Question

研究發(fā)現(xiàn)CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₄）₃都可作為H₂O₂分解的催化劑，下面是對它們催化劑性能的探究，請你一起參與：
【使用藥品】30% H₂O₂溶液，10% CuCl₂溶液，10% CuSO₄溶液，10% FeCl₃溶液和10% Fe₂（SO₂）₃溶液
【提出問題】CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃四種鹽中哪種催化劑更好？
實驗Ⅰ：
步驟一：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL 10% CuCl₂溶液，記錄收集20mL氣體所用的時間t₁，該實驗發(fā)生反應(yīng)的方程式為

 

步驟二：將CuCl₂依次改為CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃，其它條件不變，重復(fù)步驟一的操作，記錄時間分別為t₂、t₃、t₄．實驗數(shù)據(jù)如下：

	t1 （10% CuCl2）	t2 （10% CuSO4）	t3 （10% FeCl3）	t4 （10% Fe2（SO2）3）溶液
收集20mlL氣體所用的時間	4min55s	5min05s	2min	4min10s

上述實驗用到了控制變量法，其中除反應(yīng)的溫度、過氧化氫溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積需要控制相同外，還需控制相同的量有

 

．
【得出結(jié)論】四種鹽中對H₂O₂分解催化性最好的是

 

【實驗反思】（1）由實驗數(shù)據(jù)t₁近視等于t₂，t₃近視等于t₄的事實，可初步判斷催化劑的催化性能主要與

 

有關(guān)．
（2）實驗中除了可以用“收集等體積氣體所用的時間”作為實驗數(shù)據(jù)外，還可以通過測量

 

作為實驗的數(shù)據(jù)．
【提出問題2】同時使用兩種鹽時，催化性能如何變化？
實驗Ⅱ
步驟一：配制混合溶液--取10mL 10% FeCl₃溶液，向其中加入1mL 10% CuCl₂溶液，配成FeCl₃-CuCl₂混合溶液．
步驟二：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL上述FeCl₃-CuCl₂混合溶液，記錄收集20mL氣體所用時間t₅，t₅的范圍是

 

．
【得出結(jié)論】同時使用兩種鹽時，催化性能更好．
【拓展延伸】雙金屬催化劑是過去幾十年來催化領(lǐng)域的研究熱點之一，該結(jié)合試驗Ⅱ，提出一條有關(guān)“FeCl₃-CuCl₂雙金屬催化劑”的探究問題：

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律,催化劑的特點與催化作用,書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：【提出問題1】根據(jù)信息寫出反應(yīng)的方程式；根據(jù)實驗中涉及的量分析自變量和因變量分析；
【得出結(jié)論】分析表格用的時間長短分析得出結(jié)論；
【實驗反思】（1）根據(jù)選擇的催化劑的相同點分析；（2）收集等體積氣體所用的時間或相同時間收集氣體的體積都能夠比較催化劑的效果；
【提出問題2】根據(jù)結(jié)論分析時間范圍；
【拓展延伸】可以提出如FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等）．

解答：解：【提出問題1】過氧化氫在氯化銅的催化作用下產(chǎn)生水和氧氣，反應(yīng)的方程式為：2H₂O₂

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑；
因為催化劑的量還會影響反應(yīng)的速率，因此還需控制相同的量有：催化劑溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積（或催化劑的用量）；
【得出結(jié)論】收集20mlL氣體所用的時間，氯化鐵用的時間最短，說明氯化鐵的催化效果最好；
【實驗反思】（1）由實驗數(shù)據(jù)t₁近視等于t₂，t₃近視等于t₄的事實可以看出氯化銅和硫酸銅具有相同的銅離子，氯化鐵和硫酸鐵具有相同的鐵離子，因此可初步判斷催化劑的催化性能主要與金屬離子（或金屬元素）有關(guān)；
（2）也可以通過比較相同時間收集氣體的體積來不及催化效果；
【提出問題2】根據(jù)結(jié)論同時使用兩種鹽時，催化性能更好，因此應(yīng)該比氯化鐵單獨的催化效果好，故t₅＜2min；
【拓展延伸】FeCl₃-CuCl₂雙金屬催化劑效果好，還需要研究FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等合理答案均可）．
故答案為：【提出問題1】2H₂O₂ 

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑
還需控制相同的量有：催化劑溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積（或催化劑的用量）
【得出結(jié)論】FeCl₃
【實驗反思】（1）金屬離子（或金屬元素）（2）相同時間收集氣體的體積
【提出問題2】t₅＜2min
【拓展延伸】FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等合理答案均可）

點評：本題屬于信息題的考查，考查了催化劑的催化效果的探究，通過控制變量法的思想進行數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論，能夠考查學(xué)生的知識分析、運用能力．