Question

復(fù)方過(guò)氧化氫消毒劑具有高效、環(huán)保、無(wú)刺激無(wú)殘留，其主要成分H₂O₂．
（1）H₂O₂不穩(wěn)定、易分解，F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺等對(duì)其分解起催化作用，為比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，某化學(xué)研究小組同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖1甲、乙兩種實(shí)驗(yàn)裝置．

若利用甲實(shí)驗(yàn)，可通過(guò)觀察

 

現(xiàn)象，從而定性比較得出結(jié)論．有同學(xué)提出將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，其理由是

 

；若利用乙實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行定量分析，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成40mL氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略，實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的數(shù)據(jù)是

 

．
（2）在含有表面活性劑的酸性水溶液中，以碳為電極，通直流電進(jìn)行電解可制取氫氣和過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫在

 

（填“陰極”、“陽(yáng)極”）產(chǎn)生．以H₂O₂和硼氫化合物NaBH₄（B的化合價(jià)為+3價(jià)）作原料的燃料電池，可用作通信衛(wèi)星電源．其工作原理如圖2，寫(xiě)出a極上的電極反應(yīng)式：

 

，正極材料采用MnO₂，MnO₂除了作電極材料之外還可能具有的作用為

 

．
（3）鍺（Ge）與碳是同主族元素，最新研究表明有機(jī)鍺具有明顯的抗腫瘤活性，鍺不與NaOH溶液反應(yīng)，但在有H₂O₂存在時(shí)可與NaOH 溶液反應(yīng)生成鍺酸鹽，其化學(xué)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，實(shí)驗(yàn)1、2使用相同的催化劑，就可以探究溫度對(duì)H₂O₂分解速率的影響．如果催化劑的催化效率高，則產(chǎn)生氣泡快．在探究Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果是，必須保持其他的條件相同，所以將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，可以避免由于陰離子不同造成的干擾．催化效率越高，則一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多；
（2）根據(jù)電解酸性水溶液，水生成了過(guò)氧化氫，發(fā)生了氧化反應(yīng)判斷電極；a極上BH₄^-被氧化為BO₂^-，應(yīng)為原電池的負(fù)極反應(yīng)，結(jié)合介質(zhì)的電極反應(yīng)式為BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O；電極b采用MnO₂，為正極，H₂O₂發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH^-，MnO₂既作電極材料又有催化作用；
（3）根據(jù)鍺（Ge）與碳是同主族元素性質(zhì)相似，已知反應(yīng)物和生成物配平得化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）定性比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，可以通過(guò)觀察產(chǎn)生氣泡的快慢來(lái)比較，產(chǎn)生氣泡快的，催化效果好；在探究Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果是，必須保持其他的條件相同，所以將FeCl₃改為Fe₂（SO₄）₃更為合理，可以避免由于陰離子不同造成的干擾；
定量比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，由圖可知，可以通過(guò)測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體（或測(cè)定產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時(shí)間）來(lái)比較．一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多或產(chǎn)生一定體積的氣體所需的時(shí)間越短，則催化效果越好，即需測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體（或測(cè)定40mL氣體所需的時(shí)間），
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的快慢；排除陰離子的干擾；產(chǎn)生40mL氣體所需的時(shí)間；
（2）電解酸性水溶液，水生成了過(guò)氧化氫，發(fā)生了氧化反應(yīng)，故應(yīng)在陽(yáng)極產(chǎn)生；a極上BH₄^-被氧化為BO₂^-，應(yīng)為原電池的負(fù)極反應(yīng)，電極反應(yīng)式為BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O，電極b采用MnO₂，為正極，H₂O₂發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH^-，MnO₂既作電極材料又有催化作用，
故答案為：陽(yáng)極；BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O；MnO₂對(duì)電極反應(yīng)可能具有催化作用；
（3）根據(jù)鍺（Ge）與碳是同主族元素，性質(zhì)相似，在有H₂O₂存在時(shí)可與NaOH 溶液反應(yīng)生成鍺酸鹽，已知反應(yīng)物和生成物配平得化學(xué)方程式為Ge+2H₂O₂+2NaOH=Na₂GeO₃+3H₂O，故答案為：Ge+2H₂O₂+2NaOH=Na₂GeO₃+3H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池原理，根據(jù)圖片確定正負(fù)極是解本題關(guān)鍵，探究溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，綜合性較強(qiáng)，難度適中．