初中化学纯碱的制取探究题

(5分)实验创新是中学生最为重要的科学素养．下图是某学校师生对“MnO₂催化H₂O₂分解实验装置的创新设计”，实验过程如下：
①将一支球形干燥管水平放置，用滴管吸取3ml(密度为lg/ml)质量分数为5%的H₂O₂加入干燥管的球泡内，再用药匙取0.2gMnO₂粉末，加在干燥的进气管的管壁上。
②点燃橡胶塞上固定的棒香后，塞紧干燥管并将其竖立，观察现象。
请分析回答：
（1）可观察带到火星的棒香立即　                     　。
（2）写出上述实验发生的化学反应方程式　                              　。
（3）下列各项是同学们对该创新实验的评价，你认为评价不合理的是　 　。(填序号)

A．实验中所用的仪器、材料及药品均易得到

B．实验使用的药品用量太大

C．反应速度太慢，耽误时间

D．实验现象明显，整个装置好似点燃的灯塔，趣味性强

甲同学误把H₂O₂溶液当作酸与Fe₂O₃粉末混合，发现有大量气泡产生。他联想到MnO₂可作为H₂O₂分解的催化剂，那么，Fe₂O₃能否作为H₂O₂分解的催化剂呢？请你一起参与探究，并填写下列空白。
【猜想】Fe₂O₃能作为H₂O₂分解的催化剂。
【实验验证】甲同学依次设计了三个实验：
实验一 取一定量的H₂O₂溶液于试管中,观察到有极少量气泡产生，伸入带火星的木条，没有复燃。说明H₂O₂溶液常温下缓慢分解。
实验二 在实验一的试管中加入W g Fe₂O₃粉末，有大量气泡产生，然后伸入带火星的木条，木条复燃。说明                                            ；
实验三 待反应结束后，将试管里的不溶物滤出，并洗涤、干燥、称量,固体质量仍为W g。说明                                                          ；
【实验结论】甲同学认为，Fe₂O₃粉末可以作为H₂O₂分解的催化剂。
【反思评价】乙同学认为要证明甲同学的结论正确，仅做这三个实验还不充分，需要再补充一个探究实验。探究                                            。
【拓展】下表是丙同学探究影响H₂O₂分解因素时所记录的部分数据，通过对数据分析，你能得出什么结论？                                                。
用足量等体积H₂O₂溶液制取相同体积O₂所需的时间：

根据下列实验装置图填空

（2）实验室用KMnO₄制取较纯净的O₂，应选用的发生装置为        （填字母序号，下同），收集装置为       ，取用KMnO₄药品时，应选用仪器        把药品小心地送至试管底部，写出该反应的化学方程式                                。
（3）组装发生装置D时，下列仪器用品的组装正确顺序是：铁架台 → 木块 →      →       。
①试管   ②酒精灯 （填写序号，此小题共1分）
（4）注射器C可用于检查装置E的气密性，步骤如下：
①向锥形瓶中加入少量水至         处。 
②将注射器C连接到装置E的导管口处，向前推进注射器活塞，若看见（填字母）         时，则说明E装置气密性良好。
A．长颈漏斗口有气泡冒出  B．锥形瓶中液面上升  C．长颈漏斗中液面上升，并形成稳定水柱
（5）常温下，硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的气体，能溶于水，密度大于空气，实验室通常在常温下用硫化亚铁固体（FeS）和稀硫酸反应制得，同时生成硫酸亚铁，则从上面装置中选择的发生和收集装置组合为_______，化学反应方程式                               。
（6）在实验室中，I装置被称做“万能瓶”，具有多种用途，仔细观察装置的特点回答下列问题：

①实验室收集气体若用I装置替代G装置，
则气体应从          口进入（填a或b）。
②从J、K装置中任选一个，阐述该装置的
用途：                                 。

小明参观某养鱼池时，好奇地发现农民向养鱼池撒一种叫做过氧化钙的淡黄色
固体，用来增加鱼池中的含氧量。小明刚学完氧气的实验室制法，于是他想可否用过氧化钙制取氧气。
【提出问题】过氧化钙可否用于制取氧气？
【查阅材料】部分内容如下：过氧化钙（CaO₂）室温下稳定，在300℃时分解生成氧气，可做增氧剂、杀菌剂等。
【猜想与验证】
小明依据上述材料，提出猜想Ⅰ：                       ，然后进行以下实验：

实验装置	实验主要过程
	检验装置气密性。 加入过氧化钙于试管中，加热，导管口有大量气泡冒出。 收集满一瓶气体。 ④ 停止加热。熄灭酒精灯前，应___________________。 ⑤ 检验气体。方法是______________________。

（2）小明联想到农民用过氧化钙增加鱼池中的含氧量，提出猜想Ⅱ。
猜想Ⅱ：过氧化钙与水反应可制取氧气

检验装置气密性。 ② 加入过氧化钙和水后，有少量细小气泡缓慢放出，在导管口几 乎收集不到气体。该装置放置到第二天，集气瓶只收集到极少量 气体，振荡试管后仍有少量细小气泡缓慢放出。

【实验结论】不能用过氧化钙与水反应制取氧气。
【分析与反思】
①虽然没有快速收集到大量氧气，但由此实验现象，小明认为农民用过氧化钙做增氧剂的主要原因是________________________。
②小明希望对此实验进行改进，使该反应加快，你能帮他提出建议吗？你的合理建议：
_________________________。
以上建议是否可行，还需进一步通过实验验证。

针对利用双氧水和二氧化锰制取氧气的实验，请结合如图1所示的常用的仪器和装置。回答有关问题：

（1）配制溶液：若配制60g溶质质量分数为5%的双氧水溶液，需要30%的双氧水溶液    g。在量取水的操作中，当水面接近所需刻度时，应改用     （填仪器名称）加水至所需刻度。
（2）贴标签：将配制好的溶液装入试剂瓶中，请在如图2所示的标签内填入试剂瓶所贴标签的内容。
（3）根据反应原理选仪器：用双氧水和二氧化锰制取氧气，该反应的化学方程式是                。其发生装置和收集装置可选择上图中的    （填序号）组合。
（4）实验步骤：
①检查氧气发生装置的        。
②装药品：先往容器中装入固体粉末，再装入液体试剂。
③收集气体，并用带火星的木条来验满。验满的方法是利用氧气具有         的性质。
④回收处理二氧化锰：把氧气发生装置容器内的残留物经         （写操作名称）洗涤、干燥回收二氧化锰。

学校化学兴趣小组的同学知道二氧化锰能作过氧化氢（H₂O₂）分解的催化剂后，想再探究其他一些物质如Al₂O₃是否也可作过氧化氢分解的催化剂。请你一起参与他们的探究过程，并填写下列空白。
【提出问题】Al₂O₃是否可以作过氧化氢分解的催化剂呢？
【作出猜想】Al₂O₃可能可以作过氧化氢分解的催化剂。
【实验验证】

	实验步骤	实验现象	实验结论
实验一		有少量气泡 木条不复燃	常温下过氧化氢溶液分解速率很慢
实验二	在装有过氧化氢溶液的试管中加入少量 Al2O3，然后将带火星的木条伸入试管中	产生大量的气泡 木条复燃

【得出结论】Al₂O₃能加快过氧化氢的分解速率，故Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂．
【反思提高】经过讨论，有的同学认为只有上述两个证据，不能证明Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂，还要补充一个探究实验三：
实验三：【实验目的】探究                       
【实验步骤】①准确称量Al₂O₃（少量）的质量；②完成实验二；③待反应结束，将实验二试管里的物质进行过滤，洗涤，干燥，称量；④对比反应前后Al₂O₃的质量。
【交流讨论】如果Al₂O₃在反应前后质量不变，则说明Al₂O₃可以作过氧化氢分解的催化剂。
【提出新的问题】但小华认为，要证明猜想，上述三个实验还不足够，还需要再增加一个探究实验：探究                       。通过补充实验，证明Al₂O₃能作过氧化氢分解的催化剂，请你写出实验二中的化学反应方程式                     。

针对利用双氧水和二氧化锰制取氧气的实验，请结合下图所示常用仪器和装置，回答有关问题：

（1）配制溶液：若配制60g溶质质量分数为5%的双氧水溶液，需要30%的双氧水溶液       g，需要加入水的体积为      mL。在量取水的操作中，当水面接近所需刻度时，应改用       （填仪器名称）加水至所需刻度。
（2）贴标签：将配制好的溶液装入试剂瓶中，请在如图所示的标签内填入试剂瓶所贴标签的内容。

（3）选仪器：用双氧水和二氧化锰制取氧气，该反应的化学方程式是            ，其发生装置和收集装置可选择上图中的     （填序号）组合，从所选的装置组合中选择一种仪器，写出它的名称       ，简要说出它的用途       。
（4）实验步骤：
①检查氧气发生装置的       。
②先往容器中装入固体粉末，具体的操作方法是          ，再装入液体试剂。
③收集气体，并用带火星的木条来验满。验满的方法是利用氧气具有      的性质。
（5）回收处理：把氧气发生装置容器内的残留物经      （写操作名称）、洗涤、干燥回收二氧化锰。

利用下列所示仪器、药品（及其它必要物品）设计制取氧气和试验其性质的实验对比方案。

（1）对比加入试剂顺序对于制取氧气反应速率的影响

方法一：把二氧化锰加入装有过氧化氢溶液的试管中	方法二：把过氧化氢溶液缓缓加入盛有少量二氧化锰的试管中
现象：方法一中，立即产生大量的气泡，一会儿，产生气泡的速度越来越慢； 方法二中，持续并均匀地产生气泡；
结论：方法__① ____可以得到平稳的氧气流。通过对比实验可知，对于固体和液体反应制取气体时，加入试剂的顺序对反应速率有影响，若想得到平稳的气流，应该先加___②____，（填“固体”或“液体”，下同）然后再缓缓加入 _____③_____

 
（2）对比不同反应物制取氧气的反应速率

反应物药品的名称	反应的文字表达式	填选用制取和收集装置的仪器名称
方法一：过氧化氢溶液、二氧化锰	①_____________________	试管（带支管）、注射器、__②____
方法二：氯酸钾、二氧化锰	③___________________	此空不用填
结论：对比两种制取氧气的方法，方法一更简单。因为同样在二氧化锰的催化剂下，该方法制取氧气反应迅速，______ ④    _________。

 
（3）对比硫在空气里与在氧气中燃烧的现象

实验名称	操作步骤	实验现象
硫在空气里燃烧	取少量的硫粉于燃烧匙中，把燃烧匙放置在外焰上加热至硫粉燃烧起来，观察现象	①_____________________
硫在氧气中燃烧	②_____________________	硫在氧气中燃烧更剧烈，发出_____③____火焰，放热，生成有刺激性气味的气体
结论：条件（如浓度、温度）对化学反应是有影响的。硫在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈，是因为空气中_________④_________相对较少。

以下是实验室制取气体常用的化学仪器，请回答下列问题．

（1）写出指定仪器的名称：①　_________　，②　_________　；
（2）实验室制取二氧化碳时，应选用的仪器是　_________　（填字母），有关反应的化学方程式是　_________　；某同学将燃着的小木条放在集气瓶口，始终未看到小木条熄灭，出现这种情况的原因可能是　_________　（写出一条）；
（3）实验室用以上提供的仪器制取氧气，反应的化学方程式是　_________　．

过氧化氢溶液在二氧化锰作催化剂的条件下能迅速分解,分液漏斗可以通过调节活塞控制液体的滴加速度,请根据下图回答以下问题:
 
(1)分液漏斗中应放入的物质是____      ___,锥形瓶中应放入的物质是___          
(2)写出用该方法制取氧气的化学反应文字表达式：                             ； 要收集一瓶纯净的氧气,应选择装置         (填字母)；
(3)某同学观察到锥形瓶内有大量气泡时,开始用B装置收集氧气,过一段时间后用带火星的木条伸入瓶口、瓶中和瓶底，都末见木条复燃。其原因可能是_______ ________             __                     

（一）请结合下列实验常用装置，回答有关问题．

（1）写出标号仪器的名称a            
（2）如若用氯酸钾固体加热制取氧气，发生装置应选用____________（选填装置序号）。
（3）实验室用过氧化氢制较纯净的氧气，制取气体时，组装好仪器后，应先____________，再添加药品；收集氧气时，应选用的收集装置是          (填字母)，反应的文字表达式是                   ；若选择装置H收集氧气(H中原来是空气且正放)，则气体从_______管（选填“c”或“d”）进入；
（4） 图中D装置比B装置多用一支小试管，D装置的优点有
①可控制反应的开始和结束       ②节约药品      ③可形成液封防止漏气
（二）实验是科学探究的重要方法，如图是测定空气中氧气含量实验的装置图，请结合图示回答有关问题．

（1）根据下表提供的实验数据，完成下表．

硬质玻璃管中 空气的体积	反应前注射器中 空气体积	反应后注射器中 气体体积	实验测得空气中 氧气的体积分数
25mL	15mL	9mL

（2）不断推拉注射器的目的是
（3）若实验测得的结果偏小（氧气的体积分数小于21%），可能的原因有哪些？（列举一条）
（4）反应结束后要将气球内的气体挤出，否则测得的结果             （填偏大、偏小或不变）

某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究。
【提出问题】①氧化铜是否也能做氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果好？
【查阅资料】研究表明，许多金属氧化物对氯酸钾的分解有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示：

实验室用氯酸钾制取氧气，如果不用二氧化锰作催化剂，最好选用的金属氧化物是     。
【设计并完成实验】Ⅰ．将3.0g氯酸钾放在试管中加热
Ⅱ．将3.0g氯酸钾与1.0g二氧化锰均匀混合加热
Ⅲ．将X g氯酸钾与1.0g氧化铜均匀混合加热
【实验现象分析】Ⅲ中X的值应为          ，实验Ⅰ和Ⅲ比较可证明                    。将实验Ⅲ反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，若称量得到1.0g黑色粉末，再将黑色粉末和Xg氯酸钾混合加热，现象与实验Ⅲ相同，这些步骤是为了证明氧化铜在该化学反应前后         和          都不变。
【结论】氧化铜也能作氯酸钾分解的催化剂，实验Ⅲ中的化学反应的符号表达式为             。
【实验反思】实验Ⅱ和Ⅲ对比的目的是                          。
【提出问题】②MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应有何影响？

【设计并完成实验】利用图甲装置探究“MnO₂的用量对 H₂O₂分解反应的影响”，实验中为3%H₂O₂溶液，装置中产生氧气的量可以用压强传感器测出（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。）
【讨论交流】（1）图乙是“0.1克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                    。
（2）当用“3%H₂O₂溶液8毫升与不同质量的MnO₂混合”时，得到如图丙所示的曲线。曲线的斜率显示，当MnO₂的用量增加到0.08克时，分解速度达到实验要求。在此实验条件下，若MnO₂的质量有4克（一药匙），就能使下图          （填字母）烧杯中所装的3%H₂O₂溶液，其分解速度最接近实验要求。

研究和控制化学反应条件有重要意义。
（1）同学们想探究双氧水的溶质质量分数对反应速率的影响。在其他条件相同的情况下进行了三次实验，记录各收集一瓶相同体积氧气所需要的时间。

实验	30%双氧水的质量（ $g$）	加入的水的体积（ $ml$）	二氧化锰质量（ $g$）	收集时间（ $s$）
1	10	40	5	200
2	20	30	5	100
3	30	20		67

①取用二氧化锰的仪器是（选填编号）。

②写出上述反应的化学反应方程式 。
③实验3中，加入的二氧化锰质量为 $g$。
④相同条件下，实验3产生氧气的速率最快，说明。
（2）同学通过查阅资料得知，双氧水在70 ${}^{°}C$以上会较快分解产生氧气。为了验证加 热双氧水也可以产生氧气，同学们选择下图装置（气密性良好）进行实验。实验中观察到试管内产生气泡，但将带火星的木条放在导管口没有复燃，可能的原因是，同学分析原因后，采用了法收集气体，再检验，证明加热双氧水也可产生氧气。

化学教材 “寻找新的催化剂”研究性实验，引起了化学探究小组的兴趣。
【提出问题】（1）氧化铁能否作过氧化氢溶液分解的催化剂？
（2）氧化铁与二氧化锰催化效果哪个好？
【实验探究】

实验步骤	实验现象
①分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入A、B 两支试管中，向A试管中加入a g氧化铁粉末，并分别在A、B两支试管中插入带火星的木条，观察现象。	A试管中产生大量气泡，带火星木条复燃，B试管中的现象
②待A试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管内，如此反复多次实验，观察现象。	试管中均产生大量气泡，带火星木条均复燃
③将实验②中的剩余物小心过滤，并将所得滤渣进行洗涤、干燥、称量，所得固体质量仍为a g。
④分别量取5 mL5%过氧化氢溶液放入C、D 两支试管中，向C试管中加入a g氧化铁粉末，向D试管中加入a g二氧化锰粉末，观察现象。

（1）A中产生的气体是            ；B试管中的现象                      。
（2）实验②、③证明：氧化铁的        和       在反应前后均没有发生变化，可以作过氧化氢分解的催化剂；
（3）写出氧化铁催化过氧化氢分解的文字表达式                                    。
（4）实验设计④的目的是                         ，若实验④观察到D试管中产生气泡的速率更快，由此你可以得到的结论是                                    。

指出下面实验室用高锰酸钾制取氧气的装置图中的三处错误：

a.                                        
b.                                        
c.