Question

回归、改进、拓展教材实验，是高考化学实验考查的常见形式。

I．甲组同学在进行《必修二》实验2-5“Fe³⁺离子在H₂O₂溶液分解实验中的催化作用”时，进行了以下探究。基于目前学过的元素周期表的相关知识，该小组推测了同为第四周期第VIII族的Fe、Co、Ni可能有相似的催化机理。

【查阅资料】：钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域。其中Co_xNi_(1-x)Fe₂O₄（其中Co、Ni均为+2价）也可用作H₂O₂分解的催化剂，具有较高的活性。

（1）写出H₂O₂溶液在Fe³⁺催化下分解的化学方程式__________________________________。

（2）①该催化剂中铁元素的化合价为          。

②下图表示两种不同方法制得的催化剂Co_xNi_(1-x)Fe₂O₄在10℃时催化分解6%的H₂O₂溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知：            法制取得到的催化剂活性更高，由此推测Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果更好的是            。

II．乙组同学在进行《选修四》实验2-2“草酸溶液浓度对酸性高锰酸钾溶液褪色时间的影响”时，发现溶液褪色总是先慢后快，该小组设计了如下过程探究其原因：

【查阅资料】KMnO₄溶液氧化H₂C₂O₄的反应历程为（流程中“III”等为Mn的价态）：

【提出假设】假设1：该反应为放热反应

假设2：反应生成的Mn²⁺ 对该反应有催化作用

假设3：K⁺ 对该反应有催化作用

【设计、完成实验】

（3）称取         g草酸晶体(H₂C₂O₄·2H₂O)，配制500 mL 0.10 mol/L H₂C₂O₄溶液。在上述过程中必须用到的2种定量仪器是托盘天平和                    

（4）完成探究，记录数据

实验 编号	烧杯中所加试剂及用量(mL)	控制条件	溶液褪色时间(s)
0.10 mol/L H2C2O4溶液	等浓度 KMnO4溶液	H2O	0.50 mol/L 稀硫酸
1	30	20	30	20		18
2	30	20	30	20	水浴控制温度65 ℃	15
3	30	20	30	20	加入少量MnSO4固体	3.6
4	30	20	x	20	加入5 mL 0.10 mol/L K2SO4溶液	18

仔细阅读分析表中数据，回答问题：

x =         mL，假设__________成立（填“1” 、“2”或“3”）

Answer

（1）2H2O2 2H2O + O2↑

（2）①+3价 ② 微波加热 Co2+ （3）6.3 g 500 mL 容量瓶 （4）25 2

【解析】

试题分析：（1）H2O2溶液在Fe3+催化下分解生成水和氧气，反应的化学方程式为2H2O2 2H2O + O2↑。

（2）①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价，CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2，O为-2价，则Fe的化合价为4×2-(2x+2-2x)÷2=+3；

②过氧化氢的分解速率越大，催化剂活性越高，根据图象可知，x相同时，微波水热法初始速度大于常规水热法，所以微波水热法制得催化剂的活性更高；由图可知，随x值越大，过氧化氢的分解速率越大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化活性更高。

（3）（1）n(H2C2O4)= 0.5L ×0.10mol/L=0.05mol,所以m(H2C2O4·2H2O)= 0.05mol×126g/mol=6.3g，因此要称取6.3g草酸晶体（H2C2O4·2H2O），来配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液；因为要称量6.3g固体物质，要配制500mL溶液，所以在上述过程中必须用到的2种定量仪器是托盘天平和500ml容量瓶。

（4）根据表格数据可知：4与3不同之处就是4中含有一定量的K2SO4溶液，其它都应该相同，忽略溶液的体积变化，则x应该是加入25ml的水；根据1、2可知温度对溶液的褪色时间影响并不大，说明假设1不成立；根据1、3可知当溶液中含有少量的Mn2＋时反应速率大大加快，说明Mn2＋对该反应影响大，是反应的催化剂，假设2成立；根据1、4比较可知K+对该反应无影响，假设3错误。

考点：考查化学探究实验方案的设计与评价。