Question

【題目】在老師的指導(dǎo)下，小華和小明利用如圖1所示裝置對氯酸鉀制氧氣進(jìn)行了深入的探究學(xué)習(xí)。

資料：

①氯酸鉀的熔點(diǎn)約為356℃，二氧化錳的分解溫度約為535℃。用酒精燈給物質(zhì)加熱，受熱物質(zhì)的溫度一般約為400℃左右；

②不同配比是指氯酸鉀和二氧化錳混合物中，氯酸鉀和二氧化錳的質(zhì)量比；

③氯酸鉀分解時，傳感器得到氧氣濃度隨溫度的變化示意圖(圖2)及不同配比時氧氣濃度隨溫度的變化示意圖(圖3)如下：

請回答問題：

（1）二氧化錳在535℃以上分解生成四氧化三錳和氧氣，其反應(yīng)方程式為______。

（2）分析圖2，氧氣的濃度隨溫度升高逐漸減小，在380℃突然增大的原因是______

氯酸鉀分解溫度______(填“高于”、“等于”或“低于”)其熔點(diǎn)。

（3）分析圖3，氯酸鉀分解溫度隨物質(zhì)配比變化的規(guī)律是______。

步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
I	檢查氣密性
II	分別在“Y”形管兩側(cè)支管中加入少量的二氧化錳和氯酸鉀塞 緊橡皮塞
III	分別用酒精燈先后加熱二氧化錳和氯酸鉀，用帶火星木條放在 導(dǎo)氣管口。	加熱左側(cè)支管，可觀察到？加熱右側(cè)支管，可觀察到？
IV	冷卻后，將“Y”形管左側(cè)支管中部分二氧化錳混入右側(cè)支管中，振蕩“Y”形管，加熱，用 帶火星木條放在導(dǎo)管口。	加熱時間短于步驟III，木條很快復(fù)燃。

（4）為證實(shí)二氧化錳的催化作用，小華利用如圖4裝置進(jìn)行如表所示的實(shí)驗(yàn)：請回答：

①完善步驟Ⅲ中的填空：加熱左側(cè)支管，可觀察到______，加熱左側(cè)試管的目的是______。加熱右側(cè)支管，可觀察到______。

②步驟Ⅳ中，將二氧化錳混入右側(cè)支管有余熱的氯酸鉀中的操作方法是______。

③小華認(rèn)為根據(jù)步驟Ⅳ的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就能說明二氧化錳是氯酸鉀分解的催化劑，但小明不同意她的觀點(diǎn)，小明認(rèn)為還需證明在此反應(yīng)中二氧化錳的______和______不變。后來在老師的指導(dǎo)下，小華完善了實(shí)驗(yàn)方案，最終驗(yàn)證了自己的結(jié)論，則氯酸鉀制取氧氣的化學(xué)方程式為______。

Answer 1

【答案】3MnO2Mn3O4＋O2↑ 溫度升高，氣體膨脹，氧氣濃度變小 高于 質(zhì)量比越小，分解溫度越低（或“質(zhì)量比越大，分解溫度越高”） 帶火星的木條不復(fù)燃 證明在酒精燈加熱下 MnO2 不分解 KClO3 融化為液態(tài)，帶火星的木條復(fù)燃 將“Y”形管向右傾斜 質(zhì)量 化學(xué)性質(zhì) 2KClO32KCl＋3O2↑

【解析】

（1）二氧化錳在535℃以上分解生成四氧化三錳和氧氣，其反應(yīng)方程式為3MnO2 Mn3O4＋O2↑；

（2）實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的空氣受熱膨脹，會發(fā)生逸出，導(dǎo)致裝置內(nèi)的氧氣濃度降低，所以在KClO3分解前，氧氣的濃度隨溫度升高逐漸減小，在380℃時裝置內(nèi)原有的含氧氣濃度較低的空氣被排盡，但氯酸鉀分解分解生成氧氣，所以裝置內(nèi)氧氣的濃度突然增大；通過圖中的數(shù)據(jù)可知氯酸鉀的分解溫度大約是380℃，以及氯酸鉀的熔點(diǎn)是356℃，所以KClO3分解溫度高于其熔點(diǎn)；

（3）通過分析圖3中氯酸鉀的分解數(shù)據(jù)可知，KClO3分解溫度隨物質(zhì)配比變化的規(guī)律是質(zhì)量比越小，分解溫度越低（或“質(zhì)量比越大，分解溫度越高”）；

（4）氯酸鉀單獨(dú)受熱分解生成的氧氣速率較慢，單獨(dú)加熱二氧化錳不會生成氧氣，二氧化錳可以加快氯酸鉀的分解速率，所以

步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ	檢查氣密性
Ⅱ	分別在“Y”形管兩側(cè)支管中加入少量MnO2和KClO3，塞緊橡皮塞。	沒有明顯現(xiàn)象
Ⅲ	分別先后加熱MnO2和KClO3，用帶火星木條放在導(dǎo)管口．加熱右側(cè)支管后，帶火星木條復(fù)燃。	木條長時間才能復(fù)燃
Ⅳ	冷卻后，將“Y”形管左側(cè)支管中部分MnO2混入右側(cè)支管中，振蕩“Y”形管，加熱，用帶火星木條放在導(dǎo)管口。	加熱時間短于步驟Ⅲ，木條即復(fù)燃

①步驟Ⅲ中加熱左側(cè)支管后，帶火星木條復(fù)燃，帶火星的木條不復(fù)燃；加熱左側(cè)試管的目的是證明在酒精燈加熱下 MnO2 不分解。加熱右側(cè)支管，可觀察到KClO3 融化為液態(tài)，帶火星的木條復(fù)燃 ；
②步驟Ⅳ中，將MnO2混入右側(cè)支管有余熱的KClO3中的操作方法是：將Y形管向右傾斜，使二氧化錳進(jìn)入右邊的支管中；
③在化學(xué)反應(yīng)里能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率（既能提高也能降低），而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)叫做催化劑，所以步驟Ⅳ的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能說明MnO2是KClO3分解的催化劑，還需證明在此反應(yīng)中MnO2的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變；氯酸鉀在二氧化錳的作用下分解，生成氧氣、氯化鉀，反應(yīng)方程式為2KClO3 2KCl+3O2↑。