Question

11．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）甲同學欲用圖所示實驗來證明MnO₂是H₂O₂分解反應的催化劑．該實驗不能（填“能”或“不能”）達到目的，原因是因為沒有確認MnO₂的質(zhì)量和性質(zhì)是否改變．
（2）為探究MnO₂的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(zhì)量范圍內(nèi)，加入不同質(zhì)量的MnO₂，測量所得氣體體積，數(shù)據(jù)如下：

MnO2的質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.4
40s末O2體積/mL	49	61	86

由此得出的結(jié)論是在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，MnO₂質(zhì)量越大，反應速率越快，原因是固體質(zhì)量越大，其表面積也越大，故反應速率加快，催化效果更好．
（3）為分析Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解反應的催化效果，丙同學設(shè)計如下實驗（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(chǎn)生氣泡情況	較快產(chǎn)生細小氣泡	緩慢產(chǎn)生細小氣泡	無氣泡產(chǎn)生

結(jié)論是Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂的分解均有催化作用，且Fe³⁺比Cu²⁺催化效果好，實驗Ⅲ的目的是對比實驗，證明Cl^-對H₂O₂的分解沒有催化作用．
（4）①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(fā)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（按反應發(fā)生的順序?qū)懀��?br />②在上述實驗過程中，分別檢測出溶液中有二價錳、二價鐵和一價銅，由此得出選擇作為H₂O₂分解反應的催化劑需要滿足的條件是H₂O₂分解反應的催化劑具有氧化性，且其氧化性強于H₂O₂；催化劑被還原后所得物質(zhì)又能被H₂O₂氧化生成催化劑．

Answer 1

分析 （1）要證明MnO₂是H₂O₂分解反應的催化劑，必須證明催化劑在反應前后的性質(zhì)和質(zhì)量不改變；
（2）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，二氧化錳質(zhì)量的增加，相同時間內(nèi)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(jié)論；
（3）從所給的數(shù)據(jù)可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產(chǎn)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）①根據(jù)化合價的升降和催化劑會參加反應，但最終性質(zhì)和質(zhì)量不改變寫出反應方程式；
②二價錳、二價鐵和一價銅都是化合價降低得到的，說明二氧化錳、Fe³⁺、Cu²⁺得到電子，作氧化劑，將雙氧水氧化，還原得到的二價錳、二價鐵和一價銅又被雙氧水氧化成二氧化錳、Fe³⁺、Cu²⁺．

解答 解：（1）要證明MnO₂是H₂O₂分解反應的催化劑，必須證明催化劑在反應前后的性質(zhì)和質(zhì)量不改變，而甲同學沒有做這方面的實驗，所以不能達到目的，
故答案為：不能；因為沒有確認MnO₂的質(zhì)量和性質(zhì)是否改變；
（2）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，二氧化錳質(zhì)量的增加，相同時間內(nèi)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(zhì)量范圍內(nèi)，固體質(zhì)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(zhì)量范圍內(nèi)，MnO₂質(zhì)量越大，反應速率越快；固體質(zhì)量越大，其表面積也越大，故反應速率加快，催化效果更好；
（3）從所給的數(shù)據(jù)可知：試管Ⅰ、試管Ⅱ所用試劑的濃度、用量完全一樣，產(chǎn)生氣泡是試管Ⅰ快，試管Ⅱ慢，試管Ⅲ無氣泡產(chǎn)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(jié)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）①根據(jù)化合價的升降和催化劑會參加反應，但最終性質(zhì)和質(zhì)量不改變寫出反應方程式，F(xiàn)eCl₃和H₂O₂反應，F(xiàn)eCl₃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：2FeCl₃+H₂O₂=2FeCl₂+O₂↑+2HCl  2FeCl₂+H₂O₂+2HCl=2FeCl₃+2H₂O；
②二價錳、二價鐵和一價銅都是化合價降低得到的，說明二氧化錳、Fe³⁺、Cu²⁺得到電子，作氧化劑，將雙氧水氧化，還原得到的二價錳、二價鐵和一價銅又被雙氧水氧化成二氧化錳、Fe³⁺、Cu²⁺，由此得出選擇作為H₂O₂分解反應的催化劑需要滿足的條件是H₂O₂分解反應的催化劑具有氧化性，且其氧化性強于H₂O₂；催化劑被還原后所得物質(zhì)又能被H₂O₂氧化生成催化劑，
故答案為：H₂O₂分解反應的催化劑具有氧化性，且其氧化性強于H₂O₂；催化劑被還原后所得物質(zhì)又能被H₂O₂氧化生成催化劑．

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(zhì)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(jié)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．