2022年中考化学专题复习热点题型解读催化剂探究

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催化剂探究 例1  小明进行H2O2溶液制O2的实验探究。结合下列过程，回答有关问题。(1)MnO2作催化剂向5mL5%的H2O2溶液中加入少量MnO2 ，立即产生大量气泡。①写出用H2O2溶液制备O2的化学方程式：____________。②用上述反应原理制备并收集一瓶干燥的O2，从所给装置图中选择并组装一套装置，其连接顺序为____________→____________→____________(填标号)。为了确保实验成功，在装药品之前应该____________。③检验O2的方法是____________，若木条复燃，则证明收集的气体为O2。(2)FeCl3溶液做催化剂     向5mL5%的H2O2溶液中加入2滴一定浓度的 FeCl3溶液，立即产生大量气泡。【已知】FeCl3溶液中主要含有三种微粒：H2O、Fe3+、Cl－【问题】那种微粒对H2O2溶液的分解起催化作用？【假设】假设一：可能是H2O            假设二：可能是Fe3+假设三：可能是Cl－ 【分析】①假设一不可能成立，理由是____________。【实验】操作现象其他条件不变，向H2O2溶液中加入NaCl溶液无明显变化其他条件不变，向H2O2溶液中加入Na2SO4溶液无明显变化其他条件不变，向H2O2溶液中加入Fe2(SO4)3溶液立即产生大量气泡【结论】②假设____________成立，而假设一和另一种假设不成立。(3)催化剂比较从循环利用的角度分析，____________(填化学式)更适合做该反应的催化剂。解析  (1)①实验室用过氧化氢制取氧气的化学方程式为2H2O22H2O + O2↑； ②过氧化氢制取氧气为固体与液体在常温下反应，故发生装置选择B，由于要制取干燥的氧气，这需要浓硫酸进行干燥，故需要连接装置C，收集干燥的氧气，故只能使用排空气法进行收集，氧气的密度比空气的密度大，故选用向上排空气法进行收集，故选用E；所有涉及气体生成并收集的化学实验，均需要检查装置的气密性；③检验氧气的方法是将带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃，则表示集满。(2)①若假设一成立，由于过氧化氢溶液中溶剂是水，故过氧化氢溶液就自动快速分解了；②实验顺序1中排除了Cl－；实验顺序2中排除了SO42－；实验顺序3中则证明了Fe3+能加速H2O2的分解速率，故假设二成立；(3)相对于FeCl3而言，MnO2是固体，不溶于水，能回收，故MnO2更好。答案  (1)①2H2O22H2O + O2↑  ②B  C  E  检查装置的气密性  ③将带火星的木条伸入集气瓶中  (2)①过氧化氢溶液中溶剂是水  ②二  (3)MnO2例2  某兴趣小组提供了一些气体制备和收集的实验装置，如图所示：按要求回答下列问题：(1)a仪器的名称是___________；(2)若要用过氧化氢溶液和二氧化锰为原料制取氧气，应选用的发生装置为_______(填字母编号)，若要收集到干燥的氧气则收集装置为_______(填字母编号)。(3)用氯酸钾和二氧化锰为原料制取氧气，其中二氧化锰是催化剂，反应的化学方程式为___________。为了证明二氧化锰的催化作用，进行了如下实验：①加热ag氯酸钾；②加热ag氯酸钾和bg二氧化锰混合物，充分反应后，将剩余固体进行溶解、_____、洗涤……称量。为了直观对比实验①、②产生氧气的快慢，应用装置________(填字母编号)收集氧气。若①氯酸钾的分解速率比②明显减慢，且②中最后称得固体质量为______g，则证明二氧化锰作催化剂。解析  (1)仪器a是集气瓶。(2)用过氧化氢溶液和二氧化锰为原料制取氧气属于固液常温型，所以选择装置B来制取；氧气的密度比空气大，所以可用向上排空气法来收集，此方法的优点是收集的氧气比较干燥；氧气不易溶于水，所以还可用排水法来收集氧气，此方法的优点是收集的氧气比较纯净。(3)氯酸钾在二氧化锰作催化剂，加热的条件下分解为氯化钾和氧气。二氧化锰是难溶水的黑色粉末，氯化钾能溶于水，所以可将剩余固体进行溶解、过滤、洗涤…称量。为了直观对比实验①、②产生氧气的快慢，应用装置C来收集氧气，根据产生气泡的快慢来判断。由催化剂的特点可知，其质量在反应前后不变，所以②中后称得固体质量为b g。答案  (1)集气瓶  (2)B  E  (3)2KClO32KCl+3O2 ↑  过滤  C  b例3  某研究小组对过氧化氢溶液制取氧气进行如下探究：实验一：氧气制取和性质实验(1)现有如下装置： ①实验室用过氧化氢溶液制氧气的化学方程式为______________________，应选择的发生装置和收集装置分别是____________(填标号，下同)和____________。②检查B装置气密性的操作是_____________________________。③用收集的氧气进行“铁丝在氧气中燃烧”的实验，观察到的现象是_______________，反应的化学方程式为_______________________。实验二：探究H2O2质量分数、溶液pH、温度对反应速率的影响(2)设计如下表实验方案：实验序号H2O2质量分数/%pH温度/℃每年分钟气泡数130520 230620 3301120 4151130 5a11b ①实验1~3的实验目的是_____________________。②a=____________；b=___________。实验三：探究制取氧气的适宜催化剂(3)实验方案如下：I.用MnO2、CuO、Fe2O3、Cr2O3四种催化剂分别与海藻酸钠溶液混合，滴入氯化钙溶液制成含等质量催化剂、大小相同的海藻酸钠微球，备用。II.取30粒含MnO2的海藻酸钠微球，采用图2装置进行实验。改用其他三种微球，分别重复上述实验，得到图3的锥形瓶内压强随时间变化的曲线图。①每次实验时，海藻酸钠微球数应相同的原因________________________________。②用含MnO2的海藻酸钠微球进行实验，60s时压强瞬间回落，其原因是__________。③从实验曲线看，催化效果较好、反应温和的催化剂是___________________。解析  (1)①实验室用过氧化氢溶液制氧气的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑；过氧化氢溶液为液体，催化剂二氧化锰为固体，反应不需要加热，发生装置选择B；氧气不易溶于水，可以用排水法收集，氧气的密度比空气略大，可以用向上排空气法收集。②检查装置B的气密性时，可以先向长颈漏斗内加水，当没过长颈漏斗的下端管口，将止水夹夹在橡胶管上，继续向长颈漏斗内加水，在长颈漏斗中形成一段水柱，观察液面的变化，若液面不下降证明装置的气密性良好。③铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体；铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，反应的化学方程式为3Fe+2O2Fe3O4。(2)①实验1～3的变量是溶液的pH，因此实验目的为探究溶液的pH对反应速率的影响；②分析实验3～5可知，实验目的是探究过氧化氢溶液的浓度、温度对反应速率的影响，因此控制过氧化氢溶液的浓度不变或温度不变。(3)①为了控制变量，使催化剂用量保持一致，每次实验时海藻酸钠微球数应相同；②用含二氧化锰的海藻酸钠微球进行实验，60s时压强瞬间回落，原因是实验异常；③根据图像可知，氧化铜作催化剂时反应速率较快且反应比较温和。 答案  (1)①2H2O22H2O+O2↑  B  D或E  ②用止水夹夹住橡胶管，往长颈漏斗中加水形成一段水柱，观察水柱是否变化(或其他合理答案)  ③火星四射，生成一种黑色固体  3Fe+2O2Fe3O4   (1)①探究溶液的pH对反应速率的影响(或其他合理答案)  ②15  20(或30  30)  (3)①确保催化剂用量一致(或其他合理答案)  ②产气速率过快，导致气压过大，橡胶塞被弹出(或其他合理答案)  ③CuO例4  某学习小组的同学对过氧化氢分解进行探究。    Ⅰ.【探究一】影响过氧化氢分解快慢的因素分别取5mLH2O2溶液进行实验，测定产生4mLO2所需时间，实验结果记录如下：实验序号H2O2溶液的溶质质量分数%温度℃MnO2粉末用量/g反应时间①30350t1②30550t2③5200.13s④15200.11s(1)对比①②可知，其他条件相同时，温度越高，过氧化氢分解越快，则t1_________t2(填“＞”“=”“＜”)。(2)能说明过氧化氢分解快慢与溶质质量分数有关的实验是_________(填实验序号)，合理的结论是_________。【交流探讨】MnO2属于金属氧化物，其它金属氧化物能否起到类似MnO2的催化作用？Ⅱ.【探究二】探究Fe2O3是否对过氧化氢分解起催化作用 操作步骤实验情况记录结论①      A试管上方带火星的木条未复燃；B中出现气泡快，带火星的木条复燃Fe2O3_________(填“不影响”、“减慢”或“加快”)过氧化氢分解②将B试管中的混合物过滤，把滤渣烘干、_________固体质量0.2gFe2O3质量未变②      C试管上方带火星的木条_________；D试管中溶液变成_________色Fe2O3可作过氧化氢分解的催化剂【得出结论】过氧化氢分解快慢受温度、浓度、催化剂等因素影响。解析  Ⅰ.(1)对比①②可知，其他条件均相同，②实验温度较高，过氧化氢分解较快，因此t2所需时间较短。(2)③④两组实验唯一的不同是过氧化氢溶液溶质质量分数不同，因此能得出过氧化氢分解快慢与溶质质量分数有关；能得出的合理结论是其他条件相同时，H2O2溶液的溶质质量分数越高，过氧化氢分解越快。Ⅱ.①AB两组实验唯一区别是B组实验加了氧化铁，结果A试管上方带火星的木条未复燃，B中出现气泡快，带火星的木条复燃，由此能得出Fe2O3加快过氧化氢分解；②由于实验得出的结论是Fe2O3质量未变，由此该实验操作为称量；③因为Fe2O3可作过氧化氢分解的催化剂，所以其化学性质未变，仍可以使带火星木条复燃；D试管中进行的反应是氧化铁与稀硫酸反应，生成棕黄色的硫酸铁溶液，反应的化学方程式为Fe2O3+3H2SO4═Fe2(SO4)3+3H2O。答案  Ⅰ.(1)＞  (2)③④  其他条件相同时，H2O2溶液的溶质质量分数越高，过氧化氢分解越快  Ⅱ.①加快  ②称量  ③复燃  棕黄 跟踪练习  1.FeCl3溶液能对过氧化氢的分解起催化作用，某小组拟在相同浓度FeCl3溶液的催化下，探究过氧化氢浓度对过氧化氢分解速率的影响。写出本实验发生反应的化学方程式______________。Ⅰ.分别取相同体积、不同浓度的过氧化氢溶液于锥形瓶中，注入相同体积、相同浓度的FeCl3溶液，如图观察到______________，就可以粗略判断，得出实验结果。为进一步判断上述实验结论的准确性，运用上图，小刚同学进行了如下实验方案设计。Ⅱ.[方案一]在不同过氧化氢浓度下，测定收集相同气体体积所需时间。[方案二]在不同过氧化氢浓度下，测定_____________________；方案二的实验测量结果：物理量实验序号30% H2O2溶液的体积(mL)2% FeCl3溶液的体积(mL)加入H2O的体积(mL)反应的时间(min)生成O2的体积(mL)15x205V1210315yV2表中x=_______，y=_______。实验结论：通过测量，若V1_______V2(填“＞”、“=”或“＜”＝，说明______________。2.实验室中常用分解过氧化氢来简便快速的制备氧气，化学小组进一步探究外界条件对过氧化氢分解速率的影响，并进行了氧气的性质实验。[查阅资料]有些水果、蔬菜对过氧化氢的分解有催化作用。[实验探究1]探究苹果和土豆对过氧化氢分解是否有催化作用及催化效果：各量取6ml的过氧化氢溶液，分别倒入1、2、3号三支试管中，取大小、形状基本相同的苹果块和土豆块，分别放入2、3号试管中，并把带火星的木条分别同时伸入三支试管口内，观察现象并记录如下：试管编号123材料名称无苹果土豆实验现象反应速率很慢稍快较快产生气泡很少比1中多较多复燃情况不复燃复燃很快复燃实验结论____________________________[实验探究2]探究浓度对过氧化氢分解速率的影响：取10ml30%的过氧化氢三份，将其中两份分别稀释为不同浓度的溶液，同时测定收集到100ml氧气所用的时间，(其它实验条件均相同)记录如下：实验编号123过氧化氢溶液浓度5%15%30%所用时间（秒）205253实验结论____________________________[实验条件3]用上述收集的仪器与不同位置进行反应，其中有一固体能在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味的气体，该反应的化学方程式为______________。3.利用图甲装置探究“MnO2的用量对H2O2分解反应的影响”，实验中H2O2的溶质质量分数为3%，装置中产生氧气的量可以用压强传感器测出(在等温条件下，产生氧气体积与装置内压强成正比。反应放热忽略不计。)(1)写出装置中发生反应的化学方程式_____________，MnO2在此反应中起______作用。(2)图乙是“0.1克MnO2与不同体积的3%H2O2溶液混合”的实验结果，从图中可以看出____________________________。(3)当用“3%H2O2溶液8毫升与不同质量的MnO2混合”时，得到如图丙所示的曲线。曲线的斜率显示，当MnO2的用量增加到0.08克时，分解速度达到实验要求。在此实验条件下，若MnO2的质量有4克(一药匙)，就能使如图___________(选填字母)烧杯中所装的3%H2O2溶液，其分解速度最接近实验要求。4.小明在学习了“用过氧化氢制取氧气”的知识后，进行如下实验：①按图甲组装实验仪器并进行气密性检查。②取10毫升溶质质量分数为3%的过氧化氢溶液和0.03克二氧化锰装入容器，塞紧橡皮塞，接上压强测量仪(如图乙)。③倾斜装置，使过氧化氢溶液和二氧化锰充分混合，用压强测量仪测量容器内的气压。④分别用0.06克、0.09克和0.12克相同的二氧化锰重复上述实验，整理相关数据如图丙。(1)写出步骤①中检查装置气密性的具体操作及气密性良好的判断依据：____________。(2)实验中，小明用______________来反映产生氧气的多少。(3)本实验除了研究“二氧化锰质量对过氧化氢分解产生氧气质量的影响”外，还可以研究的问题是______________。5.为比较相同浓度的FeCl3溶液和CuSO4溶液对H2O2分解的催化效果，某研究小组进行了如下探究：(1)请写出H2O2分解的化学方程式_______________。【定性研究】(2)如图甲，可通过观察________来定性比较两者的催化效果。【定量研究】(3)如图乙，实验前检查该装置气密性的方法是__________。要定量比较两者的催化效果，可测量生成等体积气体所需的____________。【深入研究】(4)在FeCl3溶液中，究竟是哪种粒子起催化作用呢？猜想1：铁离子(Fe3+)起催化作用；猜想2：___________起催化作用；猜想3：___________起催化作用；……请设计实验，验证猜想1：实验操作实验现象及结论  答案 1. 2H2O2======2H2O+O2↑  水槽中产生气泡的速率和量筒中水的下降速度  相同的反应时间收集气体的体积  3  5  ＜  过氧化氢浓度越高，相同的反应时间，收集到的气体越多2.【实验探究1】苹果、土豆对过氧化氢的分解均有催化作用，但催化效果不同或土豆催化效果较好(一个化学反应可以有多种催化剂，不同催化剂的催化效果不同等合理答案均可)【实验探究2】浓度越大，反应速率越快【实验探究3】S+O2SO2  3.(1)2H2O22H2O+O2↑  催化  (2)H2O2的用量越多，产生的氧气越多  (3)C4.(1)用手捂住锥形瓶，导管口出现气泡，说明装置不漏气  (2)容器内压强的大小  (3)二氧化锰的质量对反应速率的影响5.(1)2H2O22H2O+O2↑  (2)两试管中产生泡的快慢  (3)关闭分液漏斗的活塞(此点不做要求)，将注射器活塞向外拉出一段，松开手一会后若活塞又回到原位，则气密性良好(其他合理答案均可)  时间  (4)氯离子(Cl－)  水分子(H2O)(其他合理答案均可)实验操作实验现象及结论取两支试管，各加入2mL5%的H2O2溶液，再分别加入同浓度、同体积的FeCl3和HCl溶液，观察现象若加入FeCl3溶液的试管中产生气泡更快，则猜想1成立；否则，不能证明猜想1成立(需要进一步探究)