Question

H₂O₂是一種綠色氧化還原試劑，在化學研究中應用廣泛．
（1）某小組擬在同濃度Fe³⁺的催化下，探究H₂O₂濃度對H₂O₂分解反應速率的影響．限選試劑與儀器：30% H₂O₂、0.1mol?L^-1 Fe₂（SO₄）₃、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器
①寫出本實驗H₂O₂分解反應方程式并標明電子轉移的方向和數(shù)目：

 

②設計實驗方案：在不同H₂O₂濃度下，測定

 

（要求所測得的數(shù)據能直接體現(xiàn)反應速率大小）．
③設計實驗裝置，完成如1圖所示的裝置示意圖．

④參照下表格式，擬定實驗表格，完整體現(xiàn)實驗方案（列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數(shù)據；數(shù)據用字母表示）．

實驗序號     物理量	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL		…
1	a		…
2	a		…

（2）利用圖2（a）和2（b）中的信息，按圖2（c）裝置（連能的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進行實驗．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的

 

（填“深”或“淺”），其原因是

 

．

Answer 1

考點：真題集萃,測定某些化學反應的速率,探究溫度、壓強對化學反應速率的影響,性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）①過氧化氫在硫酸鐵作催化劑條件下分解生成水與氧氣，反應中過氧化氫既作氧化劑又做還原劑；
②反應速率表示單位時間內物質的量濃度變化量，測定不同濃度的過氧化氫對反應速率的影響，需要測定相同時間內產生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少；
③利用排水量氣法收集一定體積的氧氣，用盛滿水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用導管與圖1連接；
④測定相同時間內產生氧氣的體積多少，保證催化劑的濃度應相同，故加入雙氧水溶液體積與水的總體積不變，通過改變二者體積，根據相同時間內生成氧氣的體積說明不同H₂O₂濃度對反應速率影響；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉化為四氧化二氮的反應為放熱反應，所以圖c中，右側燒杯的溫度高于左側，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應方向移動．

解答： 解：（1）①過氧化氫在硫酸鐵作催化劑條件下分解生成水與氧氣，反應中過氧化氫既作氧化劑又做還原劑，標出電子轉移數(shù)目及方向為：，
故答案為：；
②反應速率表示單位時間內物質的量濃度變化量，測定不同濃度的過氧化氫對反應速率的影響，需要測定相同時間內產生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少，
故答案為：相同時間內產生氧氣的體積多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少；
③利用排水量氣法收集一定體積的氧氣，用盛滿水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用導管與圖1連接，裝置圖為：，
故答案為：；
④測定相同時間內產生氧氣的體積多少，保證催化劑的濃度應相同，故加入雙氧水溶液體積與水的總體積不變，通過改變二者體積，根據相同時間內生成氧氣的體積說明不同H₂O₂濃度對反應速率影響，實驗方案為：

實驗序號	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL	V（30% H2O2）/mL	V（蒸餾水）/mL	時間t/min	V（氧氣）/mL
1	a	b	c	d	m
2	a	c	b	d	n

故答案為：

實驗序號	V[0.1mol?L-1 Fe2（SO4）3]/mL	V（30% H2O2）/mL	V（蒸餾水）/mL	時間t/min	V（氧氣）/mL
1	a	b	c	d	m
2	a	c	b	d	n

；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉化為四氧化二氮的反應為放熱反應，所以圖c中，右側燒杯的溫度高于左側，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深，
故答案為：深；2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色），△H＜0是放熱反應，且雙氧水的分解反應也是放熱反應．當右邊雙氧水分解時放出的熱量會使B瓶升溫，使瓶中反應朝逆反應方向移動，即向生成NO₂移動，故B瓶顏色更深．

點評：本題考查氧化還原反應、反應速率影響因素實驗、化學平衡移動等，側重對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，注意利用控制變量法測定外界條件對反應速率的影響，難度中等．