Question

為比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，甲、乙同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖一、圖二所示的實(shí)驗(yàn)．
（1）H₂O₂分解的化學(xué)方程式為

 

．

（2）圖一所示實(shí)驗(yàn)?zāi)芏ㄐ哉f明反應(yīng)快慢的依據(jù)是

 

；圖二所示實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明反應(yīng)快慢的數(shù)據(jù)是

 

．
（3）①用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷電路板金屬粉末中的銅．已知：
Cu（s）+2H⁺（aq）=Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39  kJ/mol
2H₂O₂（l）=2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.46 kJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.84 kJ/mol
在H₂SO₄溶液中Cu與H₂O₂反應(yīng)生成Cu²⁺ 和H₂O的熱化學(xué)方程式為：

 

．
②控制其他條件相同，印刷電路板的金屬粉末用10% H₂O₂和3.0mol/L H₂SO₄的混合溶液處理，測(cè)得不同溫度下銅的平均溶解速率（見下表）．

溫度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
銅平均溶解速率     （×10-3 mol?L-1?min-1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度升高而下降，其主要原因是

 

．

Answer 1

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

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）雙氧水可以分解為水和氧氣，據(jù)此確定方程式的書寫；
（2）比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，可以根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡的速度來(lái)判斷，還可以根據(jù)相等的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積大小來(lái)衡量；
（3）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
②酸性環(huán)境下雙氧水具有氧化性，能將金屬銅氧化，但雙氧水不穩(wěn)定，溫度高易分解．

解答： 解：（1）雙氧水可以分解為水和氧氣，即2H₂O₂

催化劑  .

O₂↑+2H₂O，故答案為：2H₂O₂

催化劑  .

O₂↑+2H₂O；
（2）比較Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)H₂O₂分解的催化效果，可以根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡的速度來(lái)判斷，還可以根據(jù)相等的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣體的體積大小來(lái)衡量，圖一可以根據(jù)反應(yīng)中觀察試管內(nèi)氣泡的速度（反應(yīng)劇烈的程度）來(lái)得出結(jié)論，圖二中，可以觀察在相同時(shí)間內(nèi)，注射器內(nèi)產(chǎn)生的氣體的體積（或收集相同體積氣體所需時(shí)間）來(lái)得到結(jié)論，
故答案為：觀察試管內(nèi)氣泡的速度（反應(yīng)劇烈的程度）；觀察在相同時(shí)間內(nèi)，圖2注射器內(nèi)產(chǎn)生的氣體的體積（或收集相同體積氣體所需時(shí)間）；
（3）①a、Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64.39kJ/mol，
b、2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.46kJ/mol，
c、H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.84kJ/mol，
由蓋斯定律a+

1

2

b+c得到：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-319.68kJ/mol，
故答案為：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-319.68kJ/mol；
②金屬銅在酸性環(huán)境下和雙氧水的反應(yīng)為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，但雙氧水不穩(wěn)定，溫度高易分解，溫度高于40℃時(shí)，雙氧水分解速率加快，氧化銅的濃度就降低，所以銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度升高而下降，
故答案為：H₂O₂分解而使其濃度降低，反應(yīng)速率降低．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道實(shí)驗(yàn)方案的涉計(jì)探究題，考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)的分析和綜合能力，難度大．