化学
回归、改进、拓展教材实验,是高考化学实验考查的常见形式.I.甲组同学在进行《必修二》实验2-5“Fe3+离子在H2O2溶液分解实验中的催化作用”时,进行了以下探究.基于目前学过的元素周期表的相关知识,该小组推测了同为第四周期第VIII族的Fe、Co、Ni可能有相似的催化机理.【查阅资料】:钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域.其中CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2价)也可用作H2O2分解的催化剂,具有较高的活性.(1)写出H2O2溶液在Fe3+催化下分解的化学方程式

2019-04-20

回归、改进、拓展教材实验,是高考化学实验考查的常见形式.
I.甲组同学在进行《必修二》实验2-5“Fe3+离子在H2O2溶液分解实验中的催化作用”时,进行了以下探究.基于目前学过的元素周期表的相关知识,该小组推测了同为第四周期第VIII族的Fe、Co、Ni可能有相似的催化机理.
【查阅资料】:钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域.其中CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2价)也可用作H2O2分解的催化剂,具有较高的活性.
(1)写出H2O2溶液在Fe3+催化下分解的化学方程式___.
(2)①该催化剂中铁元素的化合价为___.
②如图表示两种不同方法制得的催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线.由图中信息可知:___法制取得到的催化剂活性更高,由此推测Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是___.
作业帮
II.乙组同学在进行《选修四》实验2-2“草酸溶液浓度对酸性高锰酸钾溶液褪色时间的影响”时,发现溶液褪色总是先慢后快,该小组设计了如下过程探究其原因:
【查阅资料】KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应历程为(流程中“III”等为Mn的价态):
作业帮
【提出假设】假设1:该反应为放热反应
假设2:反应生成的Mn2+对该反应有催化作用
假设3:K+对该反应有催化作用
【设计、完成实验】
(3)称取___g草酸晶体(H2C2O4•2H2O),配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液.在上述过程中必须用到的2种定量仪器是托盘天平和___
(4)完成探究,记录数据
实验
编号
烧杯中所加试剂及用量(mL) 控制条件 溶液褪色时间(s)
0.10 mol/L
H2C2O4溶液
等浓度
KMnO4溶液
H2O 0.50 mol/L
稀硫酸
   
1 30 20 30 20 \ 18
2 30 20 30 20 水浴控制温度65℃ 15
3 30 20 30 20 加入少量MnSO4固体 3.6
4 30 20 x 20 加入5 mL 0.10 mol/L K2SO4溶液 18
仔细阅读分析表中数据,回答问题:
x=___mL,假设___成立(填“1”、“2”或“3”)
优质解答
I.(1)H2O2溶液在Fe3+催化下分解产生水和氧气,方程式为:2H2O2
 三价铁离子 
.
 
2H2O+O2↑,
故答案为:2H2O2
 三价铁离子 
.
 
2H2O+O2↑;
(2)①CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2,O为-2价,则Fe的化合价为
4×2-(2x+2-2x)
2
=+3,
故答案为:+3;
②过氧化氢的分解速率越大,催化剂活性更高,根据图象可知,x相同时,微波水热法初始速度大于常规水热法,故微波水热法制得催化剂的活性更高;
由图可知,随x值越大,过氧化氢的分解速率越大,而x增大,Co2+的比例增大,故Co2+的催化活性更高,
故答案为:微波水热;Co2+
Ⅱ.(3)配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液,所需的草酸的物质的量n=CV=0.5L×0.10mol/L=0.05mol,即需要的草酸晶体(H2C2O4•2H2O)的物质的量为0.05mol,质量m=nM=0.05mol×126g/mol=6.3g;配制过程中用到的仪器是:托盘天平、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管,其中用到的2种定量仪器是托盘天平和500mL容量瓶,故答案为:6.3;500mL容量瓶;
(4)若要探究K+对该反应有无催化作用,必须保持其他的影响因素如H2C2O4的浓度、KMnO4的浓度以及稀硫酸的浓度与实验1是相同的,而H2C2O4、KMnO4以及稀硫酸的加入的物质的量相同,故若使浓度相同,则必须溶液体积与实验1相同,故加入的水的体积X=25mL,根据溶液褪色的时间可以看出,Mn2+对该反应有催化作用,导致反应速率加快,溶液褪色的时间缩短,故假设2是成立的,
故答案为:25;2.
I.(1)H2O2溶液在Fe3+催化下分解产生水和氧气,方程式为:2H2O2
 三价铁离子 
.
 
2H2O+O2↑,
故答案为:2H2O2
 三价铁离子 
.
 
2H2O+O2↑;
(2)①CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2,O为-2价,则Fe的化合价为
4×2-(2x+2-2x)
2
=+3,
故答案为:+3;
②过氧化氢的分解速率越大,催化剂活性更高,根据图象可知,x相同时,微波水热法初始速度大于常规水热法,故微波水热法制得催化剂的活性更高;
由图可知,随x值越大,过氧化氢的分解速率越大,而x增大,Co2+的比例增大,故Co2+的催化活性更高,
故答案为:微波水热;Co2+
Ⅱ.(3)配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液,所需的草酸的物质的量n=CV=0.5L×0.10mol/L=0.05mol,即需要的草酸晶体(H2C2O4•2H2O)的物质的量为0.05mol,质量m=nM=0.05mol×126g/mol=6.3g;配制过程中用到的仪器是:托盘天平、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管,其中用到的2种定量仪器是托盘天平和500mL容量瓶,故答案为:6.3;500mL容量瓶;
(4)若要探究K+对该反应有无催化作用,必须保持其他的影响因素如H2C2O4的浓度、KMnO4的浓度以及稀硫酸的浓度与实验1是相同的,而H2C2O4、KMnO4以及稀硫酸的加入的物质的量相同,故若使浓度相同,则必须溶液体积与实验1相同,故加入的水的体积X=25mL,根据溶液褪色的时间可以看出,Mn2+对该反应有催化作用,导致反应速率加快,溶液褪色的时间缩短,故假设2是成立的,
故答案为:25;2.
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