Question

研究催化剂对化学反应有重要意义。为探究催化剂对双氧水分解的催化效果，某研究小组做了如下实验：

（1）甲同学欲用右图所示实验来证明MnO₂是H₂O₂分解反应的催化剂。该实验          （填“能”或“不能”）达到目的，原因是               。

（2）为探究MnO₂的量对催化效果的影响，乙同学分别量取50 mL 1% H₂O₂加入容器中，在一定质量范围内，加入不同质量的MnO₂，测量所得气体体积，数据如下：

MnO2的质量/g	0.1	0.2	0.4
40s末O2体积/mL	49	61	86

由此得出的结论是            ，原因是              。

（3）为分析Fe³⁺和Cu²⁺对H₂O₂分解反应的催化效果，丙同学设计如下实验(三支试管中均盛有10 mL 5% H₂O₂ ) ：

试管	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
滴加试剂	5滴0.1 mol·L^－1FeCl3	5滴0.1 mol·L^－1 CuCl2	5滴0.3 mol·L^－1 NaCl
产生气泡情况	较快产生细小气泡	缓慢产生细小气泡	无气泡产生

结论是                   ，实验Ⅲ的目的是              。

（4）① 查阅资料得知：将作为催化剂的FeCl₃溶液加入H₂O₂溶液后，溶液中会发生两个氧化还原反应，且两个反应中H₂O₂均参加了反应，试从催化剂的角度分析，这两个氧化还原反应的化学方程式分别是       和        （按反应发生的顺序写）。

② 在上述实验过程中，分别检测出溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，由此得出选择作为H₂O₂分解反应的催化剂需要满足的条件是                。

Answer

（1）不能；因为没有确认MnO2的质量和性质是否改变 （各1分，共2分）

（2）在一定质量范围内，MnO2质量越大，反应速率越快； （1分）

固体质量越大，其表面积也越大，故反应速率加快，催化效果更好。 （2分）

（3）Fe3+和Cu2+对H2O2的分解均有催化作用，且Fe3+比Cu2+催化效果好； （2分）

对比实验，证明Cl－对H2O2的分解没有催化作用。 （2分）

（4）①2FeCl3 + H2O2 = 2FeCl2 + O2↑+ 2HCl （2分）

2FeCl2+H2O2+2HCl = 2FeCl3+2H2O （2分）

② H2O2分解反应的催化剂具有氧化性，且其氧化性强于H2O2；催化剂被还

原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂。 （2分）

【解析】

试题分析：（1）催化剂能改变化学反应速率而本身的质量和性质在反应前后不变。甲同学的实验只能证明加入二氧化锰后产生氧气的速率加快，而没有明确二氧化锰在反应前后的质量和性质是否变化，则该实验不能证明二氧化锰是H2O2分解反应的催化剂。

（2）分析题给数据知随着二氧化锰质量的增加，40s内产生氧气的体积也增加，由此得出的结论是在一定质量范围内，MnO2质量越大，反应速率越快；原因是固体质量越大，其表面积也越大，故反应速率加快，催化效果更好。

（3）分析题给实验现象知，10 mL 5% H2O2分别滴加5滴0.1 mol·L－1 FeCl3、5滴0.1 mol·L－1 CuCl2，前者产生氧气的速率快，结论是Fe3+和Cu2+对H2O2的分解均有催化作用，且Fe3+比Cu2+催化效果好；实验Ⅲ加入5滴0.3 mol·L－1 NaCl，没有气泡生成说明氯离子对过氧化氢的分解没有催化作用，故实验Ⅲ的目的是对比实验，证明Cl－对H2O2的分解没有催化作用。

（4）① 催化剂通过参加化学反应，改变反应历程，降低反应的活化能从而加快化学反应速率，而本身的质量和性质反应前后不变，则反应过程中包括催化剂参加反应的过程和催化剂再生的过程，根据Fe3+和H2O2的性质利用氧化还原反应分析，这两个氧化还原反应的化学方程式分别是2FeCl3 + H2O2 = 2FeCl2 + O2↑+ 2HCl和2FeCl2+H2O2+2HCl = 2FeCl3+2H2O。② 在上述实验过程中，分别检测出溶液中有二价锰、二价铁和一价铜，MnO2、Fe3+和Cu2+被H2O2还原，MnO2、Fe3+和Cu2+的氧化性比H2O2强；然后二价锰、二价铁和一价铜又被H2O2氧化为MnO2、Fe3+和Cu2+。由此得出选择作为H2O2分解反应的催化剂需要满足的条件是H2O2分解反应的催化剂具有氧化性，且其氧化性强于H2O2；催化剂被还原后所得物质又能被H2O2氧化生成催化剂。

考点：考查化学实验探究，催化剂对化学反应速率的影响。