應(yīng)速率趨向于零(或該降解反應(yīng)趨于停止) (5)將所取樣品迅速加入到一定量的NaOH溶液中，使pH約為10(或?qū)⑺悠敷E冷等其他合理答案均可)