Question

某校化学兴趣小组将用剩的过氧化氢溶液倒入放有生锈铁钉的废液缸中，发现产生了大量的气泡，经检验此气体为氧气．根据学过的知识初步判断，是生锈铁钉中的某种物质加快了过氧化氢的分解，那么究竟是哪种物质加快了过氧化氢的分解速率？请你参与他们的研究，分享和体验探究实验的快乐．
[猜想与假设]
甲同学：铁钉表面的氧化铁加快了H₂O₂的溶液分解．
乙同学：铁钉里的    加快了H₂O₂的溶液分解．
[设计方案和实验]完成下列表格

实验方案	实验现象	结论
方案一：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入2g 氧化铁粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．		甲同学结论成立．
方案二：向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入    粉末，将一根带火星的木条放在试管口，观察现象．	无现象	乙同学结论    ．（填“成立”或“不成立”）

[讨论交流]丙同学认为“方案一”只能说明Fe₂O₃加快了H₂O₂溶液的分解，并不能说Fe₂O₃就一定是催化剂．你是否支持丙同学的观点？    ，如果要证明氧化铁是催化剂，就要设计一个实验来证明，这个实验的设计原理是    ．
（提示：下面小题若答对将奖励4分，但化学总分不超过60分．）
[反思与评价]丁同学仔细观察“方案二”中一直没有现象的试管，过了一段时间后发现试管中也产生了气体，丁同学对此现象进行深入思考和分析，得出可能的原因，你能想出其中的原因吗？    ．

Answer

此题涉及到“寻找新的催化剂”，将生锈的铁钉放到过氧化氢溶液中探究过氧化氢溶液的分解速率，通过[猜想与假设]，再利用[设计方案和实验]，经过[设计方案和实验]的实验过程及现象得出结论，再经过[讨论交流]，知氧化碳能做过氧化氢溶液的催化剂，而铁单质不能做其反应的催化剂，最后通过[反思与评价]对实验中出现的现象进行分析．
【解析】
[猜想与假设]生锈铁钉的组成主要是：氧化铁和铁．甲同学猜想：铁钉表面的氧化铁加快了H2O2的溶液分解，因此乙同学：铁钉里的铁加快了H2O2的溶液分解．
故答案是：铁；
[设计方案和实验]方案一：因甲同学结论成立，所以实验现象为有大量气泡产生，带火星木条复燃；
方案二：根据乙同学的猜想可知，应向盛有10mL 5% H2O2溶液的试管中加入铁粉；没有现象说明乙同学结论不成立；[讨论交流]
“方案一”只能说明Fe2O3加快了H2O2溶液的分解，并不能说Fe2O3就一定是催化剂，因为催化剂除了改变反应的速率之外，它的化学性质和质量在反应前后必须不变；如果要证明氧化铁是催化剂，还需要设计实验验证Fe2O3在反应前后质量和化学性质是否改变；
[反思与评价]“方案二”中一直没有现象的试管，过了一段时间后发现试管中也产生了气体，原因可能是：可能是铁定中的铁单质被过氧化氢氧化变成氧化铁，而后氧化铁再去催化过氧化氢溶液分解；或可能是铁定中的炭被过氧化氢氧化而后其产物再去催化过氧化氢溶液分解．
故答案为：
【猜想与假设】铁；
【设计方案和实验】有大量气泡产生，带火星木条复燃；铁；不成立；
【讨论交流】支持；设计实验验证Fe2O3在反应前后质量和化学性质是否改变；
【反思与评价】可能是铁被过氧化氢溶液氧化成氧化铁，后来氧化铁催化过氧化氢溶液分解或可能是铁钉中碳被过氧化氢溶液氧化，其产物催化过氧化氢溶液分解．