Question

【題目】某興趣小組在制取氧氣的實驗過程中，有如下實驗設計方案，該方案的實驗目的是：探究氯酸鉀和二氧化錳的質量比對反應速率的影響。

編號	溫度	催化劑	氯酸鉀、二氧化錳的質量比	生成1升氧氣所需時間/s
實驗Ⅰ	400℃	MnO2	1:1	153
實驗Ⅱ	400℃	MnO2	2:1	240

小芳在實驗時，誤把氧化銅當作二氧化錳放入加熱，結果發現也能較快產生氧氣，于是進行如下探究：

猜想Ⅰ：除二氧化錳、氧化銅外，氧化鐵(Fe2O3)也可以作氯酸鉀分解的催化劑。

【設計實驗】

按下表進行實驗，并測定開始產生氣體時的溫度(提示：開始產生氣體的溫度越低，表示反應速度越快)。

實驗編號	實驗藥品	分解溫度(℃)
①	氯酸鉀	580
②	氯酸鉀和二氧化錳(質量比1︰1)	350
③	氯酸鉀和氧化銅(質量比1︰1)	370
④	氯酸鉀和氧化鐵(質量比1︰1)	390

【數據和結論】

(1)由實驗__________與實驗④對比，證明猜想合理；(2)實驗所用的三種物質中，催化效果最好的是_________。

【反思】

若要證明氧化鐵是該反應的催化劑，還需驗證它在化學反應前后的_______和_________是否改變。小林在實驗時，聯想到了漁民用過氧化鈣(CaO2)增加魚池中的含氧量，提出猜想Ⅱ。

猜想Ⅱ：過氧化鈣與水反應可制取氧氣。

實驗裝置	實驗主要過程
	①檢查裝置氣密性。 ②加入過氧化鈣和水后，有少量細小氣泡緩慢放出，在導管口幾乎收集不到氣體。該裝置放置到第二天，集氣瓶中只收集到極少量氣體，震蕩試管后仍有少量細小氣泡緩慢放出。

實驗結論：過氧化鈣與水反應可制取氧氣。

【分析與反思】

(1)同學們對過氧化鈣與水反應的生成物猜想如下：①氫氧化鈣和氧氣②碳酸鈣和氧氣你認為猜想_______(填序號)一定是錯誤的，理由是____________________________，

(2)過氧化鈣與水反應雖然沒有快速收集到大量氧氣，但過氧化鈣在水中持續、緩慢放出氧氣，因此小林認為漁民用過氧化鈣做增氧劑。寫出此反應的符號表達式______________________。

(3)小林希望對此實驗進行改進，使該反應加快，請你幫他提出合理化建議_________________。

【計算】該興趣小組的同學們購得用于增氧的過氧化鈣產品(雜質不含鈣元素)，標簽如圖所示。試計算：

(1)過氧化鈣中氧元素的化合價___________________；

(2)過氧化鈣中鈣元素與氧元素的質量比為_______；

(3)100g過氧化鈣中鈣元素質量為______________；

(4)該產品中過氧化鈣的質量分數至少為_______。

Answer 1

【答案】 ① 二氧化錳 質量 化學性質 ② 反應前后元素種類不變 略 加熱過氧化鈣和水的混合物(或向過氧化鈣和水的混合物中加入催化劑) -1 5：4 55.6g 72%

【解析】探究氯酸鉀和二氧化錳的質量比對反應速率的影響。誤把氧化銅當作二氧化錳放入加熱，結果發現也能較快產生氧氣。猜想Ⅰ：除二氧化錳、氧化銅外，氧化鐵(Fe2O3)也可以作氯酸鉀分解的催化劑。【設計實驗】【數據和結論】(1)由實驗①與實驗④對比，證明猜想合理；(2)實驗所用的三種物質中，催化效果最好的是二氧化錳，所需溫度最低。【反思】

若要證明氧化鐵是該反應的催化劑，還需驗證它在化學反應前后的質量和化學性質是否改變。聯想到了漁民用過氧化鈣(CaO2)增加魚池中的含氧量，提出猜想Ⅱ。猜想Ⅱ：過氧化鈣與水反應可制取氧氣。實驗結論：過氧化鈣與水反應可制取氧氣。【分析與反思】(1) 過氧化鈣與水反應的生成物猜想如下：①氫氧化鈣和氧氣②碳酸鈣和氧氣。猜想②一定是錯誤的，理由是反應前后元素種類不變。(2) 過氧化鈣在水中持續、緩慢放出氧氣，此反應的符號表達式∶CaO2 ＋H2O→Ca﹙OH﹚2 ＋O2↑。(3) 對此實驗進行改進，使該反應加快，合理化建議∶①加熱過氧化鈣和水的混合物②向過氧化鈣和水的混合物中加入催化劑。【計算】試計算：(1)過氧化鈣中氧元素的化合價∶﹙＋2﹚＋2x＝0,x＝－1價；(2)過氧化鈣中鈣元素與氧元素的質量比為∶40∶16×2＝5：4；(3)100g過氧化鈣中鈣元素質量為∶100g× ×100％＝55.6g；(4)該產品中過氧化鈣的質量分數至少為∶Ca至少為40％，CaO2 相對房子質量是72，過氧化鈣的質量分數至少為72％。

點睛∶這是一道綜合題，二氧化錳是氯酸鉀受熱分解的催化劑，但不是唯一的催化劑。