过氧化氢化学式为H2O2,俗称双氧水。外观为无色透明液体,是一种强氧化剂,由于其还原产物为水,因此在工业上称为绿色氧化剂。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。在一般情况下会分解成水和氧气,但分解速度极慢,改变条件可以加快反应速度,例如升高温度、加入适当的催化剂(MnO2、某些金属离子如Fe3+、Cu2+等)。
问题1:0.1 g MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中,测得在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。若溶液的体积保持50 mL不变,计算前3 min H2O2的平均速率。(素养角度——证据推理与模型认知)
提示:前3 min H2O2反应放出50 mL O2,H2O2的分解反应为2H2O2
2H2O+O2↑,
则Δn(H2O2)=
×2≈0.004 46 mol,v(H2O2)=
≈
0.03 mol·L-1·min-1。
问题2:为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。
有同学认为上述实验设计不合理,不能得出相应的结论。请简述理由并提出改进措施。(素养角度——科学探究与创新意识)
提示:二者的阴离子不同,对实验会造成干扰。为消除阴离子不同造成的干扰,可将0.1 mol·L-1的FeCl3溶液改为0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液,或者将0.1 mol·L-1的CuSO4溶液改为0.1 mol·L-1的CuCl2溶液。
问题3:某小组拟在同浓度Fe3+的催化下,探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器:30% H2O2溶液、0.1 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
参照下表格式,拟定实验表格,完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据;数据用字母表示)。(素养角度——科学探究与创新意识)
