Question

某校化学兴趣小组在老师指导下，对过氧化氢溶液分解制取氧气进行再探究。

（初步探究）写出实验室用过氧化氢溶液制取氧气的化学方程式：_____。

（继续探究）小组同学通过查阅资料得知，溶液也可作为过氧化氢溶液分解的催化剂，氯化铜溶液中含有H₂O、Cu²⁺、Cl^﹣，到底哪种微粒对过氧化氢溶液的分解起催化作用呢？

（作出猜想）

猜想一：可能是H₂O；

猜想二：可能是_____；

猜想三：可能是Cl^﹣。

（分析交流）猜想一肯定是错误的，因为_____。

（实验探究）为了进一步验证猜想，小组同学设计了如表实验：

实验操作	实验现象
其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入NaCl溶液	无明显变化
其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入Na2SO4溶液	无明显变化
其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入_____（填化学式）溶液	立即产生大量气泡

（结论反思）猜想_____成立。

（拓展应用）与课本中二氧化锰相比，从循环利用的角度分析，_____（填“二氧化锰”或“氯化铜溶液”）更适合作该反应的催化剂。

（深入探究）小组同学查阅了不同金属离子对过氧化氢分解影响的实验资料得知，100℃时，在不同金属离子存在下，纯过氧化氢24h的分解率如表所示。

实验编号	离子	加入量（mg/L）	分解率%
①	无	﹣	2
②	Al^3+	1.0	2
③	Fe^3+	1.0	15
④	Cu^2+	0.1	86
⑤	Cr^3+	0.1	96

（交流反思）实验①的目的是_____，通过以上探究可得出的结论：_____（写一点即可）。

（继续探究）在实验时，小组同学发现实验室氯化铜溶液的颜色有绿色、蓝色等，氯化铜溶液颜色与什么有关呢？

（1）小组同学提出氯化铜溶液的颜色可能与溶液的浓度有关。

（实验）步骤Ⅰ：用托盘天平称取无水氯化铜固体5.0g置于小烧杯中；步骤Ⅱ：往小烧杯中加入一定量的蒸馏水，搅拌，观察溶液的颜色并记录。

室温下的实验现象及数据记录如表：（水的密度为1g/mL）

加入水的体积/mL	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
溶液颜色	深绿	墨绿	墨绿	蓝绿	绿色	深蓝	蓝色	蓝色	浅蓝	淡蓝

a 上述实验可以得到的结论是氯化铜溶液颜色和其浓度有关。

b 仅从上述实验数据判断，为配制蓝色的氯化铜溶液，其溶液中溶质质量分数不超过_____（数据精确到0.1%）。

（2）老师提示氯化铜溶液颜色还与温度有关，请设计实验验证_____。

Answer

Cu2+ 过氧化氢溶液中含有水分子 CuSO4(合理即可） 二 二氧化锰 空白实验，与其他实验做对比 铁离子能够加快过氧化氢的分解速率（其他合理答案即可） 14.3% 将无水氯化铜固体5.0g置于小烧杯中，往小烧杯中加入一定量的蒸馏水，搅拌，观察溶液的颜色并记录，然后垫上石棉网给烧杯中的溶液加热，边加热边观察溶液的颜色并做好记录。

【解析】

过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成水和氧气。

[初步探究]过氧化氢在二氧化锰催化作用下分解生成水和氧气，反应的化学方程式为。

[作出猜想]溶液中存在铜离子、氯离子和水分子，所以可能是铜离子所起的作用；故猜想二：可能是Cu2+。

[分析交流]过氧化氢溶液由过氧化氢和水组成，本身含有水分子，所以水分子不能作为催化剂使用；故原因为过氧化氢溶液中含有水分子。

[实验探究]根据猜想，需要验证氯离子和铜离子的影响，前两步实验，验证钠离子、氯离子和硫酸根都不能影响反应，所以此时需要验证铜离子的影响，因此可以加入硫酸铜溶液，都可以验证铜离子的影响。

实验操作

实验现象

其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入NaCl溶液

无明显变化

其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入Na2SO4溶液

无明显变化

其他条件不变，向过氧化氢溶液中加入CuSO4溶液

立即产生大量气泡

[结论反思]根据实验现象可知，加入铜离子的溶液，过氧化氢溶液产生大量气泡，所以猜想二成立。

[拓展应用]二氧化锰为固体，可以容易与过氧化氢溶液分离，而含铜离子的盐溶液，则无法与过氧化氢溶液分离，不能做到很好的重复利用；故与课本中二氧化锰相比，从循环利用的角度分析，二氧化锰更适合作该反应的催化剂。

[交流反思]①是什么都没添加的空白实验，与后面的实验形成对比，找到影响因素；在①和②的对比实验中，可以看出铝离子加入后，分解率未发生变化，因此证明铝离子不能加快过氧化氢的分解速率；故实验①的目的是空白实验，与其他实验做对比；通过以上探究可得出的结论是铁离子能够加快过氧化氢的分解速率。

[继续探究]（1）从上述实验数据判断，为配制蓝色的氯化铜溶液，其溶液中溶质质量分数不超过。

（2）要验证氯化铜溶液颜色还与温度有关，可将无水氯化铜固体5.0g置于小烧杯中，往小烧杯中加入一定量的蒸馏水，搅拌，观察溶液的颜色并记录，然后垫上石棉网给烧杯中的溶液加热，边加热边观察溶液的颜色并做好记录。