Question

在过氧化氢溶液的分解反应中，某化学兴趣小组发现：除了二氧化锰，硫酸铜溶液也能对H₂O₂的分解起催化作用。对此，他们进行了有关探究。

（提出问题）CuSO₄溶液是混合物，是其中哪一种成分起到了催化作用呢？

（查阅资料）①稀硫酸中主要含有H₂O、H⁺、SO₄²⁻三种微粒。

②CuSO₄溶液中主要含有H₂O、Cu²⁺、SO₄²⁻三种微粒。

（作出猜想）根据以上信息，同学们作出了如下三个猜想：

Ⅰ：SO₄²⁻催化分解H₂O₂     Ⅱ：Cu²⁺催化分解H₂O₂     Ⅲ：H₂O催化分解H₂O₂

（1）其中，明显不合理的是_______（填序号），理由是_______。

（实验验证）

（2）为了验证自己的猜想，同学们设计了如下两个实验（所取H₂O₂溶液的浓度相同）：

操作	现象	结论
取5 mL H2O2溶液于试管中，滴入少量的稀硫酸，伸入带火星的木条	_______	SO4^2−对H2O2的分解不起催化作用
_______	产生大量气泡，带火星的木条复燃	_______

（实验拓展）

实验一：用图甲装置探究影响H₂O₂分解速率的因素，得到图乙、图丙所示曲线（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）。

（3）写出图甲中反应的化学方程式_______。

（4）图乙是“0.1 g 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_______。

（5）图丙是用“8 mL浓度为3%的H₂O₂溶液与不同质量的MnO₂混合”时，所得到的曲线，通过该曲线可以得到的结论是_______。

实验二：用图丁装置探究氧气的浓度对燃烧的影响。点燃蜡烛后立即塞紧橡皮塞，待蜡烛熄灭后，将滴管中的水全部滴入瓶中，铝盒中的白磷燃烧。

（6）白磷燃烧的主要现象是_______。

（7）由“蜡烛熄灭，白磷燃烧”可得出的结论是_______。

（8）滴入水后白磷燃烧的原因是_______。

Answer

Ⅲ H2O2溶液中就含有H2O，但并未加快产生气泡的速率 无明显气泡，带火星木条未复燃 取5 mL H2O2溶液于试管中，滴入少量CuSO4溶液，伸入带火星木条 Cu2+对H2O2的分解起催化作用（或猜想Ⅱ正确） 2H2O2 2H2O + O2↑（催化剂可写为“MnO2”） 过氧化氢用量越多，产生氧气越多（或其它合理答案） MnO2的质量越大，产生氧气的速率越快（或其它合理答案） 产生白烟，放出热量 蜡烛燃烧所需氧气浓度比白磷燃烧所需氧气浓度要高（或蜡烛熄灭后，集气瓶中仍有氧气） 生石灰与水反应放热，使温度达到了白磷着火点

【解析】

（1）猜想Ⅲ不可能的原因是H2O2中本来就有水，但没有加快产生气泡；

（2）滴入稀硫酸的目的是提供氯离子，结果木条没复燃，说明不是SO42−起的催化作用；在排除了SO42−、H2O的干扰后，显然是Cu2+的作用，通过模仿实验一的方案设计可以选出加入的物质是CuSO4溶液，能够提供铜离子，进一步验证是Cu2+起的催化作用；

（3）装置甲中过氧化氢在二氧化锰的催化作用下反应生成水和氧气，发生反应的化学方程式为：2H2O2 2H2O + O2↑；

（4）图1乙是“0.1gMnO2与不同体积的 3%H2O2溶液混合”的实验结果，从图中可以看出过氧化氢溶液越多，产生氧气越多；

（5）图丙是用“8mL浓度为3%的H2O2溶液与不同质量的MnO2混合”时，所得到的曲线，通过该曲线可知，在过氧化氢溶液的质量与浓度相同的条件下，二氧化锰的质量越大，生成氧气的速率越快；

（6）白磷燃烧，放出热量的同时产生了白烟；

（7）蜡烛熄灭后，白磷仍然能够在集气瓶中燃烧，说明蜡烛熄灭后，集气瓶中仍然含有氧气；

（8）在该实验中，生石灰的主要作用是：生石灰与水反应放出大量的热，温度达到了白磷的着火点，引燃白磷。