Question

3．某興趣小組根據實驗室提供的儀器和藥品進行了氧氣的制備實驗．
（1）甲同學選用如圖所示的裝置制取氧氣．甲同學應選取的試劑是MnO₂和H₂O₂（填化學符號），MnO₂固體在該反應中起催化作用，該反應的文字表達式為過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣．實驗前甲同學先向儀器A中加入水，然后將導管放入水槽中，并打開儀器A的活塞，觀察導管口是否有連續(xù)的氣泡出現．該實驗操作的目的是檢驗裝置氣密性．
（2）乙同學稱取一定質量KMnO₄放在大試管中，將溫度控制在250℃加熱制取O₂．實驗結束時，乙同學發(fā)現收集到的O₂大于理論產量，針對這一現象，同學們進行了如下探究：
【提出猜想】
猜想Ⅰ：反應生成的MnO₂分解放出O₂；
猜想Ⅱ：反應生成的KMnO₄分解放出O₂．
做出上述猜想的理由是K₂MnO₄和MnO₂中都含有氧元素．
【實驗驗證】同學們分為兩組，分別進行以下實驗：
①第一組同學取一定質量的MnO₂，在250℃條件下加熱一段時間，冷卻后測得MnO₂的質量不變．則猜想I錯誤．
②第二組同學取KMnO₄在250℃條件下加熱，沒有用測定質量的方法得出了猜想Ⅱ正確的結論．該組同學選擇的實驗方法是將帶火星的木條伸入試管，若木條復燃，則猜想Ⅱ正確．
【拓展延伸】實驗發(fā)現，KMnO₄受熱只能部分分解，經分析可能是生成物K₂O對其分解產生影響．請設計實驗方案驗證取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱；用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法分別收集一瓶氣體．通過比較收集一瓶氧氣所用的時間，來確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系．
【實驗反思】通過以上實驗探究，你對“問題的發(fā)現與解決”有何認識？必須通過認真分析，用實驗來加以證明．

Answer 1

分析 （1）根據反應裝置和所提供藥品，確定另一種藥品；根據二氧化錳在反應中的表現了解作用；
根據過氧化氫在二氧化錳的催化作用下分解生成水和氧氣，制取氣體之前需要檢驗裝置氣密性進行分析；
（2）【提出猜想】據質量守恒定律可知：有氧氣生成反應物就要有氧元素存在；
【實驗驗證】①冷卻后測得MnO₂的質量不變，說明加熱二氧化錳不能生成氧氣；
②要驗證猜想II，可以用帶火星的木條驗證是否有氧氣生成的方法來確定；
【拓展延伸】可做一對比實驗，取等量的K₂MnO₄，其中一個加入K₂O，另一個不加K₂O，各自收集一瓶氧氣，看所用的時間長短來確定，是否是K₂O的影響；
【實驗反思】總結實驗的分析和解決過程，然后了解到需認真分析，并根據科學的方法去驗證

解答 解：（1）如圖裝置適合固液不加熱反應，我們可以用過氧化氫溶液和固體二氧化錳反應制取氧氣，其中二氧化錳在反應前后性質和質量都不發(fā)生變化，所以二氧化錳起催化作用；過氧化氫在二氧化錳的催化作用下分解生成水和氧氣，文字表達式為：過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣，制取氣體之前需要檢驗裝置氣密性；
（2）【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物，故可以猜想二者加熱有氧氣生成．
【實驗驗證】①根據質量守恒定義和冷卻后測得Mn0₂的質量不變可知，猜想I是錯誤的；
②我們可以用驗證是否有氧氣生成的方法去判斷錳酸鉀是否分解生成氧氣，可用帶火星的木條，伸入加熱的試管中，如果木條復燃說明錳酸鉀可分解生成氧氣；【拓展延伸】我們可以用如下實驗驗證：取等量的固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱，用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法收集氣體，收集一瓶氧氣，所用時間作比較，確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系；
【實驗反思】要想發(fā)現問題，必須細心認真；要想解決問題，必須認真分析問題的原因所在，并用實驗去驗證；
故答案為：（1）H₂O₂，催化，過氧化氫$\stackrel{二氧化錳}{→}$水+氧氣，檢驗裝置氣密性；
（2）【提出猜想】K₂Mn0₄和MnO₂都是含有氧元素的化合物；
【實驗驗證】①Ⅰ；
②將帶火星的木條伸入試管內，帶火星的木條復燃；
【拓展延伸】取等量的錳酸鉀固體于兩支試管中，一支試管中加入氧化鉀，一支試管中不加入氧化鉀．用同樣火焰的酒精燈加熱；用相同規(guī)格的集氣瓶，用排水法分別收集一瓶氣體．通過比較收集一瓶氧氣所用的時間，來確定錳酸鉀的分解是否與氧化鉀有關系；
【實驗反思】必須通過認真分析，用實驗來加以證明．

點評 本題主要考查常見氣體的發(fā)生裝置與收集裝置的探究，發(fā)生裝置依據反應物的狀態(tài)和反應條件選擇，收集裝置依據氣體的密度和溶解性選擇．