Question

9．實驗室中，常采用分解過氧化氫溶液（二氧化錳作催化劑）或加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣．
（1）寫出用上述兩種方法分別制取氧氣的化學反應方程式：
2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑、2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）用過氧化氫分解制取氧氣的裝置如圖所示：圖中收集氧氣的方法叫做向上排空氣法．可用此方法收集氧氣的原因是氧氣的密度比空氣大．
（3）用該方法收集氧氣時，檢驗集氣瓶中氧氣是否集滿的方法是C．
A．把點燃的木條伸入瓶內(nèi)  
B．把帶火星的木條伸人瓶內(nèi)
C．把帶火星的木條放在瓶口
（4）如果錐形瓶中的反應很劇烈，應該采取的安全措施有①②．
①減慢液體滴加的速度  ②換用體積較大的錐形瓶  ③加熱錐形瓶
（5）某化學試劑公司報價：高錳酸鉀30.50元/kg，30%過氧化氫溶液21.70元/kg．請從實驗操作和生產(chǎn)成本兩方面考慮，用分解過氧化氫溶液方法制取氧氣更好（二氧化錳價格低、耗量少，忽略不計）．這種方法的主要優(yōu)點是操作簡單安全、制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低．

Answer 1

分析 （1）用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，在生成氧氣的同時，還有錳酸鉀和二氧化錳生成；過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下生成水和氧氣去分析；
（2）根據(jù)O₂的密度比空氣密度略大去分析；
（3）由氧氣的驗滿方法去分析；
（4）過氧化氫溶液的濃度越大，反應速率越快，因此要想降低反應速率就要降低過氧化氫溶液的濃度；可換用體積較大的錐形瓶，防止由于反應速度過快，產(chǎn)生氣體過多導致錐形瓶爆炸；
（5）根據(jù)過氧化氫制氧氣的裝置和高錳酸鉀制取氧氣的裝置圖的比較考慮，再根據(jù)制取相同質量的氧氣需要它們的價格考慮．

解答 解：（1）用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，在生成氧氣的同時，還有錳酸鉀和二氧化錳生成，所以化學方程式為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
過氧化氫溶液在二氧化錳催化作用下生成水和氧氣，二氧化錳在反應前后質量和化學性質都沒有改變，只是加快了過氧化氫反應生成氧氣的速率，故二氧化錳是催化劑，所以二氧化錳就應該作為反應條件寫在等號的上方，故化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑            2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）由于O₂的密度比空氣密度略大所以可用向上排空氣法收集；故答案為：向上排空氣法     氧氣的密度比空氣大；
（3）由于氧氣的密度比空氣大，進入集氣瓶后，沉積在集氣瓶的底部，氧氣自下而上，充滿集氣瓶，當瓶口有氧氣時，說明氧氣已收集滿，檢驗氧氣是否集滿的方法是利用氧氣的助燃性，用帶火星的木條放在集氣瓶口，如果復燃，證明集氣瓶內(nèi)已充滿氧氣；故答案為：C；
（4）過氧化氫溶液的濃度越大，反應速率越快，因此要想降低反應速率就要降低過氧化氫溶液的濃度；可換用體積較大的錐形瓶，防止由于反應速度過快，產(chǎn)生氣體過多導致錐形瓶爆炸，故答案為：①②；
（5）由于過氧化氫分解制取氧氣不需要加熱，所以操作簡單安全；
設要制取3.2g氧氣需要高錳酸鉀質量為x，需要過氧化氫質量為y
2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑
316                  32
x                   3.2g
根據(jù)：$\frac{316}{32}=\frac{x}{3.2g}$
解得x=31.6g
需要過氧化氫質量為y，
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
68              32
y              3.2g
根據(jù)：$\frac{68}{32}=\frac{y}{3.2g}$
解得y=6.8g，所以需質量分數(shù)為30%過氧化氫溶液的質量為：$\frac{6.8g}{30%}$=22.7g；
則制取3.2g氧氣如果用高錳酸鉀需要花費31.6g×0.0305元/g=0.9638元；如果用過氧化氫溶液則花費22.7g×0.0217元/g=0.49259元；可以知道：制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低；
故答案為：操作簡單安全        制取相同質量O₂時購買H₂O₂比KMnO₄價格低．

點評 題目綜合考查了氧氣的實驗室制法，特別是最后一問，根據(jù)化學反應方程式的計算的審題是非常關鍵的，一般是抓住“三找”；即一找化學反應方程式，二找已知量和未知量x，三找用到的相對質量關系，同時注意解題步驟和格式．