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1、專項突破(二) 科學探究之氧氣的制取和性質(zhì)
1.研究和控制化學反應條件有重要意義。
(1)同學們想探究過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)對反應速率的影響。在其他條件相同的情況下進行了三次實驗,記錄各收集一瓶相同體積氧氣所需要的時間。
實驗
30%過氧化
氫的質(zhì)量/g
加入的水
的體積/mL
二氧化錳
質(zhì)量/g
收集
時間/s
1
10
40
5
200
2
20
30
5
100
3
30
20
67
①取用二氧化錳的儀器是________(填序號)。
圖Z2-1
②寫出上述反應的化學方程式:__________________
2、__________________。
③實驗3中,加入的二氧化錳質(zhì)量為________g。
④相同條件下,實驗3產(chǎn)生氧氣的速率最快,說明__________________________________________。
圖Z2-2
(2)同學們通過查閱資料得知,過氧化氫在70 ℃以上會較快分解產(chǎn)生氧氣。為了驗證加熱過氧化氫溶液也可以產(chǎn)生氧氣,同學們選擇圖Z2-2所示裝置(氣密性良好)進行實驗。實驗中觀察到試管內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡,但將帶火星的木條放在導管口,木條沒有復燃,可能的原因是__________________________,同學們分析原因后,采用了___________
3、_法收集氣體,再檢驗,證明加熱過氧化氫溶液也可產(chǎn)生氧氣。
2.研究性學習小組選擇“H2O2生成O2的快慢與什么因素有關(guān)”的課題進行探究,以下是同學們探究的主要過程:
[假設] H2O2生成O2的快慢與催化劑種類有關(guān)。
[實驗方案] 常溫下,在兩瓶同質(zhì)量、同濃度的H2O2溶液中,分別加入相同質(zhì)量的MnO2和水泥塊,測量各生成一集氣瓶(相同體積)O2所需的時間。
(1)[進行實驗] 圖Z2-3是同學們進行實驗的裝置圖,氣體發(fā)生裝置中A儀器名稱是________,此實驗中B處宜采用的氣體收集方法是____________________。
圖Z2-3
[實驗記錄]
實驗編號
1
4、
2
反應物
5%H2O2
5%H2O2
催化劑
1 g水泥塊
1 g MnO2
時間
165 s
46 s
(2)[結(jié)論] 該探究過程得出的結(jié)論是__________________________________________________________。
(3)[反思] H2O2在常溫下分解緩慢,加入MnO2或水泥塊后反應明顯加快,若要證明MnO2和水泥塊是該反應的催化劑,還需要增加實驗來驗證它們在化學反應前后的__________________是否改變。
(4)H2O2生成O2的快慢與哪些因素有關(guān)?請你幫助他們繼續(xù)探究。(只要求提出一種影響因素以及相關(guān)
5、假設和實驗方案即可)
[假設] ___________________________________________________。
[實驗方案] _______________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________。
3.小峰和小剛閱讀試劑標簽后發(fā)現(xiàn),市場銷售的高錳酸鉀晶體純度高
6、達99.5%,含水量可以忽略不計。為探究“試管放置方式對高錳酸鉀制取氧氣速度和體積的影響”,他倆設計了制取氧氣的直立型裝置(如圖Z2-4),并與斜臥型裝置比較,在氣密性良好的裝置中分別加入5.0克高錳酸鉀晶體,用同一酒精燈分別加熱,用同一型號的集氣瓶收集氣體,每組實驗進行五次,實驗數(shù)據(jù)取平均值后記錄如下表:
圖Z2-4
裝置類型
直立型
斜臥型
收集1瓶氧氣所需時間/秒
59
68
收集2瓶氧氣所需時間/秒
95
108
收集氧氣的總體積/毫升
525
476
(1)收集2瓶氧氣,所需時間較短的裝置類型是__________。
(2)等質(zhì)量的高錳酸鉀加熱到不再
7、產(chǎn)生氣體,斜臥型裝置收集到氧氣的總體積比直立型少的原因是_____________。
(3)根據(jù)2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑,算出5.0克高錳酸鉀生成的氧氣體積為理論值,實驗中發(fā)現(xiàn)斜臥型發(fā)生裝置收集到的氧氣體積明顯大于理論值,他們對其原因進行了探究。
[提出假設]
小峰假設:反應生成的二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣;
你的假設:__________________________________________________________________。
[設計實驗] 要驗證小峰的假設能否成立,請設計簡明的實驗方案______________________
8、_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
4.[2017·豐臺期末] 興趣小組對測定空氣中氧氣含量的實驗進行了回顧和探究。
[實驗回顧] (1)實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量,寫出紅磷燃燒的化學方程式__________________________。
9、(2)興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常低于,可能的原因是①裝置漏氣;②____________,裝置內(nèi)氧氣有剩余……
(3)在老師的指導下,興趣小組用正確的方法進行該實驗,并用氧氣濃度傳感器測得反應后裝置內(nèi)氧氣濃度為5.85%。
[實驗探究1] 小明根據(jù)鐵生銹的原理,探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量。于是進行了實驗(裝置如圖 Z2-5)。通過7天測得的數(shù)據(jù)計算出空氣中氧氣的含量為19.13%。
圖Z2-5
[交流與反思] 與用紅磷燃燒的方法相比,用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點是____________________________。
[實驗探究2] 為了加快反應速
10、率,小明通過查閱資料,利用鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質(zhì)又進行了實驗(裝置如圖 Z2-6),8分鐘后測得的數(shù)據(jù)如下表:
圖Z2-6
實驗前的體積
實驗后的體積
集氣瓶內(nèi)空氣
燒杯內(nèi)蒸餾水
燒杯內(nèi)剩余蒸餾水
131.0 mL
90.0 mL
63.6 mL
請寫出利用上述數(shù)據(jù)計算空氣中氧氣含量的計算式________________________。
[結(jié)論與反思] 通過上述實驗探究,選擇________________________________(填物質(zhì)名稱)進行實驗,可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差。
[拓展延伸] 銅也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹
11、蝕,生成銅綠[化學方程式為2Cu+O2+H2O+CO2===Cu2(OH)2CO3]。若將實驗探究1裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗,請判斷能否比較準確地測定空氣中氧氣的含量,并說明理由______________________________________________________________________________。
參考答案
1.(1)①B?、?H2O22H2O+O2↑?、?
④相同條件下,反應物濃度越大,反應速率越快
(2)氧氣中混有較多的水蒸氣 排水集氣
2.(1)錐形瓶 排水集氣法
(2)相同條件下,H2O2生成O2的快慢與催化劑的種類有關(guān)
12、(3)質(zhì)量和化學性質(zhì)
(4)H2O2生成O2的快慢與溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)有關(guān)(合理即可) 常溫下,取2瓶質(zhì)量相等,溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不同的H2O2溶液,分別加入質(zhì)量相等的同種催化劑,測量收集一集氣瓶氣體(相同體積)所需的時間
[解析] 采用排水集氣法而非向上排空氣法的原因是易于觀察收集氣體的進程,方便記錄時間。
3.(1)直立型
(2)斜臥型裝置中,加熱時,高錳酸鉀粉末隨氣流帶到試管口附近的(或試管口的棉花團上的)比直立型試管中多,即沒有分解的高錳酸鉀粉末較多
(3)反應中生成的錳酸鉀在較高溫度下受熱分解放出氧氣(或反應中生成的錳酸鉀和二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣) 取一定量的二氧化錳置于
13、試管中,加熱一段時間后,冷卻,稱量剩余藥品的質(zhì)量,若質(zhì)量減少,則小峰的假設成立,反之不成立(或取一定量的二氧化錳置于試管中,加熱一段時間后,把帶火星的木條伸入試管,若木條復燃,說明小峰假設成立,反之不成立)
[解析] (2)高錳酸鉀粉末受熱易飛濺,斜臥型裝置中,隨氣流被帶到試管口附近或試管口的棉花上的高錳酸鉀比直立型裝置中的多,則這部分高錳酸鉀不能分解產(chǎn)生氧氣,所以斜臥型裝置中收集到的氣體總體積多于直立型裝置。(3)因為反應中生成二氧化錳、錳酸鉀和氧氣,錳酸鉀中含有氧元素,所以可能是錳酸鉀在較高溫度下受熱分解放出氧氣,也可能是錳酸鉀和二氧化錳在較高溫度下受熱分解放出氧氣。要驗證小峰的假設是否成立,可進行實驗,稱取一定量的二氧化錳于試管中,加熱一段時間后,冷卻,稱量剩余藥品的質(zhì)量,若質(zhì)量不變,則小峰猜想成立,反之不成立;或稱取一定量的二氧化錳于試管中,加熱一段時間,把帶火星的木條伸入試管中,若木條復燃,證明小峰假設成立,若木條不復燃,則小峰假設不成立。
4.[實驗回顧] (1)4P+5O22P2O5
(2)紅磷量不足
[交流與反思] 更充分消耗氧氣(合理即可)
[實驗探究2] ×100%
[結(jié)論與反思] 鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質(zhì)的混合物
[拓展延伸] 不能;空氣中CO2的含量只有約0.03%,銅無法完全消耗氧氣
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